牛场、以古复向斜主要煤层含气性特征及控气地质因素研究

查贵权

摘要：地质勘查和地质研究一直是采矿行业的先行工作，煤层含气性研究，直接关系着矿产开采工作的规划布置和采矿安全，十分重要。牛场、以古复向斜煤田位于云南省昭通市镇雄县西部，是云南省重要的煤矿产区，文章将以牛场、以古复向斜煤田地质勘查、生产矿井资料和实验室的分析测试资料为基础，浅析研究区煤层含气性在平面和垂向上的展布特征，并探讨了其主要地质影响因素，为牛场、以古复向斜煤田的勘探开采工作提供有益的参考和依据。

关键词：牛场、以古复向斜煤田;煤层气;含气性;特征;地质因素

1、研究区概况

研究区地处云南省东北部，隶属于昭通市镇雄县，具体位置为镇雄县西部，区域上位于特提斯构造域和环太平洋构造域复合部位的滇东北台褶束的东部，其主体构造为牛场、以古复向斜。该复向斜由牛场向斜、恒底背斜和以古向斜组成，构造线总体呈北东向展布。恒底背斜位于两向斜之间，三条主体构造线由西向东逐渐撒开，在平面上形似一个平卧的“川”字。除主体构造以外，还伴生了次一级的窝凼沟向斜和一系列断层。

研究区含煤地层为上二叠统长兴组（P3c）与龙潭组（P3l）。一般厚度218.49m，含煤3～13层，其中主采煤层2层，为C1、C5煤层; C6煤层局部可采;其余均为不可采煤层，有零星或小范围见可采点。

C1煤层位于长兴组（P2c）顶部，煤层结构简单至较简单.

一般含0～2层夹矸，为灰黑色高岭石泥岩。顶板岩性为灰色砂质泥岩、粉砂岩，底板为浅灰～灰色泥岩、砂质泥岩。C5煤层位于龙潭组二段顶部，总体煤层结构简单至较简单，一般含夹矸0～3层，为灰黑色、棕灰色薄层高岭石、水云母泥岩，一般厚0.02～0.81m。该煤层沿倾向、走向上厚度较稳定;主采C1、C5煤层煤质均为变质程度较低的无烟煤。

2、主采煤层含气性特征

2.1 煤层含气量分布特征

研究区共设置了9口参数井对各煤层的含气性进行了测试，其中五口参数井对C1、C5（C5c）煤层进行了含气量测试和煤层气试井，四口参数井对C5（C5c）煤层进行了含气量测试和煤层气试井，为了研究的全面性，本次评价工作还收集了周边龙头山煤矿的一口参数井的含气量测试和煤层气试井的资料结合参考。分析得出，主采C1、C5煤层含气量展布特征与下图图2图3类似：

由图可知，C1、C5主采层平面上向斜控气特征明显，瓦斯含量值主要以以古向斜、牛场向斜、窝凼沟向斜为富集中心向向斜两翼含气量逐渐变低。此外，在一些封闭性断裂交汇处及背斜核部局部出现一些小的富集区域，整体上含气量等值线大体上与煤层底板等高线走向一致。垂向上，整体上C1煤层含气量低于C5煤层含气量，表现了随埋藏深度增加瓦斯含量增加;单层煤含气量也表现了随埋藏深度增加瓦斯含量增加的特点，具体测量数据为表1所示，但是，并不是所有的单层煤的瓦斯含量都是随煤埋藏深度的增加而增加的，局部地区可能受煤厚、构造等条件影响，出现埋深浅含气量高及埋深深含气量低的现象。

2.2 气组分特征

煤层气的组成特征反映其质量好坏，是煤层气开发利用的重要参数。根据煤田地质勘查及煤层气参数井所采煤层气样化验资料分析表明，C1、C5煤层煤层气成分均以N2和CH4为主，且CH4浓度都相对较低。其中C1煤层N2 含量范围为：2.28%～77.63%，平均38.71%;CH4的含量范围为：19.05%～95.10%，平均59.50%，CO2及其它气体含量较少，平均含量分别为1.45%、0.32%。C5煤层N2 含量范围为：0～74.84%，平均35.66%;CH4含量范围为：18.51～97.97%，平均62.68%，CO2及其它气体含量较少，平均含量分别为1.43%、0.27%。

2.3 含气饱和度

含气饱和度是根据实测的煤储层压力、含气量和等温吸附实验数据计算得到的。有学者统计我国煤层吸附饱和度与单井日产量之间的关系，单井日产气超过1000m3的煤层气井煤层吸附饱和度均大于60%;产气效果较好的地区，煤层吸附饱和度大于80%。因此初步将煤层气有利目标区的吸附饱和度划定在60% 以上。經研究分析，研究矿区的煤层含气大多处于欠饱和状态，仅局部构造发育区可达到近饱和或饱和状态，含气饱和度地区分布差异也较大。经计算，主采煤层C1煤层含气饱和度为10.78%～29.89%，平均为21.21%，含气饱和度低;C5煤层含气饱和度为62.50%～98.84%，平均为78.43%。

3、控气地质因素分析

控制煤层含气量的影响因素很多，这些控气因素是否对研究区的煤层的含气性特征产生影响，文章将具体分析。

3.1、埋藏深度

从煤层含气量垂相在煤层露头及近煤层露头附近的瓦斯含量，由于煤层遭受长期的风氧化作用，同时由于断裂发育，使煤层气（瓦斯）含量及其成分发生变化，CH4含量降低。但随深度增加，煤层中煤层气（瓦斯）含量亦增大。从图2、3可知勘查区煤层气（瓦斯）含量随深度增加呈增大趋势。

3.2地质构造

区内煤层气（瓦斯）含量与地质构造分布密切相关，因断层影响，同一煤层在不同地点的煤层气（瓦斯）含量也会发生变化。在浅部地质构造变化带，煤层气（瓦斯）含量也会减少;深部地质构造变化带，煤层气（瓦斯）含量也会增加。此外由于受构造影响，在局部受挤压和小断层影响形成的“厚煤包”的厚煤层的煤层气（瓦斯）含量亦会增加，特厚煤层形成的“煤层气（瓦斯）包”和厚煤带的煤层气（瓦斯）含量也较大。

3.3、煤层顶底板

煤层顶底板是煤层气封存的第一道天然屏障，其顶板的岩性、厚度、物性及稳定性对煤层气的保存具有重要的作用。一般来说，岩性越致密，厚度越大，其渗透性越低，越有利于煤层气的保存。勘查区内C1煤层直接顶板为黄灰色中厚层状粉砂岩、灰色泥岩、泥质粉砂岩、粉砂质泥岩;底板为浅灰色块状泥质粉砂岩。C5（C5c）煤层直接顶板一般为深色泥质粉砂岩或泥岩，局部为炭质泥岩、粉砂岩或泥质粉砂，厚0.72～3.44m，一般2.25m。底板为浅灰白色泥岩、砂质泥岩、泥质粉砂岩和泥岩，厚0.50～2.87m，一般厚为1.6m。区内煤层顶、底板主要为泥质粉砂岩、粉砂质泥岩和泥岩，厚度较大，稳定性较好，煤层气封盖条件较好。

3.4水文地质条件

良好的水文地质条件不仅可以在煤系上方形成含水层及隔水层封闭，而且可以阻止煤层气通过煤层露头逸散。研究区整体上属于水文地质条件中等类型，在研究区各水文地质单元内，煤系含水层主要通过浅部露头接受大气降水和地表水补给，然后向向斜轴部径流，在一定深度形成承压水封闭，使深部區的煤层气保存条件变好。纵向上煤系中泥岩具有较好的封闭性和隔水性，上方存在多个分布范围广的含水层和隔水层形成多层封闭，特别是飞仙关组与煤系之间，有一层稳定的泥岩层相隔，使煤系与其上部各含水层不发生水力联系。不仅含水层对下部的煤层气具有封闭性，而且隔水层在阻隔地下水径流的同时，也阻止了煤层气向外逸散;除了大的断层影响区域外，横向上泥岩隔水层与向斜褶皱、封闭性质断层等非渗透性质边界组合，构成了不同程度的遮挡，使地下水活动受阻，形成滞流带承压水封堵环境，煤层气藏得以保存和富集。

水文地质条件的控气作用一般概括为三种：① 水力运移逸散作用;② 水力封闭作用;③ 水力封堵作用。水力运移逸散作用导致煤层气运移、散失，后两种作用则有利于煤层气保存、富集。区域内孔隙含水层组主要为第四系（Q），分布在河溪沟谷沿岸及缓坡地带，含水层富水性弱。由于其厚度变化大，分布面积小，潜水位动态变化大，对矿床充水一般无直接影响。区域内裂隙含水层组，主要由碎屑岩及火山岩组成，呈条带状出露，主要包括三叠系下统飞仙关组（T1f）、卡以头组（T1k）、二叠系上统长兴组（P2c）、龙潭组（P2l）和峨眉山玄武岩组（P2β）。各含水层富水性受裂隙发育率的控制，一般浅部和构造发育带较强，深部及构造简单区相对较弱。区域内碳酸盐岩地层分布较广，是主要的含水层组，赋存着较丰富的岩溶水。因岩溶发育程度、岩溶发育深度及类型的不同，含水层的富水性、导水性差异大。碳酸盐岩含水层主要为二叠系下统栖霞茅口组（P1q+m）、三叠系下统永宁镇组（T1y）、三叠系中统关岭组（T2g），以上碳酸盐岩含水层与煤系地层均有隔水层隔离，对煤层基本无影响。

另外，勘查区受断层影响，岩体破碎，岩石完整性差，但断裂带大多导水性差，仅局部发育个别小型导水断层。

3.5煤层厚度

由于煤层的沉积厚度差异，其煤层气（瓦斯）含量亦有变化。为了反映厚度与煤层气含量的变化关系，本次统计了勘查区内所有埋深在400～800m的钻孔煤层厚度与含气量，绘制了煤层厚度与煤层气含量关系图（图4-7）。从图中可看出煤层厚度与煤层气含气量具有正相关性，即随着煤层厚度的增加，煤层气含量变高。

结论：煤田地质资料的研究分析对煤田的地质勘查和开采都十分重要，文章对云南省昭通市镇雄县牛场、以古复向斜煤田地质勘查、生产矿井资料和实验室的分析测试等各种资料进行了分析了研究，主要针对煤层含气性在平面和垂向上的展布特征及控气因素进行了分探究，发现含气量在平面上具有明显的向斜控气特征，煤层厚度对局部区域含气量异常影响显著，埋深对煤层的向上含气量具有重要影响，基本上呈正相关性，这些研究成果，值得牛场、以古复向斜煤田地质勘查、研究等相关工作人员的注意。

参考文献：

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