水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存的控制作用

■王旭 葛逸飛

（內(nèi)蒙古自治區(qū)第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院 內(nèi)蒙古呼和浩特010050）

水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存的控制作用

■王旭 葛逸飛

（內(nèi)蒙古自治區(qū)第三地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)院 內(nèi)蒙古呼和浩特010050）

煤層氣指的是一種賦存與煤層之中的天然氣，煤層氣的出現(xiàn)伴隨著優(yōu)質(zhì)的煤資源，煤層氣是一種優(yōu)質(zhì)的清潔能源，對緩解能源危機，保護環(huán)境等都有著重要的作用，煤層氣賦存與水文地質(zhì)條件密切相關(guān)，本文簡要分析了煤層氣開發(fā)的利用現(xiàn)狀和意義，研究了水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存的控制作用。

水文地質(zhì)條件煤層氣賦存控制作用

0　前言

煤層氣主要成分為甲烷，在燃燒的過程中不會產(chǎn)生對環(huán)境污染的廢氣，可作為清潔性燃料，此外，煤層氣在工業(yè)生產(chǎn)等方面也有著重要的應用，煤層氣的開發(fā)至關(guān)重要，水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存有著很大影響，對煤層氣的開發(fā)有著關(guān)鍵的指導作用，在能源形勢嚴峻的今天，研究水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存控制作用的研究是十分必要的。

1　煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀

當今世界能源形勢危急，節(jié)約理念與環(huán)保理念逐漸深入人心，在此背景下，我國對煤層氣的開發(fā)和利用逐漸廣泛，國家積極支持對煤層氣的開發(fā)和利用，在開發(fā)利用煤層氣的理論研究上以及相關(guān)設備上都給予了一定的支持，另外，煤層氣相關(guān)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也比較迅速，國家對于其發(fā)展在政策上也給與了一定支持，投入了大量的扶持資金，沒有了體制上、資金上以及技術(shù)上的制約，當今我國煤層氣的開發(fā)和利用發(fā)展較快，逐漸進入了先進水平。

2　煤層氣開發(fā)利用的意義

（1）緩解能源危機：能源是人類賴以生存的基礎，隨著經(jīng)濟全球化的發(fā)展，能源供應已經(jīng)出現(xiàn)緊張的態(tài)勢，我國是人口大國，對能源的需求量大，煤層氣的開發(fā)利用對我國緩解能源危機有著積極的意義；（2）優(yōu)化能源結(jié)構(gòu)：近年來，我國經(jīng)濟快速發(fā)展，對能源的需求量逐年增加，煤層氣的開發(fā)和利用能夠優(yōu)化我國現(xiàn)有的能源結(jié)構(gòu)，同時，煤層氣屬于清潔能源，加大對其開發(fā)利用對環(huán)境的保護也有著積極的意義。

3　水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存的控制作用

3.1水力封閉空氣的控制作用

水力封閉空氣對煤層的賦存有著一定的控制作用，在斷裂不甚發(fā)育的單斜或?qū)捑徬蛐敝幸装l(fā)生水利封閉空氣，斷裂性質(zhì)為不導水性斷裂，具有擠壓性質(zhì)，形成隔水邊界，其中煤系地層中的含水層與下伏灰?guī)r巖溶裂隙防水層并沒有存在水力聯(lián)系。由于水文地質(zhì)條件相對簡單，煤層直接沖水，形成了頂板含水層，此含水層的動力較弱，地下水流十分緩慢，甚至停滯，其主要流動的驅(qū)動力為靜水壓力和重力[1]。水力封閉空氣的控制作用一般在深部，其通過壓力傳遞作用，使得煤層氣吸附在煤層中，這使得煤層氣含量較多，且容易富集，但卻不發(fā)生轉(zhuǎn)移，由此可見，水力封閉空氣對煤層氣的吸附、富集有著重要的控制作用，這種控制作用在華北地區(qū)較為常見。

3.2水運轉(zhuǎn)移逸散作用

3.2.1煤系下浮灰?guī)r巖溶裂隙含水層徑流的轉(zhuǎn)移逸散作用

在我國北方，斷裂發(fā)育一些灰?guī)r巖溶裂隙含水層徑流會產(chǎn)生水力聯(lián)系，這些地區(qū)往往不會產(chǎn)生煤層氣，例如華北太行山東麓煤田、魯西南和魯西北地區(qū)等都存在這種煤層氣的控制作用。其原理為：斷裂方向與地下水流的方向近似于平行關(guān)系，這就形成了強徑流帶，灰?guī)r含水層與煤系地層中存在著水力聯(lián)系，這就使得儲層的壓力降低，致使煤層出現(xiàn)煤層氣解吸現(xiàn)象，且氣體隨著地下水徑流轉(zhuǎn)移，當徑流遇到各組，地下水就會升出水面，水中的煤層氣就會逸散，從而使地下水補給區(qū)一直到斷裂之間的煤層中，煤層氣的含量降低。

3.2.2砂巖裂隙含水層徑流的轉(zhuǎn)移逸散作用

砂巖裂隙含水層水動力較強，能夠通過裂隙、斷水層與煤層之間產(chǎn)生一定的水力聯(lián)系，砂巖裂隙含水層水源豐富，且透水性較強，地下水在流動的過程中就會帶動煤層中的煤層氣進行運移，當水流運動至斷裂地帶或者裂隙巖溶發(fā)育的地方，水流就會從地下中暴露出來，水中的煤層氣也會發(fā)生逸散，從而導致煤層中的煤層氣含量降低。

3.2.3上覆新生界松散空隙含水層徑流的轉(zhuǎn)移逸散作用

上覆新生界地層中，其松散空隙含水層有著豐富的水源和較好的水動力，補、徑、排能力較好，易發(fā)生煤層氣的逸散。

以開平向斜新生街松散孔隙含水層為例，其水層厚度達到了600m以上，富水性以及滲透性較好，其不再煤系地層之上進行整合，而是與煤系地層的含水層進行解除，新生松散孔隙含水層在接受降雨以及奧陶系灰?guī)r補給之后，能夠?qū)⑺看罅康难a給煤系地層的含水層，由于其受到褶皺的影響，煤系地層含水層淺部十分發(fā)育，富水性。滲透性良好，接受補給后成為地下水徑流通道，但在經(jīng)過新生界松散層較厚的地段會重現(xiàn)補新生界松散含水層，最終形成了補、徑、排的循環(huán)，砂巖裂隙含水層能夠?qū)⒚簩託鈹y帶移走，使得煤層氣出現(xiàn)運移逸散，從而導致開平向斜東南方向的煤層中煤層氣的含量較低。

3.3水力封堵控制作用

在單斜或不對稱向斜中，施加一定壓力，煤層氣會從高壓區(qū)域向低壓區(qū)域流動，壓力的降低使得煤層氣出現(xiàn)解吸現(xiàn)象，從而使煤層氣逸散，形成了煤層氣的逸散帶。①隱伏煤田中，煤系四層被新生界覆蓋，且厚度較厚，新生界松散含水層徑流的速度慢，其較為封閉，這在一定程度上封堵了向上運移的煤層氣，使得煤層氣出現(xiàn)較為富集區(qū)域[2]；②煤系煤層或者含水層，當煤層氣運移的方向與地下含水層徑流方向不一致的時候，地下含水層對煤層氣的運移也會有著一定的封堵作用，這對煤層氣也有著一定的富集作用，保證了煤層氣的含量。

4　結(jié)論

水文地質(zhì)條件不僅能夠富集煤層氣還能使煤層氣逸散，這是一種雙重的控制作用，究其根本原因，是含水層壓力的變化，本文簡要分析了煤層氣開發(fā)利用現(xiàn)狀和意義，研究了水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存的控制作用，旨在增強煤層氣的生產(chǎn)潛力，為煤層氣開發(fā)和利用的發(fā)展做出貢獻。

[1]朱遠平.探討水文地質(zhì)條件對煤層氣賦存的控制作用 [J].科技創(chuàng)新與應用,2013,13: 111.

[2]王懷勐,朱炎銘,李伍,張建勝,羅躍.煤層氣賦存的兩大地質(zhì)控制因素 [J].煤炭學報, 2011,07:1129-1134.

F407.1[文獻碼]B

1000-405X（2016）-2-68-1