龍鳳井田煤層氣賦存特征及勘探潛力分析

蔡杰 沈云飛

摘要：龍鳳井田是一高瓦斯礦井，煤層氣資源豐富。結(jié)合井田地質(zhì)勘查資料及井下瓦斯資料，對煤巖煤質(zhì)特征、含氣量、賦存因素等方面進行研究，并用體積法估算了煤層氣資源量，并且對井田煤層氣勘探潛力進行了分析。結(jié)果顯示：龍鳳井田可采煤層4號、5號、9號、13號煤層含氣量高，尤其以5、9號煤層較高，煤層氣資源估算量為8.23×108m3。構(gòu)造和封閉條件是龍鳳井田煤層氣的主控因素。結(jié)合貴州煤層氣開發(fā)積累的工程經(jīng)驗及技術(shù)，建議龍鳳井田煤層氣以5、9號煤層合層開發(fā)，具有廣闊的開發(fā)前景，能為煤礦的安全生產(chǎn)帶來較大的效益。

關(guān)鍵詞：龍鳳井田；煤層氣；賦存因素；資源量；勘探潛力

1.引言

黔北地區(qū)是我國優(yōu)質(zhì)的無煙煤產(chǎn)區(qū)，煤炭、煤層氣資源豐富。根據(jù)《貴州省煤層氣資源評價》（1996）結(jié)果，黔北煤田2000m以淺煤層氣資源總量為3.15×1012m3，占全省煤層氣資源總量23.45%[1]。近些年來，黔西、黔北地區(qū)受到了大量的關(guān)注，貴州省煤炭相關(guān)單位進行了一系列的工程，國內(nèi)外學者針對貴州煤層氣的賦存特征、影響因素、開發(fā)工藝等進行深入的研究[2-9]。龍鳳井田作為一高瓦斯礦井，瓦斯突出問題嚴重影響了煤礦的安全生產(chǎn)[10]，進行煤層氣的相關(guān)工作顯得必要而緊迫。本文通過對龍鳳井田的煤田勘探資料，系統(tǒng)分析了該井田各煤層的分布與含氣量特征，井田構(gòu)造與封閉條件因素對煤層氣的控制等，并依據(jù)規(guī)范估算了煤層氣資源儲量，對該區(qū)煤層氣資源勘探開發(fā)潛力進行分析，龍鳳井田具有較大的開發(fā)價值。

2.概況

龍鳳井田位于金沙縣城南偏西15°，平距約10km處，行政區(qū)劃屬金沙縣新化鄉(xiāng)管轄。地理坐標：東經(jīng)106°10′41″～106°12′31″、北緯27°22′17″～ 27°23′38″，東西長3km，南北寬2.39km，面積7.1234km2。

井田位于上揚子地臺大婁山背斜南翼，構(gòu)造以褶曲為主，東側(cè)有金沙-黔西向斜，軸長約20km，走向NNE 20°，向斜寬20余千米，其軸線在平面上呈“S”形，北面變?yōu)楸睎|東向，南面為北東向，為一開闊不對稱向斜。北西翼傾角較緩，為10°～20°，發(fā)育有次級褶皺；南東翼傾角較陡，為 30°～40°左右。井田北西部有新華向斜，走向NEE 70°左右，軸長約11km，為金沙—黔西向斜北西翼的次一級褶曲，為一寬緩的不對稱向斜，軸面傾向北西，向斜寬約2km～ 4.5km。自西向東，其軸線先后穿過上二疊統(tǒng)、三疊系。北西翼地層傾角較陡，為7°～35°，一般28°；南東翼地層傾角較緩，為4°～12°，一般為9°～10°（見圖1）。

3.煤層及含氣特征

3.1煤層

井田內(nèi)含煤地層為龍?zhí)督M，屬海陸交互相沉積，厚81.98m～107.49m，平均厚98.58m。主要由細砂巖、粉砂巖、泥巖等夾泥灰?guī)r、灰?guī)r及煤層組成。含豐富的動、植物化石。含煤9層～15層，煤層總厚度8.00m～16.84m，平均11.47m，含煤系數(shù)為12%。含可采煤層2層～8層，可采總厚度3.94m～15.00m，平均8.74m，可采含煤系數(shù)為9%。可采煤層為4、5、9、13號煤層，其中分布于龍?zhí)督M上段的5、9號煤層發(fā)育較好，為主要可采煤層（見表1）。

3.2煤巖煤質(zhì)特征

井田內(nèi)主要可采煤層為黑色和黑灰色，塊狀，少量粉粒狀，煤巖成分以亮煤為主，鏡煤及暗煤次之，少量透鏡狀絲炭體。煤巖類型有半亮型、光亮-半亮型和半暗-半亮型，以半亮型為主。煤的有機組分大致分為鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組兩大類，組分界線較模糊，以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組次要。鏡質(zhì)組以基質(zhì)鏡質(zhì)體、透鏡狀、細條帶狀均質(zhì)鏡質(zhì)體為主，少量結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體、碎屑鏡質(zhì)體。含量為69.94%～90.36%，平均82.74%。惰質(zhì)組常見透鏡狀、不規(guī)則狀半絲質(zhì)體、氧化絲質(zhì)體，次為碎屑絲質(zhì)體分布于基質(zhì)鏡質(zhì)體中，少量粗粒體、微粒體，偶見分泌體。惰質(zhì)組含量為9.64%～30.06%，平均含量為17.26%。無極組分以粘土礦物為主，次為石英，少量黃鐵礦、方解石，含量為8.35%～18.34%，平均13.39%。

原煤干燥基灰分含量為11.16%～34.33%，平均20.52%，屬中灰煤（MA）。原煤干燥無灰基揮發(fā)分含量5.57%～ 13.54%，平均7.43%，均屬特低揮發(fā)分煤（SLV）。原煤干燥基全硫含量為0.45%～5.78%，平均為2.25%，中硫-高硫煤層。該礦區(qū)煤類單一，為無煙煤3號（WY3），可采煤層鏡煤最大反射率（Romax）為3.17%～3.50%，平均為3.33%。一般而言，煤層吸附瓦斯的能力隨變質(zhì)程度的增高而增大，龍鳳井田煤變質(zhì)程度高也是導致煤層瓦斯含量高的一個原因。

3.3煤層含氣量

龍鳳井田煤層氣組成主要為甲烷（CH4）、氮氣（N2）和二氧化碳（CO2），含有少量的重烴氣體（表2）。主要可采煤層 4號、5號、9號、13號煤層甲烷組分平均值分別為85.68%、82.68%、86.04%、88.20%；平均氮氣濃度為11.33%～16.75%；平均二氧化碳濃度為0.47%～0.80%。根據(jù)《煤炭資源地質(zhì)勘探規(guī)范》，該井田屬于甲烷分布帶。

各可采煤層瓦斯平均含量在12.57m3/t～14.01m3/t之間，其中4煤層為13.51m3/t、5煤層為13.49m3/t、9煤層為12.57m3/t、13煤層為14.01m3/t。各可采煤層含氣量均較高，為富甲烷煤層。

4.煤層氣賦存因素

4.1地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造對煤層氣儲存影響復雜，且作用顯著。在地質(zhì)歷史過程中，構(gòu)造運動使煤層產(chǎn)生較多的裂隙，尤其是在張應(yīng)力地區(qū)，產(chǎn)生的裂隙不但增加煤層的滲透性，而且增加儲氣空間，在煤層受到擠壓處煤層物性變差。

礦區(qū)構(gòu)造形跡為單斜構(gòu)造，地表無斷層出露，地層走向南東-北西向，傾角7°左右，礦區(qū)西南部的淺部地區(qū)較平緩，傾角4°左右。井田內(nèi)斷層稀少，發(fā)現(xiàn)斷層11條，均為隱伏斷層，并且斷層落差均小于15m?？傮w上龍鳳井田構(gòu)造形態(tài)簡單，井田內(nèi)無深大斷層切割煤層，對煤層氣的保存較為有利。

4.2封閉條件

根據(jù)煤層頂?shù)装鍘r性分析，龍鳳井田的各煤層頂板主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖；煤層底板巖性主要為粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖細砂巖。井田內(nèi)煤層頂?shù)装鍘r性均為致密、封閉的巖性，巖體結(jié)構(gòu)對象的完整，厚度普遍在10m以上，巖石的孔隙度4.52%～10.66%。上下頂?shù)装鍑鷰r的致密性和封閉性，對煤層氣的保存起到了至關(guān)重要的作用，這是井田內(nèi)煤層氣含量高的重要因素。

5.煤層氣資源量估算

龍鳳井田可采煤層為無煙煤，根據(jù)《煤層氣資源/儲量規(guī)范（DZ/T0216-2002）和《煤層氣資源勘查技術(shù)示范》（GB/ T29119-2012）規(guī)定的下限標準，龍鳳井田可采煤層含氣量均達到下限標準，可依據(jù)規(guī)范直接估算煤層氣資源量。采用體積法對4、5、9、13號共4個可采煤層進行資源量估算。估算出1500m以淺煤層氣資源量為8.23×108m3，其中以5、9號煤層的煤層氣資源量較高。龍鳳井田煤層氣地質(zhì)儲量為小型，但地質(zhì)豐度達1.16×108m3/km2為中型，具有較好的開發(fā)利用前景（見表3）。

6.勘探開發(fā)潛力

煤層氣的勘探開發(fā)受到諸多因素的限制，主要包括資源情況、構(gòu)造條件、儲層條件和開發(fā)場地等。

龍鳳井田內(nèi)可采煤層屬于富甲烷煤層，歷年鑒定的相對瓦斯涌出量為45.62m3/t～79.28m3/t，為高瓦斯礦井，且2001年發(fā)生過煤與瓦斯突出事故。結(jié)合估算的井田煤層氣資源量，為煤層氣的開發(fā)奠定了良好的資源基礎(chǔ)。

井田位于大婁山背斜南翼，為一簡單的單斜構(gòu)造，傾角為4°～7°；斷層較少發(fā)育，基本為隱伏斷層，斷層落差較小，對煤層未造成較大的破壞，有利于煤層氣的保存。

全區(qū)可采煤層5、9號煤層結(jié)構(gòu)以塊狀為主，基本保持了煤體的結(jié)構(gòu)完整性。5號煤層孔隙率為8.11%，9號煤層孔隙率為10.66%，且5、9號煤層間距平均10.16m，在現(xiàn)有煤層儲層壓裂改造技術(shù)下，結(jié)合貴州煤層賦存特征及煤層開發(fā)經(jīng)驗，采取5、9號煤層合層開發(fā)應(yīng)能取得不錯的效果。

貴州復雜的地貌，陡峭的地勢，也是對井田煤層氣開發(fā)的一大不利因素。但是隨著近些年來基礎(chǔ)設(shè)施的新建，各個村寨之間硬化水泥路互通，為煤層氣的開發(fā)提供了便利的交通和現(xiàn)場條件。

綜上所述，龍鳳井田資源量可觀，保存條件、儲層條件及現(xiàn)場條件均有利于開發(fā)。結(jié)合近些年在松河及黔西實施的工程積累的經(jīng)驗與技術(shù)，可以選擇5、9號煤層進行合層開發(fā)，對于降低井下瓦斯含量，瓦斯突出風險，為煤礦的安全生產(chǎn)起到一定的作用。

7.結(jié)論

（1）龍鳳井田主要可采煤層為4、5、9號煤層和15號煤層，甲烷含量平均值分別為13.51m3/t、13.49m3/t、12.57m3/t和14.01m3/t。煤層甲烷濃度在82.68%～88.20%之間。龍鳳井田煤層氣含量主要受到構(gòu)造和封閉條件的控制。

（2）全井田1500m以淺煤層氣資源量為8.23×108m3，地質(zhì)豐度為1.16×108m3/km2。結(jié)合資源量、構(gòu)造條件、儲層條件、現(xiàn)場條件，龍鳳井田5、9號煤層合層開發(fā)，具有較好的開發(fā)前景，有利于降低井下瓦斯突出，保障煤礦安全生產(chǎn)。

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