納雍縣木蘭礦區煤層埋深對煤層氣含量的影響分析

楊通保

（貴州煤礦地質工程咨詢與地質環境監測中心）

貴州貧油富煤，是我國南方最重要的煤炭生產基地，其煤層氣資源亦十分豐富。1997 年貴州省煤田地質局提交的全省范圍內煤層埋深2 000 m 以淺、含氣量大于4 m3/t 可采煤層中的煤層氣地質資源量為31 511.59 億m3，占全國煤層氣資源總量22%左右［1］。貴州省煤層氣藏地質條件和儲層物性具有煤層多、薄、構造復雜、低滲、高壓、高應力等特征，明顯不同于國內其他有利開發區塊［2］。以木蘭礦區二疊系上統龍潭組煤系地層為研究對象，通過系統的煤層氣樣品采集和測試，探討了煤層埋深對煤層氣含量變化的影響。研究成果對木蘭礦區煤層氣的綠色開發利用及煤礦先抽后建瓦斯治理的開展具有重要指導意義。

1 地質概況

研究區位于貴州省黔西地區織納煤田白泥箐向斜南翼，地層走向NEE—SWW，傾向為NNW，傾角為4°～12°，一般為8°。區內褶皺未發育，地層整體為單斜構造。區內地層由老至新有二疊系上統峨嵋山玄武巖組（P3β）、龍潭組（P3l）、長興組（P3c）、三疊系下統飛仙關組（T1f）及第四系（Q）。

研究區含煤地層為二疊系上統龍潭組，地層厚169.17～321.25 m，平均為235.49 m。巖性為灰—深灰色薄層狀粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、泥巖及淺灰色薄—中層狀細砂巖、粉砂巖，含煤11～42 層，發育水平層理、緩波狀層理、波狀層理及少量斜層理，為典型的濱海相陸源碎屑巖含煤沉積。龍潭組含可采煤層8 層，由上至下編號分別為2、5、6、8、19、28、31、32 號，可采煤層平均總厚9.62 m，可采含煤系數4.08%。

2 煤儲層特征

區內可采煤層宏觀煤巖類型以半亮型煤為主，少量半暗型、半亮—半暗型煤，夾少量暗煤和透鏡狀絲炭。可采煤層鏡煤反射率（Rmax）為2.61%～3.49%，平均為2.97%，煤化程度均為高煤級煤Ⅰ級。區內可采煤層屬中灰、低硫—中高硫、特低揮發分煤，煤類均為無煙煤三號。

通過對研究區內煤層樣品的試驗分析及儲層壓力測試，煤儲層壓力以28 號煤層最高，為1.02 MPa，其次為19、32 號煤層，儲層壓力分別為0.93 和0.92 MPa，儲層壓力最低為2 號煤層，僅0.78 MPa（表1）。整體上，研究區內下部煤儲層壓力高于中、上部，表明煤儲層壓力隨著煤層埋藏深度的增加呈正相關性，儲層壓力的增加有利于煤層氣賦存。

3 煤層含氣性

3.1 煤層氣成分

研究區煤層氣樣品分析測試表明，其煤層氣的化學成分以甲烷為主，含少量的二氧化碳、氮氣及極少重烴氣體。

甲烷（CH4）成分為33.33%～98.87%，平均為79.06%；氮氣（N2）成分為0～64.12%，平均為19.00%；二氧化碳（CO2）成分為0.19%～4.41%，平均為1.68%；重烴成分為0.02%～1.17%，平均為0.28%。

3.2 煤層氣含量

煤層氣含量是指單位質量的煤炭中所含有的氣體量，是表征煤層的含氣性的最直接參數［4］。對研究區內8 層可采煤層煤層氣空氣干燥基含氣量進行測定，煤層氣含量為4.58～18.03 m3/t，平均為8.56 m3/t（表1），其中以19、28號煤層含氣量最高，平均分別為12.93、10.39 m3/t，8、32 號煤層含氣量次之，平均分別為7.47和8.63 m3/t；而淺部2、5、6號煤層含氣量最低，表明各煤儲層之間隨埋藏深度的不同，含氣量呈不均衡性波動式變化。

4 煤層埋深對煤層氣含量影響分析

國內大量研究表明，儲集層的厚度、展布形態、儲層物性特征、地質構造條件、埋藏深度等對煤層氣的含氣量具有重要影響［3］。煤儲層的埋藏深度是煤層含氣量的重要控制因素，直接影響到煤層氣的儲層壓力和保存條件，因此，煤儲層的埋深與煤層含氣量具有較好的相關性［4］。

通過對織納煤田內5 個礦區煤層氣含量隨埋深的變化情況進行統計（圖1）表明，其含氣量與深度之間的變化具有一定的離散性，但也并非沒有規律。總體上，煤層氣含量隨煤層埋深增加而增加，埋深在500 m 以淺時，含氣量與埋深呈線性變化規律［5］。當埋深達到約500 m 時，呈現含氣量隨煤層埋深的增加而降低的趨勢。

對研究區而言，既符合上述含氣量與埋深之間的統計規律，同時也具有單個礦區的特異性。研究區內煤層平均含氣量總體上隨煤層埋深增加而呈增加趨勢，這種遞增趨勢一直持續到埋深450 m 之內的19、28 號煤層，在此埋深時的煤層地質構造穩定，下伏與上覆地層的封閉性為煤層氣提供了良好的保存空間，表明埋深是影響煤層氣含量的主要因素。而當埋深大于450 m 后，31、32 號煤層的煤層氣含量隨深度增加呈變緩趨勢，甚至出現波動變化，與織納煤田煤層含氣量與煤層埋深之間的變化規律基本一致［6］。反映出在埋深到達一定的深度時，地質構造條件基本趨于穩定，此時深度對煤層氣含量的影響逐漸減弱，指示區內煤層之間地層流體動力聯系較弱，表現出獨立疊置含煤層氣系統的基本特征［7］，煤層埋深已不再成為影響煤層氣含量的主要因素。

5 結論

（1）研究區內各煤層為中灰、低硫—中硫、低—特低揮發分煤，其煤層氣成分以甲烷為主，平均為79.06%，其次為氮氣和二氧化碳，占有比例分別為19.00%和1.68%。

（2）研究區內煤層埋深450 m 之內，煤層氣含量隨煤層埋深增加而呈線性增加的正相關趨勢，表明埋深是影響煤層氣含量的主要因素。當埋深大于450 m 后，煤層氣含量隨深度增加呈變緩趨勢，表現出獨立疊置含煤層氣系統的基本特征，煤層埋深已不再成為影響煤層氣含量的主要因素。