貴州省六盤水煤田麥子溝煤礦煤層氣地質賦存特征及控氣因素分析

潘青青, 江雨欣

(1.貴州省森林航空護林總站，貴州 貴陽 550004；2.貴州省應急救援中心，貴州 貴陽 550004)

1 礦井概況

麥子溝煤礦位于貴州省盤州市以北西部，行政區隸屬于貴州省盤州市柏果鎮和滑石鄉管轄，位于土城礦與月亮田礦之間。地理坐標為：東經104°29′45″～104°32′43″，北緯25°51′33″～25°54′25″。礦區長約3.35 km，寬約1.00 km，面積1.9753 km2。

2 地質特征

2.1 地層

麥子溝煤礦位于盤縣煤田北側，區域內出露地層由老至新有：古生界石炭系上統馬平群(C3mp)、二疊系中統梁山組(P2l)、棲霞組(P2q)和茅口組(P2m)、二疊系上統峨眉山玄武巖組(P3β)和龍潭組(P3l)、中生界三疊系下統飛仙關組(T1f)、永寧鎮組(T1yn)、三疊系中統關嶺組(T2g)、法郎組(T2f)。

2.2 構造

地層走向NWW-SEE，傾向SSW，傾角20°～60°，局部70°。含煤地層主要為龍潭組(P3l)巖性由灰、深灰色，薄至中厚層狀粉砂巖、細砂巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖、泥巖及煤層組成，地層厚度為252.60～309.00 m，平均厚度275.81 m，含煤約50層。可采煤層厚度約12.68 m，可采含煤系數4.60%。煤層由上到下為1、5、6、19、10、12、15、17、18、19共10層。

礦區位于軸線方向北西的照子河向斜西端北東翼和土城向斜西端南西翼之間，屬照子河向斜西端北東翼，總體為一向南西傾斜的單斜構造。斷層主要由南東—北西向、順地層走向的逆斷層和南西—北東向的正斷層斷層組成。受斷層影響地層產狀有一定的變化，但基本地層走向近于東西，傾向南偏西，傾角36°～54°，一般地層傾角為45°，地層傾角由西向東逐漸變大；淺部傾角大，深部傾角變小。礦區淺部構造形態主要受大灣背斜及多組走向不同的斷裂控制，深部構造形態主要受拖不科向斜控制，見圖1。

圖1 麥子溝煤礦勘查區地質綱要圖

3 控氣因素

3.1 含氣性特征

煤層氣的化學組分主要包括甲烷、重烴、二氧化碳和氮氣，區內共收集可采煤層合格瓦斯樣55個，區內可采煤層的可燃氣體全區平均含量為7.06 m3/t。見表1。

表1 煤層鉆孔煤芯解吸匯總表

3.2 孔隙特征

煤的比表面積由煤的孔隙決定，比表面積是度量煤體孔隙內表面積發育程度的物理量，據收集的相關資料，區內煤的孔隙率測定統計見表2。

表2 可采煤層孔隙率統計表

煤層氣大部分以物理形態吸附于煤層孔隙表面，若孔隙的孔越發育，則煤的儲氣強度越大，比表面積越多，煤的吸附力越明顯。孔隙率因煤化程度加大而減少，隨煤被破壞程度變大而增大。因勘探區未對孔隙結構分析測試，但煤的內比表面積隨煤化程度的變化而變化，一般呈拋物線形。區內煤層孔隙率為0.047%～10.12%，初步判定為解吸能力和吸附能力較強的煤。

3.3 煤巖特征

煤巖的顯微組分是影響煤層氣含量的另一個因素。由于無機物質表面與氣體之間沒有親和力，有機物質空間若被無機物質所代替，導致吸附于比表面積的有機物質減少。區內煤層的煤巖成分大部分暗煤為主，夾亮煤及絲炭線理。煤巖類型以半暗型為主。鏡質組以基質鏡質體為主，含量平均63.84%。殼質組以厚壁角質體為主，含量平均24.97%，惰質組常見透鏡狀或不規則絲質體、半絲質體為主，平均含量為11.19%。表明:煤巖鑒定煤層鏡質組平均最大反射率(R°max)為0.71%～1.12%，平均為0.84%；煤層的煤化程度為中煤級煤Ⅱ～Ⅲ階段。

煤巖鑒定結果煤層有機組分含量較高，無機組分較低。區內各煤層的顯微煤巖類型均為微三合煤，顯微礦化類型為微泥質煤，變質程度相當于氣煤變質階段(Ⅱ變質階段)。

表3 可采煤層煤巖特征表

圖2 煤層煤巖成分含量簡圖

對比與同一煤階，無機組分含量低的煤吸附的氣大于無機組分含量高的煤。煤中烴類氣體的吸附能力與有機質中的鏡質組和殼質組含量息息相關，煤中的富氫(鏡質組和殼質組)顯微組分越多，煤中烴類氣體的吸附能力越強。以煤的變質程度R°max<0.65%劃分低階煤，本礦區為高階煤，瓦斯放散能力強。

3.4 煤層埋深

煤層含氣量因煤層埋深程度較顯著，結合煤田鉆孔資料，在一定范圍內，煤層氣含量與煤層深度之間存在著正相關性。在一定的埋深范圍內，隨著煤層埋深增加煤層的含氣量增大，煤儲層壓力、溫度逐漸增大，煤吸附能力越強，同時煤層氣由游離態轉化為吸附態，有利于煤層氣的吸附保存，在深度較淺的范圍內，含氣量隨埋深增加呈線性增加，達到一定埋深(臨界深度)后，壓力正效應減弱，溫度負效應增強，含氣量隨埋深的深度變深而增加量逐漸變慢，以12號煤層為例，其實測煤層氣含量與煤層深度關系的擬合見圖3，同一煤層含氣量隨埋深的增多而增加，但具有一定的離散性，反映在類似儲層物性條件下，埋深是影響煤層含氣量的最主要因素。煤層厚度、地質構造、地形因素及測試誤差等原因會造成個別數據點有背離這一主要規律。

圖3 12號煤層含氣量與埋深關系變化圖

由表1作煤層氣含氣量與煤層層位之間的關系如圖4，可知：煤層層位與煤層含氣量兩者關系表現為平均含氣量隨煤層層位降低而呈波動式變化，揭示礦區內煤層之間地層流體動力聯系較弱，顯示出獨立疊置含煤層氣系統的基本特征。

圖4 煤層氣含量的層位分布圖

4 結束語

本文以貴州省盤縣柏果鎮麥子溝煤礦為例，研究礦區內煤層氣氣藏特征，從構造、孔隙、煤巖成分、煤級、煤層埋深等角度分析區內煤層氣的控氣因素：

(1)孔隙的微孔越發育，比表面積越大，煤的儲氣能力越強，則煤的吸附能力越高。

(2) 區內煤層有機組分成分以鏡質組為主，顯示該區煤層具有較強的吸附能力，從而提高了區內煤層氣含量。

(3)礦區內各煤層隨埋深增加變質程度有逐漸變高的趨勢，屬中變質程度氣煤，具備較強的生氣能力。

(4)以區內12號煤層為例，煤層氣含量隨埋深增大呈線性增加，達到一定埋深后，含氣量隨埋深的繼續增加而增加量逐漸變緩。