阜康白楊河礦區水動力條件對煤層氣富集影響的研究

胡振鵬

(新疆煤田地質局一五六煤田地質勘探隊，新疆 830000)

1 阜康白楊河礦區水動力條件概況

1.1 地形地貌

阜康白楊河礦區地處準噶爾盆地東南緣之博格達山北麓低山～丘陵地帶,地表植被稀疏，為典型的階地狀地形，南高北低，西高東低，中部高東西低，礦區內海拔一般為1000～1100m，最高約1244.50m，最低約1045m，相對高差一般100m，最大200m。地形切割中等。

1.2 水源補給

白楊河由南向北從白楊河礦區東部穿越，該河發源于博格達山主峰的冰川區，河水流量隨季節而變化，主要由融化的雪水與泉水補給，最大流量在7～8月份，入冬后流量顯著降低。平均流量2.504m3/s，最大洪流量44m3/s，最大流速4.80m/s，歷年最大洪峰流量為150m3/s。白楊河水在流經本區過程中有一定的漏失量，漏失量中有一部分通過滲透補給地下含水層，因此本區河流是地下水含水層的主要補給來源。

1.3 主力煤層及徑流方向

白楊河礦區煤系地層為侏羅系八道灣組中段(J1b2)至侏羅系八道灣組下段(J1b3)，含35～36、37、39、40、41、42、43和44等主力煤層。其上覆地層(34號煤層上部地層，該層平均厚244.60m)和下伏地層(44號煤層下部地層，該層厚120.50～162.70m)均為巨厚隔水層，煤系地層與上下含水層之間不具水力聯系或水力聯系弱。

煤系地層內部含水層巖性以中、粗砂巖、砂礫巖及煤層為主，含水層和隔水層以互層形式組成，煤層之間由粉砂巖、泥巖等隔水層隔離。根據本區抽水孔可知鉆孔單位涌水量0.0021～0.020L/m·s，滲透系數0.00032～0.001m/d，由此可知含水層組富水性弱，透水性差，為弱含水層組，對煤層氣的富集和逸散作用很小。

煤系地層地下水水平方向總體表現為由南向北、由東西兩側向泉水溝徑流，淺部煤層分布燒變巖裂隙，以條帶狀橫貫東西，因燒變巖中裂隙極其發育，徑流較快，攜帶煤層氣向大氣中逸散，是煤層氣淺、中部逸散的主要動力。

2 阜康白楊河礦區水動力條件對煤層氣富集的影響

2.1 水動力條件對煤層氣富集影響機理

煤層中的水主要包括基質孔隙中的束縛水、游離水和裂隙系統中的游離水。束縛水難以流動，游離水始終處在不斷的交替循環之中，煤基質中的煤層氣處于吸附態與游離態動態平衡之中，在濃度梯度差的作用下由煤基質的微孔隙擴散運移至裂隙系統，然后隨地下水流動，發生運移、逸散(或再吸附)。在漫長的地質歷史過程中，這種長時間的水動力作用，對煤層氣的富集將產生較大的影響。

2.2 白楊河礦區水動力強弱的判斷

地下水的水化學場可以反映地下水流場特征和活躍度。當地下水的礦化度比較高時，說明該區域水流動緩慢，屬于滯流區，利于煤層氣的富集。當地下水的礦化度較低時，說明水流動活躍，煤層氣容易隨水流動，煤層含氣量通常較低。

根據采樣化驗數據顯示，白楊河礦區北部礦化度較低，隨著煤層埋深的增加，沿煤層傾向向南礦化度增加；特別是煤層埋深沿傾向由北向南增加至700m以后，礦化度顯著增高(見表1)。這反映了礦區北部煤層徑流交替條件好，南部區域煤層徑流緩慢甚至呈滯流狀態。

表1 白楊河礦區不同區域水質化驗主要離子統計值

2.3 水動力條件對白楊河礦區煤層氣富集的影響

白楊河礦區無斷裂、陷落柱等構造影響，煤系地層頂底板為巨厚隔水層，儲層含水層中的水流動主要在重力驅動下由南向北、由東西兩側向泉水溝流動。水在運移過程中，將溶于水的煤層氣帶走，是煤層中含氣量降低的重要原因，其降低量與地下水的流量、流速及作用時間有關，白楊河礦區北部徑流速度快，屬于礦區由東西兩側向泉水溝徑流區，含氣量明顯偏低。

礦區南側煤儲層埋深較深，處于地下水的滯流區，與地下水聯系不緊密，有利于煤層氣的保存，煤層含氣量高。主要原因有兩個：第一，水的承壓作用，致使煤儲層處于較高的壓力狀態，煤層不易發生解吸；第二，由于地下水的循環交流作用較弱，水溶解帶走的煤層氣量較少。

礦區內水動力條件特征決定了煤層含氣性特征，主力煤層含氣量由北向南，從4m3/t緩慢增加至22.78m3/t。

3 結論

(1)阜康白楊河礦區水動力條件對礦區煤層氣富集起到了較大的影響，是阜康煤層含氣量的主控因素之一。

(2)礦區北部區域礦化度低、水動力條件強，煤儲層含氣量低；礦區南部區域礦化度高、水動力條件弱，煤儲層含氣量高。