黔北煤田某煤礦區煤層氣資源勘探潛力評價

石富倫

0 引言

煤層氣是自生自儲于煤層中的非常規天然氣。中國煤層氣有利區勘探面積大，主要聚煤盆地有鄂爾多斯、沁水、準噶爾、滇東黔西、二連、吐哈、塔里木、天山、海拉爾等，地質資源和可采資源量大[1]。貴州省含煤面積約7 萬km2，埋深2000m 以淺的煤層氣資源量達3.06×1012m3[2～4]，居全國第二，但探明率低，不到25%，勘探潛力巨大[2]。貴州多數含煤構造單元未單獨進行煤層氣資源勘探工作，但煤炭勘查成果豐富，煤炭勘查中瓦斯專項資料提供了較為豐富的煤層氣資源評價所需基礎數據，可對煤層氣資源勘探潛力進行初步評價。本文擬選取黔北煤田某煤礦作為研究對象，利用煤炭勘查資料，評價其煤層氣資源勘探潛力。

1 地質概況

1.1 區塊地層

研究區煤系及相鄰地層由老到新發育有中二疊統茅口組，上統龍潭組、長興組、下三疊統夜郎組、茅草鋪組，以及第四系。目的層系龍潭組為一套海陸交互相碎屑巖夾碳酸鹽巖含煤巖系，主要由灰、深灰色，薄至中厚層狀粉砂巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、泥巖及少量細砂巖組成，夾7～9 層石灰巖及泥灰巖，底部為0～9.50 米為淺灰色鋁土質泥巖，厚116～141m，均厚125.59m。根據巖性、巖相及含煤性，可分為上、下兩段。各地層厚度及巖性見表1。

1.2 區塊構造

研究區位于向斜一翼近軸部地帶，地層總體走向NE，傾向以NW 和SE 為主，局部地段為SW 或NE。地層傾角較緩，一般為5°～10°；斷層附近傾角常變陡，局部可達10°～21°。區內次一級褶皺和斷層均有發育，構造復雜類型為中等。

2 煤儲層特征

2.1 含煤性

研究區龍潭組含煤14 至20 層，煤層總厚度平均12.50m，含煤系數9.9%。含全區可采煤層2 層，即4#煤和9#煤；局部可采煤層3 層，即5#、8#和12#號。可采和局部可采煤層總厚度7.25m，可采系數5.8%。在縱向上，上段下部含煤性最好，是全區可采煤層4、9 號和局部可采煤層5、8 號的賦存層位；下段含煤性次之，含局部可采煤層一層，即12#煤。在橫向上，南東部含煤性較好，可采煤層層數較多，可采總厚度較大；北西部含煤性變差。

表1 研究區地層巖性及厚度統計表

表2 研究區煤層氣資源量估算表

2.2 煤質

研究區可采煤層顏色一般黑色、灰黑色，多呈金剛光澤或似金屬光澤。煤巖結構呈條帶狀結構，以細一中條帶為主，夾鏡煤或絲炭線理及細條帶。煤體結構呈柱狀、塊狀或碎粒狀，硬度較大，有利于水力壓裂。煤中常見有星點狀、浸染狀黃鐵礦，裂隙發育，常見方解石薄膜或細脈充填。

煤巖成分以亮煤、暗煤為主，鏡煤次之，絲炭一般很少。宏觀煤巖類型為半亮型- 暗淡型。煤中有機總量占71.19%～88.65%，一般在81%～88%之間，主要由鏡質組和惰質組組成，其中鏡質組含量80%～87.82 %，平均84.24%；惰質組含量12.18%～19.38%，平均15.76%。煤中無機組分總量占11.35% - 28.21% ，一般在 11%～19%之間。以黏土礦物為主、次為石英、方解石，少量黃鐵礦。鏡質體反射率（Ro）在3.58%～3.86%，平均3.67%，隨埋深增加而增加。

3 煤層含氣性

3.1 煤層氣組分

區塊內煤層瓦斯自然組分主要為CH4、N2、CO2和重烴，另外外來CO、O2。CH4含量為69.42%～94.11%，平均83.39%。重烴含量為0.30%～0.75%，平均為0.38%，各煤層差值不大。N2含量 在 4.11% ～26.87% ，平 均 13.57% 。 CO2含 量 為0.61%～1.40%，平均為1.02%。區塊內埋藏最淺煤層距地表大于300m，且烴類氣體含量一般大于70%，屬于甲烷帶，煤層未遭受風化，煤層氣保存條件好。

3.2 含氣量

煤層氣解吸量是評價煤層含氣性最直觀的參數。利用研究區5 層可采煤層共50 個煤樣的解吸氣含量和各氣體組分數據，經換算顯示，甲烷含量為11.26～18.56m3/t，平均16.20m3/t。5層可采煤層中，除8# 煤因解析樣品少，無統計意義外，其他4層煤層甲烷含氣量均超過8m3/t 的煤層氣資源量/儲量的起算標準。綜上，研究區煤層氣含氣量高，勘探潛力大。

3.3 吸附氣量

煤吸附甲烷的等溫線與單分子層吸附等溫線一樣，具有第I 類吸附等溫曲線特征，因此，煤的吸附甲烷量一般用Langmuir 方程來表示[5]。根據Langmuir 單分子層吸附理論，在相同溫度、不同壓力條件下進行吸附實驗，計算出蘭氏體積（VL）和蘭氏壓力（PL），以此定量評價煤層氣資源潛力。研究區全區可采煤層4# 煤和9# 煤共計7 塊樣品等溫吸附實驗結果顯示，蘭氏體積在 34.55～39.70m3/t，平均 36.554m3/t；蘭氏壓力在5.52～9.35MPa，平均6.96 MPa。蘭氏體積高，煤吸附能力強，說明研究區具有較高的煤層氣勘探開發潛力。

4 煤層氣資源評價

研究區尚未開展過煤層氣勘查開發工作，僅依靠煤炭勘查取得的成果進行綜合分析，其資源量屬待發現的資源量，類別為推測級。根據《煤層氣資源/儲量規范》（DZ/T0216- 2010）[6]，采用體積法計算煤層氣資源/儲量。對于全區可采煤層的4#和9# 煤，算量邊界以煤礦礦權邊界為界；局部可采煤層5#、8# 和12#煤，算量邊界由煤炭算量邊界和煤礦礦權邊界共同圈定。起算標準為空氣干燥基含氣量≥8m3/t。根據估算，研究區煤層氣4#、5#、8#、9# 和12# 煤層潛在資源量為60.4×108m3，地質儲量豐度為1.68×108m3/km2（表2）。研究區煤層埋深0～1000m，大部煤層埋深400～800m，區塊綜合評價為Ac 類II級的煤層氣區塊。

5 結論

研究區4 號和9 號煤為全區可采煤層，煤層穩定程度為全區穩定、煤質變化小，構造復雜程度為中等，平均煤層干燥無灰基可燃氣含量為16.20m3/t，煤體結構為原生～碎裂結構，地面開發條件為中等，煤層氣區塊地質資源量60.4×108m3，地質儲量豐度為1.68×108m3/km2，煤層埋深0～1000m，大部煤層埋深400～800m，區塊綜合評價為Ac 類II 級的煤層氣區塊，具有較大的煤層氣資源開發潛力。