鐵法煤田礦區瓦斯地質規律與瓦斯賦存分布特征

摘 要：鐵法煤田西（南）部的瓦斯生成和封蓋條件都好于東部；西部的瓦斯含量、瓦斯涌出量也大于東部；南部的瓦斯埋藏賦存條件優于北部；西部煤層涌出穩定性差。影響瓦斯賦存的地質條件存在著差異，巖漿巖起主導作用。

關鍵詞：瓦斯生成；瓦斯含量；瓦斯涌出量；巖漿巖

引言

煤層瓦斯是煤化作用中由煤中有機質生成的氣態地質體，煤是瓦斯的母巖和主要載體。在煤化過程中產生的瓦斯，并非都能保存下來。由于不同煤層、不同部位的地質條件不同，因此保存的瓦斯數量也不同。

無論是瓦斯的形成和保存，還是瓦斯的運移與富集，都同地質條件有密切關系，并受到地質條件的制約。同一煤田，不同井田、不同塊段，影響瓦斯賦存的地質條件存在著差異，起主導作用的因素也有所不同。只有深入研究總結含煤巖系的沉積環境，巖性組合特征，煤層頂、底板巖性及其隔氣、透氣性能、煤的變質程度、區域地質構造、水文地質條件、火成巖的穿刺與覆蓋作用以及埋藏深度等瓦斯地質規律，才能明確認識瓦斯的賦存與分布。

1 礦區瓦斯地質規律

鐵法煤田位于松遼盆地的東南側，為全隱伏式煤田，煤田東西兩側丘陵起伏，中部平坦，煤田內地勢較為低平，平均海拔60-70m。

鐵法盆地處于新華夏系第二沉降帶松遼凹陷南端（下遼河凹陷北端）和天山～陰山緯向構造帶赤峰～開原隆起帶東端（俗稱內蒙地軸）的交接復合部位，是緯向構造受新華夏系切割所形成的斷陷盆地。盆地北及南部分別為東西向臥牛石～開原和老河土～珠爾山背斜；西為新華夏系的調兵山背斜，東為新華夏系的龍王廟～西營盤背斜。表現為北北東向構造切割東西向構造。煤盆地為斷陷盆地，呈菱形展布，為一軸向北北東、東緩西陡的不對稱向斜構造。

含煤盆地的形成和發展，始終受到新華夏系構造的控制，在一定程度上也顯示緯向構造的痕跡。兩種構造體系形成的相對凹陷，復合疊加，使本區中生代地層沉積較厚大，分布范圍廣。以前震旦（前長城）系花崗片麻巖、結晶片巖構成煤田之基底，其上依次沉積了白堊系及第四系。煤系地層厚650-2700m，平均厚度1600m。煤系地層分上下兩個含煤段，下含煤段由灰色砂巖、泥巖及煤層組成，含煤層10層，含煤段含煤系數為2.85%?？刹擅簩佑?2、13、14、15、16、17等6層煤。厚度為105～280m，平均為200m左右。上含煤段由灰色、灰黑色砂巖、泥巖、砂質礫巖及煤層組成，含煤十層，含煤段含煤系數為3.50%?？刹擅簩佑?、4-1、4-2、7-1、7-2、8、9等共7層煤，全區發育較好，廣泛分布，向東、向南、向北變薄尖滅。厚度為105～208m，平均為190m左右。其中4、7煤層厚度大，全煤田發育，為煤田主要可采煤層。該煤層在煤田北部有露頭，埋深向南逐漸增大，最大埋深可達800m。4、7煤層之間有一穩定的砂泥巖段，厚度為12～89m，平均為60m左右。鐵法煤田依據褶曲軸、斷層由北向南劃分為7個井田，依次為大明二礦、大明一礦、曉明礦、小青礦、大隆礦、大興礦、曉南礦。

鐵法煤盆地受緯向構造和新華夏系構造控制，沉積環境特征、構造特征明顯，瓦斯地質規律性強：

1.1 鐵法煤田瓦斯地質除受區域構造控制外，還受煤田內二級構造控制，即鐵法向斜一級構造控制；煤田內的大明背斜、樸起向斜、曉明背斜、曉南背斜等二級構造控制。宏觀上可劃分為2個瓦斯地質構造單元。

1.2 鐵法煤盆地為菱形狹長盆地，在巖性上，西部巖性較細，泥巖分布連續性好，東部巖性較粗，泥巖分布連續很差。煤田西（南）部成烴條件好，且泥巖蓋層較發育，所以，煤田西（南）部的瓦斯生成和封蓋條件都好于東部。

1.3 鐵法煤田為斷陷盆地，宏觀構造為一東緩西陡的不對稱向斜構造。褶曲軸北北東向，位于煤田西部。西部煤層厚度、傾角、埋深大于東部。由瓦斯檢測數據分析，西部的瓦斯含量、瓦斯涌出量也大于東部。

1.4 煤層埋藏深度的增加不僅因地應力增高而使煤層和圍巖的透氣性降低，而且瓦斯向地表運移的距離也增大，這兩者的變化均朝著有利于封存瓦斯，而不利于放散瓦斯方向發展。鐵法煤盆地為傾伏向斜，傾伏方向南西，北部大明一礦見有煤層露頭，南部煤層埋深極值達800m。所以該煤田南部的瓦斯埋藏賦存條件優于北部。

1.5 侵入到煤層及頂底板附近的巖漿巖，其穿刺作用為瓦斯的水平向屏蔽和垂向運移創造了條件，其熱力烘烤和動力擠壓促進了煤層變質和瓦斯的生成；普遍發育在煤層上部的巖漿巖不但大面積烘烤煤層，更重要的是起到了瓦斯封蓋作用。凡是有巖漿巖覆蓋的位置，其下部煤層瓦斯涌出量有所增高。鐵法盆地火成巖平面上主要分布于盆地西側，縱向上則較復雜。早期火成巖主要分布于下白堊統，呈巖被狀展布。中期以巖墻和巖珠狀展布，而且僅分布于盆地西南角局部地區。晚期主要侵入層位為煤系地層，下白堊統也有侵入，產狀主要為復式巖床。各期巖漿主要沿斷層面，特別是兩條斷層交匯處上侵。該煤田西南部的大興礦、大隆礦巖漿侵入活動比較頻繁，侵入體的占位較大。

1.6 煤田向斜西翼傾角較小，瓦斯不易順層逸散。但是由于煤層頂部泥巖層分布連續性差，與砂巖層基本是條帶式相間分布，泥巖整體屏蔽功能削弱，所以，煤田西部煤層涌出穩定性差。

1.7 褶曲西翼的南部，煤層有分叉合并現象，煤層和并處的瓦斯量增大。

2 礦區瓦斯賦存分布特征

鐵法煤田的瓦斯賦存分布受煤田的形成和多期構造控制。鐵法煤田為早白堊世多煤層陸相沉積煤田，在沉積的，井田的東部和西部沉降的幅度不均衡，西部較為穩定，在巖性上，西部巖性顆粒較細，東部巖性顆粒較粗。在該組含煤地層的中部，發育有一層砂泥巖段（標志層）全井田普遍發育，并將含煤組分成上、下兩個含煤段。從成煤條件上看，上含煤段好于下含煤段。成煤期間本區經歷了第二次巖漿活動，以侵入活動為主。成煤之后瓦斯賦存分布有如下特征：

2.1 鐵法煤田煤類為長焰煤-氣煤，隨著煤層埋置深度的增加，煤變質程度相應提高，煤類逐漸由以長焰煤為主，氣煤次之，轉化為以氣煤為主，長焰煤次之。所以下含煤段的瓦斯生儲條件要好于上含煤段。煤田內由北向南，由東向西瓦斯含量、涌出量有所提高。

2.2 隨著煤層埋置深度的變化，瓦斯分帶現象明顯，瓦斯風化帶最大埋深200m，瓦斯風化帶寬度850m左右。

2.3 鐵法煤田為陸相煤系地層，均為腐植煤。主要是半亮型和半暗型煤，光亮型煤和暗淡型煤少見，分析可見上含煤段以半亮型煤為主，下含煤段以半暗型煤。煤巖組分以亮煤、暗煤為主，鏡煤和絲炭次之。

2.4 雖然該煤田4、7煤層都屬于高瓦斯煤層，7對礦井有6對為高瓦斯礦井，一對為突出礦井。但是其瓦斯含量、涌出量、瓦斯壓力由北向南有增加的趨勢。是由于構造干擾，煤層厚度、煤層埋深由北向南、由東向西有增加的趨勢所致。

2.5 煤田南北分別為鐵嶺-開原-舒蘭斷裂、通江口-開原斷裂，均為緯向構造。東西分別為江屯斷裂、老河口-珠爾山斷裂，為北北東向新華夏構造。新華夏構造復合、切割、控制緯向構造。外圍構造的復合控制關系，決定了煤田內部構造特征。煤田張性正斷層發育，寬緩向斜內部發育次生寬緩短軸褶曲。煤田內瓦斯賦存受構造控制較為明顯，盆地西側向斜核部瓦斯含量較高；斷層附近瓦斯含量較低，斷層尖滅點、交叉點瓦斯相對集中，多為瓦斯涌出異常帶。

2.6 該煤田的巖漿巖是影響瓦斯賦存與涌出的主要地質因素。鐵法盆地巖漿巖平面上主要分布于盆地西側，縱向上則較復雜。早期巖漿巖雖然分布較廣，但對煤系地層影響不大。中期火成巖主對煤系地層的影響也非常有限。晚期火成巖主要以復式巖床狀分布于煤系內，在巖漿侵入及成巖過程中對煤層及煤層氣生成產生的影響最大。除局部地區對煤層產生破壞處，火成巖對煤層的影響主要是煤變質程度增高，生氣量增大，含氣量增加。另外侵入到煤層頂板以上的巖漿巖，對瓦斯起到了圈閉封蓋作用。煤田內瓦斯異常涌出點多為火成巖活躍地段。根據煤田勘探鉆孔和煤炭采掘揭露情況，晚期巖漿活動有如下特征和規律：

a.主要沿斷層面上侵，在上侵過程中向兩側侵，形成復式巖床侵入體。因此，火成巖分布主要受斷層控制，其中較大的巖體一般位于兩條斷層的交接部位和構造破碎帶部位。

b.巖漿多沿煤層頂底板侵入，縱向上含煤段比下含煤段多，上含煤段深部比淺部多。

c.火成巖對煤層的影響程度主要與煤層的相對位置及巖體大小有關。火成巖出現在煤層頂板時，影響較輕，如煤層間有夾層則幾乎無影響；出現在煤層底板時，則影響較大；出現在煤層之中時，則影響最大。

d.火成巖對煤層的影響在巖漿上侵通道及沿煤層中侵入部位，一般表現為煤層被吞蝕，形成無煤帶或薄煤帶。但這種現象僅出現在局部地區，是有限的。

除局部地區對煤層產生破壞處，火成巖對煤層的影響主要是煤變質程度增高，生氣量增大，含氣量增加。另外侵入到煤層頂板以上的巖漿巖，對瓦斯起到了圈閉封蓋作用。煤田內瓦斯異常涌出點多為火成巖活躍地段。

2.7 全區可采煤層為上含煤段的4、7層，下含煤段為局部可采煤層，上下含煤段平均間距為60m。根據瓦斯梯度，同位置的下含煤段的絕對瓦斯涌出量將提高5m3/min左右。

作者簡介：徐威（1985-），女，遼寧阜新人，碩士，助理工程師，主要從事煤田地質工作。