潘莊區塊煤層氣賦存規律研究

摘 要：我國蘊藏著豐富的煤礦資源，煤炭產量充足，但同時也是世界上煤礦瓦斯災害最嚴重的國家之一。通過對潘莊區塊地質構造、煤層概況、煤巖特性等進行研究，分析煤層氣賦存影響因素，總結該區塊煤層氣賦存規律，為該區塊的煤層氣地面預抽采工作提供依據，也為礦井瓦斯治理工作提供重要指導。

關鍵詞：煤層氣；地質因素；賦存

我國是一個礦產資源大國，煤炭作為主要能源占一次能源的70%以上，煤炭產量占世界煤炭產量的50%左右，但煤炭工業在保障國家經濟快速增長的同時，也使煤炭開采條件不斷惡化，瓦斯災害日趨嚴重[1]。影響礦井瓦斯含量的因素復雜，為了科學指導煤礦瓦斯災害防治工作，合理開采煤層氣資源，必須掌握開采煤層的瓦斯賦存規律。煤層氣含量的多少主要取決于保存的條件，而不是生成煤層氣量的多少，也就是說不僅取決于煤質牌號，更主要的是取決于儲存煤層氣的地質條件[2]。

一、區域地質概況

潘莊區塊位于山西省晉城市西北，為晉煤集團寺河礦的一部分，其所在的沁水盆地總體表現為被周緣斷裂所圍限的矩形斷塊，主體部分呈北北東向展布，為一大型復式向斜。地質構造相對比較簡單，僅在盆地邊緣發育一些較大規模斷裂，內部以次級褶皺為主，斷裂以北東、北北東和北東東向高角度正斷層為主，集中分布于盆地的西北部、西南部以及東南部邊緣，盆地東北部及腹部地帶斷裂稀少。

二、區域煤儲層概況

潘莊區塊穩定發育的主要煤層有3#煤層、9#煤層和15#煤層，其中3#和15#煤層最穩定，該區主要可采煤層特征詳見表1。

三、煤層氣賦存規律影響因素

（一）地質構造

地質構造附近往往會出現瓦斯異常涌出，導致瓦斯超限，甚至發生瓦斯突出事故：一方面，開放型的地質構造有利于瓦斯排放，封閉型的地質構造有利于瓦斯封存；另一方面，地質構造附近煤層松軟破碎，構造煤發育，比表面積增大，瓦斯吸附能力強，放散速度快[3]。

潘莊區塊屬典型的單斜構造，區內構造簡單，主要以褶皺為主，斷層稀少。區內褶皺主要為寬緩的背斜和向斜，褶皺形態寬緩、兩翼基本對稱，傾角較小，多為5～15°，褶皺軸線在平面上總體為近南北向，但多表現出“反S形”。主要斷層為西北邊界的寺頭斷層。寺頭正斷層走向為NE60°，傾向NW，傾角70°，落差為350m，延伸長度約10km。該斷層對工作區內煤層氣成藏有一定控制作用，是潘莊區塊地下水動力條件的一個重要邊界。

（二）煤層厚度

本區含煤地層為石炭—二疊系的太原組和山西組，總厚度約127～178m，平均146m，含煤21層，總厚度9.9～17.8m，平均13.4m，含煤系數9.10%，煤層厚度都具有從北到南逐漸變厚的趨勢，其中3#煤層穩定較厚，煤厚6.02～6.73m，平均6.18m，含氣量16.32～27.96m3/t，平均21.92m3/t，具有中部含氣量較高，周邊含氣量逐漸降低的分布狀況。

（三）煤層埋深

本區煤層在華北盆地奧陶系在經歷了長期的風化剝蝕后，于晚石炭世開始沉降并接受沉積，并依次經歷了印支、燕山和喜馬拉雅三次構造運動，形成了被斷裂切割成一系列斷塊構造形態，從而改變了煤層的原有埋藏深度，在階梯斷塊的翹起端和地壘中，煤層埋深變淺；在階梯狀斷塊的傾斜端和地塹中，沉降幅度大，上覆第三、四系厚度大，煤層埋藏較深。通過對潘莊區塊多口煤層氣井的3#煤的埋深統計，得出本區3#煤埋深為327.42～429.42m，平均為347.23m，整體上具有從西向東逐漸增厚的趨勢，但3#煤層含氣量呈現中部偏高、周邊逐漸降低的分布，因此，煤層埋藏深度與含氣量之間沒有具體規律可循。

（四）煤的變質程度

研究表明，在其他條件相同的情況下，煤的變質程度越高，生成的瓦斯量越大。在同一煤田，煤吸附瓦斯的能力隨變質程度的提高而增大。因此，在同一溫度和壓力條件下，變質程度高的煤層通常能保存更多的瓦斯[3]。本區煤屬腐植型無煙煤，煤巖成份以亮煤和暗煤為主，其次為鏡煤。煤中顯微組分以鏡質組為主，其次為惰質組。煤的鏡質組反射率（Rmax）為3.80～4.25%，屬于高煤級無煙煤，煤化程度較高，煤層具有較大的煤層氣吸附量。

（五）頂底板巖性

本區3#煤層底板為瀉湖沼澤相的具菱鐵質結核的泥巖，有時相變為粉砂巖，一般厚10m；直接頂板多為三角洲分流間灣相的含菱鐵質結核的泥巖、粉砂巖，厚度變化較大，一般在3m左右。3#煤層頂底板的泥巖及粉砂巖比較致密堅硬，滲透率低，有利于煤層氣賦存于煤層中。本區15#煤層一般有0.48m的泥巖偽頂，直接頂為K2灰巖，厚6.49～12.92m，一般9.9m；底板為泥巖，全區穩定。K2灰巖為裂隙巖溶含水層，單位涌水量0.0008～0.561/s.m，含水性弱，透氣性差，滲透率低，因此15#煤層的氣含量一般高于3#煤層。本區9#煤層頂板主要為泥巖、粉砂巖和粉砂質泥巖，底板主要為泥巖和粉砂巖，圍巖封閉條件好，有利于煤層氣的保存。

（六）水文地質條件

本區地下水文地質系統屬陽城延河泉域，位于地下水滯留區，水文地質條件屬簡單類型。本區煤系中主要含水層與煤層間多存在直接的水力聯系，其中與山西組煤層有水力聯系的是砂巖裂隙含水層（如K8砂巖）；與太原組煤層有水力聯系的是太原組灰巖裂隙巖溶含水層（如K2灰巖）；煤系下伏的奧灰巖溶含水層，由于存在峰峰組弱含水層和本溪組鋁土質巖地層阻隔，其對煤層氣儲集和開采的影響僅僅是潛在性的。煤系儲水層滲透性差，含水性和流動性都很弱，有利于煤層氣的保存。

四、結論

影響煤層氣賦存的因素是多方面的，在分析各種因素對潘莊區塊煤層氣賦存的影響后，可以得到如下結論：

（一）潘莊區塊的寺頭斷層對工作區內煤層氣成藏有一定控制作用，其單斜的簡單地質構造也利于煤層氣賦存。

（二）潘莊區塊總體煤層條件良好，為煤層氣的賦存提供了物質基礎，其中3#煤層穩定較厚，具有中部含氣量較高，周邊含氣量逐漸降低的分布狀況，但3#煤層埋深與含氣量總體關系復雜，沒有具體規律可循。

（三）潘莊區塊煤屬腐植型無煙煤，變質程度高，同時，煤層頂底板圍巖封閉條件好，均對煤層氣的保存十分有利。

（四）潘莊區塊水文地質條件簡單，含水層發育，且位于地下水滯流區，煤系儲水層滲透性差，含水性和流動性都很弱，有利于煤層氣的保存。