樂平礦區煤層氣賦存規律及資源潛力分析

祝 強，肖富強

（1.江西省煤田地質局，江西 南昌 330001；2.江西省煤田地質勘察研究院，江西 南昌 330001）

1 概述

隨著煤炭、石油、天然氣等常規能源資源的大量開發，可利用資源已日益減少，煤層氣作為一種清潔非常規能源資源逐漸受到重視［1］，煤層氣已被納入推動能源生產和消費革命的重要載體。近年來，江西省對油氣資源的調查投入許多工作，從頁巖氣、煤層氣等不同方向進行調查研究［2-4］，取得了豐富的基礎地質資料。隨著江西省能源產業結構的調整，大量煤炭生產礦井調整關閉，但在煤礦區仍保有大量煤層氣資源，從資源利用最大化的角度出發，對省內煤層氣資源進行調查研究，具有重要意義［5］。

樂平礦區位于江西省東北部的樂平市- 鄱陽縣一帶，主要包括鳴山礦區和涌山礦區（見圖1），鳴山礦區位于樂平市西側的鳴山- 梓埠一帶，面積達697.85 km2，涌山礦區位于樂平市涌山鎮北側，包括涌山、沿溝、仙槎勘探區等，呈北東向展布，面積為9.72 km2。

圖1 樂平礦區簡圖

2 礦區地質特征

2.1 礦區構造

樂平礦區位于欽杭結合帶之萍樂拗陷帶東部，為進賢- 樂平復向斜的一部分，主體呈北東向延伸，由印支和燕山兩期褶皺形成。印支期褶皺軸向偏近北東東，燕山期軸向近北東向。向斜由于受斷層破壞及后期沉積充填，為第四系地層及紅層覆蓋，多形成不完整向斜，構造線一般呈北東向。復向斜軸部由三疊系及二疊系上統地層組成，翼部由二疊系下統及石炭巖系地層組成。復向斜走向并不連續，受斷層切割嚴重。向斜兩翼產狀較陡，且局部有倒轉現象。

2.2 煤層發育特征

樂平礦區主力含煤地層為二疊系上統樂平組及三疊系上統安源組。

（1）樂平組

樂平煤系主要分布于鳴山礦區，自下而上分為官山段、老山段、獅子山段和王潘里段，除獅子山段外，其它均為含煤段，分別發育A、B、C煤組。主力可采煤層為B3煤層，位于老山段下部，煤層厚度一般為0.22～5.82 m，平均厚度為2.26 m，在勘探區內穩定分布，煤層結構簡單，大部分可采。A煤組、C煤組發育較差，為極不穩定的不可采煤層。

鳴山東部勘探程度較高，且B3煤層埋深較淺，一般小于1 000 m；西部受紅層覆蓋影響，勘探程度相對偏低。通過二維地震、電磁等資料的初步預測，西部B3煤層埋深較大，多在1 000～2 500 m之間。B3煤層厚度在區域上表現為，東西方向煤厚變化不大，南北方向煤厚變化相對較大。礦區深部由于施工鉆孔少，預測鳴山勘探區深部B3煤層均厚為1.63 m。

（2）安源組

安源煤系主要分布于涌山礦區的涌山、沿溝、仙槎等勘探區；自下而上分為四段，分別為白衣沖段、峽口段、井坑山段、螞臘山段；根據巖性組合特征，劃分為上、下兩個含煤組。下含煤組為白衣沖段和峽口段，上含煤組為螞蠟山段和井坑山段。含煤多達18 層，可采煤層共計13 層，集中分布于下含煤組峽口段，累計可采煤層總厚度為18.61 m，其他煤層發育不穩定，為局部可采煤層。

涌山向斜北翼受逆沖推覆構造破壞，含煤區域總體呈現單斜構造，安源組地層在南翼地表出露，煤層埋深由南向北逐漸加深，主力含煤層段峽口段在各勘探區埋深一般在1 000 m 以淺。

3 煤層氣賦存規律

3.1 煤系地層含氣性

（1）安源組

據涌山勘探區以往勘查資料，實測煤層含氣量為5.22～20.89 m3/t，平均含氣量為14.65 m3/t。其中白衣沖段三煤層含氣量較小（5.22 m3/t），峽口段六煤層和七煤層含量均較大。

沿溝勘探區各煤層含氣量為5.37～13.23 m3/t，平均含氣量為8.46 m3/t。其中，含氣量最大為八煤層，其次為六煤層，最小為二煤層。從垂向分布來看，煤層含氣量由下至上呈逐漸變小趨勢。

此外，涌山礦區各勘探區歷史開采數據顯示，主要礦井均為煤與瓦斯突出礦井。在瓦斯突出次數、突出強度、最大涌出瓦斯量等方面，顯示瓦斯突出在區域上自東向西逐漸增強的趨勢明顯。

（2）樂平組

樂平組地層主要分布在樂平礦區西部的鳴山礦區，以往地質資料鉆孔瓦斯測試數據稀少，僅有的鉆孔測試煤層含氣量為1.97 m3/t。據鳴山礦區歷年井下瓦斯數據，主煤層B3井下瓦斯相對涌出量為2.38～4.30 m3/t，平均3.27 m3/t，且瓦斯相對涌出量隨深度變深有增大的趨勢。

對鳴山礦區含氣量采用瓦斯含量梯度推測，鳴山淺部（700～1 500 m）區域的中心埋深為1 000 m，根據瓦斯含量梯度推測平均含氣量4.67 m3/t，鳴山深部（1 500～2 500）區域的中心埋深為2 000 m，推測平均含氣量12.94 m3/t。

3.2 煤層氣成藏影響因素

煤層氣的富集成藏受多種地質因素制約，包括煤層的變質程度、地質構造、煤層埋深、水文地質條件等。

（1）煤變質程度

煤變質程度直接影響煤層的生氣條件及吸附性能，進而影響煤層瓦斯含量。鏡質組最大反射率是反映煤變質程度直接指標。一般來說，煤變質程度越高，煤的生烴量越大，但隨著煤變質程度達到無煙煤后期階段，煤層含氣量反而急劇降低。

涌山礦區煤系地層為安源組，其變質程度受多種因素控制，通常認為燕山期巖漿活動對涌山礦區煤的變質程度影響較大。據基礎資料推測涌山礦區西側深部存在隱伏巖漿巖體，導致西側煤層的變質程度高于東部煤層。涌山礦區鉆孔中不同變質程度的煤層含氣性數據顯示（見表1），礦區西部涌山勘探區煤變質程度達到無煙煤，平均含氣量達14.65 m3/t；礦區東部沿溝勘探區為貧煤，含氣量次之，平均含氣量為8.46 m3/t。

表1 樂平礦區煤類與含氣量數據

鳴山礦區老山段B3煤層，變質程度較低，為低變質氣肥煤。B3煤層鉆孔取樣含氣量測試顯示，煤層瓦斯含量最高為1.97 m3/t（VII-3 孔），含氣量較涌山礦區偏低。

從上述討論可知，樂平礦區不同煤層的變質程度和含氣量呈現正相關關系，即煤變質程度越高，煤層氣含量相對也越高。

（2）構造條件

不同的構造條件對煤層氣保存會產生不同的影響，結合樂平地區構造特征認為，對煤層氣保存影響較大的主要為褶皺及斷裂構造。

樂平礦區整體上為復式向斜構造，煤層氣不易散失，向斜軸部中和面與兩翼呈正應力，頂底板裂隙不發育，煤層氣易于保存。從褶皺構造角度評價，對區內煤層氣賦存相對較為有利。

斷裂構造對于煤層氣賦存的影響在樂平地區則顯得尤為重要。斷裂活動不但破壞了煤層的完整性，并成為煤層氣逸散的通道，使煤層含氣量降低。樂平地區斷裂構造主要分為兩大類：一類是發育在涌山礦區北側、西北側的逆斷層，這類斷層多屬區域性斷裂構造，由于其多是壓性構造，對煤層氣的賦存影響不大；而另一類在鳴山礦區，斷層多呈斜交張性正斷層，對煤層氣的逸散比較有利。這也可能是導致鳴山礦區淺部煤層含氣量明顯低于涌山礦區的原因之一。

（3）煤層埋深

煤層氣主要以吸附狀態賦存于煤層中，含氣量直接受儲層壓力控制，即埋深對含氣量的控制實質是通過儲層壓力來控制。隨著煤層埋深的增大，儲層壓力增高，含氣量隨之增加，有利于煤層氣的保存。

據涌山勘探區和沿溝勘探區以往鉆孔瓦斯含氣量數據分析見圖2，隨著煤層埋深的增大，含氣量呈現明顯增大的趨勢，二者表現為正相關關系，且相關性系數較高。

圖2 煤層埋深與含氣量關系

鳴山礦區以往地質工作主要集中在東部1 000 m 以淺區域，在斷層等地質因素影響下，煤層含氣量較低。鳴山西部及北部區域，據部分鉆孔及二維地震、電磁等資料顯示樂平組埋深普遍在1 000～2 500 m 范圍。根據前述理論，結合鳴山東部VII-3 孔含氣量數據及區域瓦斯含量梯度推算，鳴山北部核心區2 000 m 深度含氣量可達12.94 m3/t。

（4）水文地質條件

涌山礦區斷裂構造以壓性構造為主，斷層的導水性較差，僅局部發育張性、張扭性斷裂。安源組煤系地層多為泥巖、煤層、頁巖、砂巖等互層構成，整體上富水性弱。鉆探及礦井開拓資料顯示，煤系地層一般不含水，煤層上部有多層隔水層。因此，涌山礦區水文地質條件相對較為簡單，且存在多個隔水層隔斷安源組煤層與淺部的水力聯系，煤層氣受水文地質條件的影響較小。

鳴山礦區樂平煤系地層夾持于長興組和大冶組灰巖地層之間，其官山段和獅子山段本身也為弱含水層，區域上發育的張性正斷層溝通煤系地層及含水層，導致煤層氣隨地下水通過導水通道逸散，使得鳴山礦區淺部煤層含氣量較小。

4 煤層氣資源潛力

根據掌握的煤炭及煤層氣相關資源參數，分別對樂平礦區涌山和鳴山兩個區域進行煤層氣資源量估算。涌山礦區以勘探區為單元進行資源量估算，鳴山礦區由于西部埋深較大，劃分為淺部（-1 000 m）和深部（-1 000～-2 000 m）分別估算資源量。各區煤層氣資源量估算結果見表2。

表2 樂平礦區煤層氣資源量估算

樂平礦區主要煤層氣富集區預測煤層氣資源量達到107.8 億m3。從賦存層位來看，涌山礦區煤層氣賦存于1 000 m 以淺，煤層氣資源量為3.76 億m3；鳴山礦區是區內煤層氣的主力富集區域，2 000 m以淺資源量達到104 億m3。當前開采技術條件下，一般認為2 000 m 以淺是煤層氣開采的有利深度，因而鳴山深部豐富的煤層氣資源具備開采利用價值。

綜合煤層氣資源量和開采技術條件認為，樂平礦區煤層氣資源量較大，賦存地質條件較好，且埋深適中，煤層氣資源潛力較大。

5 結語

樂平礦區位于萍樂坳陷帶東部，煤系地層包括樂平組和安源組。樂平組地層主要位于鳴山礦區，安源組地層主要位于涌山礦區。區內煤炭資源豐富，且煤層含氣量較好，結合煤變質程度、構造、埋深、水文地質條件等方面，對煤層氣賦存規律進行分析發現，樂平礦區具備較好煤層氣賦存條件。

煤層氣資源量估算結果顯示，樂平礦區潛在煤層氣資源量極為可觀，資源優勢顯著。在煤炭產業結構調整背景下，發揮煤層氣資源潛力優勢，對適應我省能源結構調整具有積極意義。