纳雍县木兰矿区煤层埋深对煤层气含量的影响分析

杨通保

（贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心）

贵州贫油富煤，是我国南方最重要的煤炭生产基地，其煤层气资源亦十分丰富。1997 年贵州省煤田地质局提交的全省范围内煤层埋深2 000 m 以浅、含气量大于4 m3/t 可采煤层中的煤层气地质资源量为31 511.59 亿m3，占全国煤层气资源总量22%左右［1］。贵州省煤层气藏地质条件和储层物性具有煤层多、薄、构造复杂、低渗、高压、高应力等特征，明显不同于国内其他有利开发区块［2］。以木兰矿区二叠系上统龙潭组煤系地层为研究对象，通过系统的煤层气样品采集和测试，探讨了煤层埋深对煤层气含量变化的影响。研究成果对木兰矿区煤层气的绿色开发利用及煤矿先抽后建瓦斯治理的开展具有重要指导意义。

1 地质概况

研究区位于贵州省黔西地区织纳煤田白泥箐向斜南翼，地层走向NEE—SWW，倾向为NNW，倾角为4°～12°，一般为8°。区内褶皱未发育，地层整体为单斜构造。区内地层由老至新有二叠系上统峨嵋山玄武岩组（P3β）、龙潭组（P3l）、长兴组（P3c）、三叠系下统飞仙关组（T1f）及第四系（Q）。

研究区含煤地层为二叠系上统龙潭组，地层厚169.17～321.25 m，平均为235.49 m。岩性为灰—深灰色薄层状粉砂质泥岩、泥质粉砂岩、泥岩及浅灰色薄—中层状细砂岩、粉砂岩，含煤11～42 层，发育水平层理、缓波状层理、波状层理及少量斜层理，为典型的滨海相陆源碎屑岩含煤沉积。龙潭组含可采煤层8 层，由上至下编号分别为2、5、6、8、19、28、31、32 号，可采煤层平均总厚9.62 m，可采含煤系数4.08%。

2 煤储层特征

区内可采煤层宏观煤岩类型以半亮型煤为主，少量半暗型、半亮—半暗型煤，夹少量暗煤和透镜状丝炭。可采煤层镜煤反射率（Rmax）为2.61%～3.49%，平均为2.97%，煤化程度均为高煤级煤Ⅰ级。区内可采煤层属中灰、低硫—中高硫、特低挥发分煤，煤类均为无烟煤三号。

通过对研究区内煤层样品的试验分析及储层压力测试，煤储层压力以28 号煤层最高，为1.02 MPa，其次为19、32 号煤层，储层压力分别为0.93 和0.92 MPa，储层压力最低为2 号煤层，仅0.78 MPa（表1）。整体上，研究区内下部煤储层压力高于中、上部，表明煤储层压力随着煤层埋藏深度的增加呈正相关性，储层压力的增加有利于煤层气赋存。

3 煤层含气性

3.1 煤层气成分

研究区煤层气样品分析测试表明，其煤层气的化学成分以甲烷为主，含少量的二氧化碳、氮气及极少重烃气体。

甲烷（CH4）成分为33.33%～98.87%，平均为79.06%；氮气（N2）成分为0～64.12%，平均为19.00%；二氧化碳（CO2）成分为0.19%～4.41%，平均为1.68%；重烃成分为0.02%～1.17%，平均为0.28%。

3.2 煤层气含量

煤层气含量是指单位质量的煤炭中所含有的气体量，是表征煤层的含气性的最直接参数［4］。对研究区内8 层可采煤层煤层气空气干燥基含气量进行测定，煤层气含量为4.58～18.03 m3/t，平均为8.56 m3/t（表1），其中以19、28号煤层含气量最高，平均分别为12.93、10.39 m3/t，8、32 号煤层含气量次之，平均分别为7.47和8.63 m3/t；而浅部2、5、6号煤层含气量最低，表明各煤储层之间随埋藏深度的不同，含气量呈不均衡性波动式变化。

4 煤层埋深对煤层气含量影响分析

国内大量研究表明，储集层的厚度、展布形态、储层物性特征、地质构造条件、埋藏深度等对煤层气的含气量具有重要影响［3］。煤储层的埋藏深度是煤层含气量的重要控制因素，直接影响到煤层气的储层压力和保存条件，因此，煤储层的埋深与煤层含气量具有较好的相关性［4］。

通过对织纳煤田内5 个矿区煤层气含量随埋深的变化情况进行统计（图1）表明，其含气量与深度之间的变化具有一定的离散性，但也并非没有规律。总体上，煤层气含量随煤层埋深增加而增加，埋深在500 m 以浅时，含气量与埋深呈线性变化规律［5］。当埋深达到约500 m 时，呈现含气量随煤层埋深的增加而降低的趋势。

对研究区而言，既符合上述含气量与埋深之间的统计规律，同时也具有单个矿区的特异性。研究区内煤层平均含气量总体上随煤层埋深增加而呈增加趋势，这种递增趋势一直持续到埋深450 m 之内的19、28 号煤层，在此埋深时的煤层地质构造稳定，下伏与上覆地层的封闭性为煤层气提供了良好的保存空间，表明埋深是影响煤层气含量的主要因素。而当埋深大于450 m 后，31、32 号煤层的煤层气含量随深度增加呈变缓趋势，甚至出现波动变化，与织纳煤田煤层含气量与煤层埋深之间的变化规律基本一致［6］。反映出在埋深到达一定的深度时，地质构造条件基本趋于稳定，此时深度对煤层气含量的影响逐渐减弱，指示区内煤层之间地层流体动力联系较弱，表现出独立叠置含煤层气系统的基本特征［7］，煤层埋深已不再成为影响煤层气含量的主要因素。

5 结论

（1）研究区内各煤层为中灰、低硫—中硫、低—特低挥发分煤，其煤层气成分以甲烷为主，平均为79.06%，其次为氮气和二氧化碳，占有比例分别为19.00%和1.68%。

（2）研究区内煤层埋深450 m 之内，煤层气含量随煤层埋深增加而呈线性增加的正相关趋势，表明埋深是影响煤层气含量的主要因素。当埋深大于450 m 后，煤层气含量随深度增加呈变缓趋势，表现出独立叠置含煤层气系统的基本特征，煤层埋深已不再成为影响煤层气含量的主要因素。