永隴礦區(qū)麟北區(qū)水文地質(zhì)特征及其對煤層氣的控制作用

王少鋒 藺亞兵

(陜西煤田地質(zhì)勘查研究院有限公司，陜西 710018)

麟北礦區(qū)位于閣頭寺背斜以北，屬彬長坳陷Ⅲ級構(gòu)造單元。溝谷中出露的白堊系地層產(chǎn)狀平緩，其深部構(gòu)造總體為一走向NE、傾向NW的單斜構(gòu)造。在單斜構(gòu)造上，發(fā)育著次一級寬緩的褶曲構(gòu)造。礦區(qū)構(gòu)造簡單，區(qū)內(nèi)斷層不甚發(fā)育，未發(fā)現(xiàn)巖漿巖侵入。

礦區(qū)煤炭資源豐富，含煤地層為中侏羅統(tǒng)延安組地層，主采煤層為2號、3號煤層，該煤層以不粘煤為主，全區(qū)分布較穩(wěn)定，2號煤層平均厚度7.03m，3號煤層平均厚度4.27m，為煤層氣的生成及儲集提供了充足的條件。

1 礦區(qū)含、隔水層及水力聯(lián)系

根據(jù)地層巖性和地層富水性資料分析，麟北區(qū)主要含水層為白堊系洛河組，其他地層基本含隔相互交替，含水巖組裂隙不發(fā)育，富水性弱，各含水層之間缺乏直接的水力聯(lián)系通道。同時通過比較各含水層的礦化度和水質(zhì)類型，易見延安組煤系含水層比洛河組、宜君組、安定組含水層的礦化度都明顯偏大，而且在水質(zhì)類型上有明顯不同。由此判斷，延安組煤系含水層與洛河組、宜君組、安定組含水層不具明顯水力聯(lián)系。

而上覆接觸的直羅組地層，通過本區(qū)與鄰區(qū)彬長礦區(qū)含水層的礦化度和水質(zhì)類型分析，延安組煤系含水層與直羅組含水層水化學(xué)特征存在明顯差異，兩含水層之間也不具明顯水力聯(lián)系。

區(qū)內(nèi)廣泛分布，地表未見出露。延安組含水層包括2、3煤層含水層和砂巖含水層，砂巖含水層巖性主要為中～粗粒砂巖，屬含水性弱的含水層。根據(jù)鉆孔抽水試驗： 單位涌水量0.000216～0.0353L/s·m，富水性弱而不均一。因受埋藏條件和地質(zhì)構(gòu)造控制，侏羅系延安組承壓裂隙水的補徑排自礦區(qū)內(nèi)以側(cè)向補徑排為主，主要由南向北徑流及排泄。礦區(qū)延安組含水層水位標高+810～+1120m之間，西南部水位最高，向西北部逐漸降低，至鉆孔Z3-2附近，在此形成水勢“低洼區(qū)”，礦區(qū)總體地下水向西北部低洼地帶匯聚。加之延安組巖性以粉、細粒砂巖和泥巖為主，其補給量很小，因此含水量很微弱、流速很緩慢，為煤層氣的儲存創(chuàng)造了良好條件，延安組含水層地下水等水位線見圖1。

圖1 麟北區(qū)延安組含水層地下水等水位線圖

地下水的化學(xué)特征也能反映出地下水流速和方向，即地下水水流流場。水化學(xué)特征可以用來確定補給區(qū)和排泄區(qū)。根據(jù)礦區(qū)內(nèi)水文孔抽水試驗水質(zhì)測試結(jié)果，水質(zhì)類型以Cl-Na型為主，礦化度734.49～6274.13mg/L，向西北部礦化度值逐漸增大(見圖2、3)。

圖2 麟北區(qū)延安組地下水礦化度等值線圖

圖3 麟北區(qū)延安組地下水水質(zhì)類型范圍圖

圖4 麟北區(qū)延安組地下水氯離子含量等值線圖

麟北區(qū)延安組地下水礦化度等值線如圖1～2所示，礦化度呈現(xiàn)由西南部、東部向西北部增大的趨勢，與地下水等水位線圖趨勢顯示較一致的吻合，礦化度最高值區(qū)域位于西北部Z3-2鉆孔附近，由此表明此處地下水存在滯留區(qū)，由周邊向此區(qū)域礦化度逐漸增大，同時反映出地下水動力場由補給區(qū)、徑流區(qū)向滯留區(qū)的變化。類似研究麟北區(qū)延安組地下水水質(zhì)類型范圍圖(圖3)發(fā)現(xiàn)，同時也反映出以上地下水運動規(guī)律。

麟北區(qū)延安組地下水氯離子含量等值線如圖4所示，氯離子含量值總體向西北部逐漸增大，最大值位于Z3-2、Z3-8鉆孔附近。氯離子含量等值線圖趨勢與等水位線圖、礦化度等值線圖、水質(zhì)類型范圍圖基本呈現(xiàn)高度一致。

2 礦區(qū)內(nèi)鉆孔實測

據(jù)陜西煤田地質(zhì)局186隊及陜西煤田勘察研究院在園子溝井田、丈八井田內(nèi)施工的5個煤層氣鉆孔資料知：在Z3-2、Z3-8鉆孔附近施工的煤層氣鉆孔YZG-C2、YZG-C3鉆孔2號煤層平均含氣量較周邊增大，比較符合水文地質(zhì)特征分析結(jié)果。對比發(fā)現(xiàn)，麟北區(qū)延安組地下水動力分區(qū)與煤層含氣性趨勢表現(xiàn)出較強的一致性，總體上由南向北增大，形成了4-4、K3-9鉆孔區(qū)域、Z9-5、Z10-4鉆孔區(qū)域的兩個匯流區(qū)和3-2、Z3-8鉆孔區(qū)域煤層氣聚集區(qū)。究其原因，地下水動力場決定著煤儲層壓力的分布，從而控制了煤層氣分布，在3-2、Z3-8鉆孔區(qū)域的相對較高含氣量區(qū)，對應(yīng)于地下水滯留區(qū)域，等勢面呈四周高、中間低的匯流狀態(tài)，地下水從各個方向向該處匯流，此處的地下水徑流條件減弱，對煤層氣形成水動力封閉作用；而4-4、K3-9鉆孔區(qū)域、Z9-5、Z10-4鉆孔區(qū)域含氣量相對較低，為大氣降水徑流區(qū)，地下水交替較積極，徑流強度較大，煤層氣向外解吸逸散作用較強，導(dǎo)致這些地區(qū)在煤級、煤厚、圍巖等保存條件類似的情況下煤層含氣量降低。含氣量最好的區(qū)域恰好是水文條件最有利的煤層氣富集區(qū)域，說明水文地質(zhì)條件是礦區(qū)煤層氣成藏的重要因素之一。

3 結(jié)論

(1)麟北區(qū)構(gòu)造簡單，斷裂構(gòu)造不甚發(fā)育，含水層之間泥巖隔水層穩(wěn)定分布，延安組煤系含水層與其他含水層之間不具明顯水力聯(lián)系，有利于煤層氣的保存。

(2)麟北區(qū)延安組含水層補給主要來源為礦區(qū)外四周相鄰的延安組含水層的側(cè)向徑流補給，在礦區(qū)西北部形成水勢低洼地，延安組含水層中地下水向西北部3-2、Z3-8鉆孔區(qū)域匯聚，地下水的流動攜帶煤層氣向西北部聚集。

(3)麟北區(qū)延安組地下水整體上處于較高的礦化度，水質(zhì)類型為以SO4-Na型為主，西北部地區(qū)為Cl-Na型。由此說明整體上延安組地下水流動較緩慢，對煤層氣的保存有利，而位于礦區(qū)西北部的相對滯流區(qū)最有利于煤層氣的保存。

(4)麟北區(qū)西北部3-2、Z3-8鉆孔區(qū)域煤層氣富集條件最好，且含氣量相對最高，是進行煤層氣開發(fā)的潛力地區(qū)。

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