乐平矿区煤层气赋存规律及资源潜力分析

祝 强，肖富强

（1.江西省煤田地质局，江西 南昌 330001；2.江西省煤田地质勘察研究院，江西 南昌 330001）

1 概述

随着煤炭、石油、天然气等常规能源资源的大量开发，可利用资源已日益减少，煤层气作为一种清洁非常规能源资源逐渐受到重视［1］，煤层气已被纳入推动能源生产和消费革命的重要载体。近年来，江西省对油气资源的调查投入许多工作，从页岩气、煤层气等不同方向进行调查研究［2-4］，取得了丰富的基础地质资料。随着江西省能源产业结构的调整，大量煤炭生产矿井调整关闭，但在煤矿区仍保有大量煤层气资源，从资源利用最大化的角度出发，对省内煤层气资源进行调查研究，具有重要意义［5］。

乐平矿区位于江西省东北部的乐平市- 鄱阳县一带，主要包括鸣山矿区和涌山矿区（见图1），鸣山矿区位于乐平市西侧的鸣山- 梓埠一带，面积达697.85 km2，涌山矿区位于乐平市涌山镇北侧，包括涌山、沿沟、仙槎勘探区等，呈北东向展布，面积为9.72 km2。

图1 乐平矿区简图

2 矿区地质特征

2.1 矿区构造

乐平矿区位于钦杭结合带之萍乐拗陷带东部，为进贤- 乐平复向斜的一部分，主体呈北东向延伸，由印支和燕山两期褶皱形成。印支期褶皱轴向偏近北东东，燕山期轴向近北东向。向斜由于受断层破坏及后期沉积充填，为第四系地层及红层覆盖，多形成不完整向斜，构造线一般呈北东向。复向斜轴部由三叠系及二叠系上统地层组成，翼部由二叠系下统及石炭岩系地层组成。复向斜走向并不连续，受断层切割严重。向斜两翼产状较陡，且局部有倒转现象。

2.2 煤层发育特征

乐平矿区主力含煤地层为二叠系上统乐平组及三叠系上统安源组。

（1）乐平组

乐平煤系主要分布于鸣山矿区，自下而上分为官山段、老山段、狮子山段和王潘里段，除狮子山段外，其它均为含煤段，分别发育A、B、C煤组。主力可采煤层为B3煤层，位于老山段下部，煤层厚度一般为0.22～5.82 m，平均厚度为2.26 m，在勘探区内稳定分布，煤层结构简单，大部分可采。A煤组、C煤组发育较差，为极不稳定的不可采煤层。

鸣山东部勘探程度较高，且B3煤层埋深较浅，一般小于1 000 m；西部受红层覆盖影响，勘探程度相对偏低。通过二维地震、电磁等资料的初步预测，西部B3煤层埋深较大，多在1 000～2 500 m之间。B3煤层厚度在区域上表现为，东西方向煤厚变化不大，南北方向煤厚变化相对较大。矿区深部由于施工钻孔少，预测鸣山勘探区深部B3煤层均厚为1.63 m。

（2）安源组

安源煤系主要分布于涌山矿区的涌山、沿沟、仙槎等勘探区；自下而上分为四段，分别为白衣冲段、峡口段、井坑山段、蚂腊山段；根据岩性组合特征，划分为上、下两个含煤组。下含煤组为白衣冲段和峡口段，上含煤组为蚂蜡山段和井坑山段。含煤多达18 层，可采煤层共计13 层，集中分布于下含煤组峡口段，累计可采煤层总厚度为18.61 m，其他煤层发育不稳定，为局部可采煤层。

涌山向斜北翼受逆冲推覆构造破坏，含煤区域总体呈现单斜构造，安源组地层在南翼地表出露，煤层埋深由南向北逐渐加深，主力含煤层段峡口段在各勘探区埋深一般在1 000 m 以浅。

3 煤层气赋存规律

3.1 煤系地层含气性

（1）安源组

据涌山勘探区以往勘查资料，实测煤层含气量为5.22～20.89 m3/t，平均含气量为14.65 m3/t。其中白衣冲段三煤层含气量较小（5.22 m3/t），峡口段六煤层和七煤层含量均较大。

沿沟勘探区各煤层含气量为5.37～13.23 m3/t，平均含气量为8.46 m3/t。其中，含气量最大为八煤层，其次为六煤层，最小为二煤层。从垂向分布来看，煤层含气量由下至上呈逐渐变小趋势。

此外，涌山矿区各勘探区历史开采数据显示，主要矿井均为煤与瓦斯突出矿井。在瓦斯突出次数、突出强度、最大涌出瓦斯量等方面，显示瓦斯突出在区域上自东向西逐渐增强的趋势明显。

（2）乐平组

乐平组地层主要分布在乐平矿区西部的鸣山矿区，以往地质资料钻孔瓦斯测试数据稀少，仅有的钻孔测试煤层含气量为1.97 m3/t。据鸣山矿区历年井下瓦斯数据，主煤层B3井下瓦斯相对涌出量为2.38～4.30 m3/t，平均3.27 m3/t，且瓦斯相对涌出量随深度变深有增大的趋势。

对鸣山矿区含气量采用瓦斯含量梯度推测，鸣山浅部（700～1 500 m）区域的中心埋深为1 000 m，根据瓦斯含量梯度推测平均含气量4.67 m3/t，鸣山深部（1 500～2 500）区域的中心埋深为2 000 m，推测平均含气量12.94 m3/t。

3.2 煤层气成藏影响因素

煤层气的富集成藏受多种地质因素制约，包括煤层的变质程度、地质构造、煤层埋深、水文地质条件等。

（1）煤变质程度

煤变质程度直接影响煤层的生气条件及吸附性能，进而影响煤层瓦斯含量。镜质组最大反射率是反映煤变质程度直接指标。一般来说，煤变质程度越高，煤的生烃量越大，但随着煤变质程度达到无烟煤后期阶段，煤层含气量反而急剧降低。

涌山矿区煤系地层为安源组，其变质程度受多种因素控制，通常认为燕山期岩浆活动对涌山矿区煤的变质程度影响较大。据基础资料推测涌山矿区西侧深部存在隐伏岩浆岩体，导致西侧煤层的变质程度高于东部煤层。涌山矿区钻孔中不同变质程度的煤层含气性数据显示（见表1），矿区西部涌山勘探区煤变质程度达到无烟煤，平均含气量达14.65 m3/t；矿区东部沿沟勘探区为贫煤，含气量次之，平均含气量为8.46 m3/t。

表1 乐平矿区煤类与含气量数据

鸣山矿区老山段B3煤层，变质程度较低，为低变质气肥煤。B3煤层钻孔取样含气量测试显示，煤层瓦斯含量最高为1.97 m3/t（VII-3 孔），含气量较涌山矿区偏低。

从上述讨论可知，乐平矿区不同煤层的变质程度和含气量呈现正相关关系，即煤变质程度越高，煤层气含量相对也越高。

（2）构造条件

不同的构造条件对煤层气保存会产生不同的影响，结合乐平地区构造特征认为，对煤层气保存影响较大的主要为褶皱及断裂构造。

乐平矿区整体上为复式向斜构造，煤层气不易散失，向斜轴部中和面与两翼呈正应力，顶底板裂隙不发育，煤层气易于保存。从褶皱构造角度评价，对区内煤层气赋存相对较为有利。

断裂构造对于煤层气赋存的影响在乐平地区则显得尤为重要。断裂活动不但破坏了煤层的完整性，并成为煤层气逸散的通道，使煤层含气量降低。乐平地区断裂构造主要分为两大类：一类是发育在涌山矿区北侧、西北侧的逆断层，这类断层多属区域性断裂构造，由于其多是压性构造，对煤层气的赋存影响不大；而另一类在鸣山矿区，断层多呈斜交张性正断层，对煤层气的逸散比较有利。这也可能是导致鸣山矿区浅部煤层含气量明显低于涌山矿区的原因之一。

（3）煤层埋深

煤层气主要以吸附状态赋存于煤层中，含气量直接受储层压力控制，即埋深对含气量的控制实质是通过储层压力来控制。随着煤层埋深的增大，储层压力增高，含气量随之增加，有利于煤层气的保存。

据涌山勘探区和沿沟勘探区以往钻孔瓦斯含气量数据分析见图2，随着煤层埋深的增大，含气量呈现明显增大的趋势，二者表现为正相关关系，且相关性系数较高。

图2 煤层埋深与含气量关系

鸣山矿区以往地质工作主要集中在东部1 000 m 以浅区域，在断层等地质因素影响下，煤层含气量较低。鸣山西部及北部区域，据部分钻孔及二维地震、电磁等资料显示乐平组埋深普遍在1 000～2 500 m 范围。根据前述理论，结合鸣山东部VII-3 孔含气量数据及区域瓦斯含量梯度推算，鸣山北部核心区2 000 m 深度含气量可达12.94 m3/t。

（4）水文地质条件

涌山矿区断裂构造以压性构造为主，断层的导水性较差，仅局部发育张性、张扭性断裂。安源组煤系地层多为泥岩、煤层、页岩、砂岩等互层构成，整体上富水性弱。钻探及矿井开拓资料显示，煤系地层一般不含水，煤层上部有多层隔水层。因此，涌山矿区水文地质条件相对较为简单，且存在多个隔水层隔断安源组煤层与浅部的水力联系，煤层气受水文地质条件的影响较小。

鸣山矿区乐平煤系地层夹持于长兴组和大冶组灰岩地层之间，其官山段和狮子山段本身也为弱含水层，区域上发育的张性正断层沟通煤系地层及含水层，导致煤层气随地下水通过导水通道逸散，使得鸣山矿区浅部煤层含气量较小。

4 煤层气资源潜力

根据掌握的煤炭及煤层气相关资源参数，分别对乐平矿区涌山和鸣山两个区域进行煤层气资源量估算。涌山矿区以勘探区为单元进行资源量估算，鸣山矿区由于西部埋深较大，划分为浅部（-1 000 m）和深部（-1 000～-2 000 m）分别估算资源量。各区煤层气资源量估算结果见表2。

表2 乐平矿区煤层气资源量估算

乐平矿区主要煤层气富集区预测煤层气资源量达到107.8 亿m3。从赋存层位来看，涌山矿区煤层气赋存于1 000 m 以浅，煤层气资源量为3.76 亿m3；鸣山矿区是区内煤层气的主力富集区域，2 000 m以浅资源量达到104 亿m3。当前开采技术条件下，一般认为2 000 m 以浅是煤层气开采的有利深度，因而鸣山深部丰富的煤层气资源具备开采利用价值。

综合煤层气资源量和开采技术条件认为，乐平矿区煤层气资源量较大，赋存地质条件较好，且埋深适中，煤层气资源潜力较大。

5 结语

乐平矿区位于萍乐坳陷带东部，煤系地层包括乐平组和安源组。乐平组地层主要位于鸣山矿区，安源组地层主要位于涌山矿区。区内煤炭资源丰富，且煤层含气量较好，结合煤变质程度、构造、埋深、水文地质条件等方面，对煤层气赋存规律进行分析发现，乐平矿区具备较好煤层气赋存条件。

煤层气资源量估算结果显示，乐平矿区潜在煤层气资源量极为可观，资源优势显著。在煤炭产业结构调整背景下，发挥煤层气资源潜力优势，对适应我省能源结构调整具有积极意义。