新安煤田煤层气地质特征剖析

■尹世才 赵玉琳（河南省煤炭地质勘察研究总院河南郑州450052）

新安煤田煤层气地质特征剖析

■尹世才 赵玉琳
（河南省煤炭地质勘察研究总院河南郑州450052）

新安煤田中含有可观的煤层气，是我国比较有代表性的煤层气地质。为了便于煤层气的开采，深入调查新安煤田的地质特征，为煤层气的开采提供条件和支持。分析煤田地质特征时，根据煤层气的需求，明确地质中存在的有利、不利条件，不能单纯的调查一个方面，更重要的是做好全面研究，降低新安煤田煤层气的开采难度，便于制定良好的开采方案。地质特征是新安煤田煤层气开采的基础条件，做好相应的研究和规划后，才能掌握煤层气埋藏、分布的具体情况。在了解新安煤田煤层气地质特征的同时，也为煤层气的开采提供详细的资料，促使勘探人员更为准确的确定煤层气的位置。因此，本文以新安煤田为研究对象，分析煤层气的地质特征。

新安煤田 煤层气 地质特征

新安煤田煤层气开采区所处的位置，含有丰富的煤炭资源，据参数分析表明，新安煤田勘探区内，蕴含的煤层气较多，丰度明显高于其他地区。为了准确、安全的开发煤层气，需要研究地质特征，如：围岩、水动力、煤层埋深等，规划并总结出煤层气的地质特征。煤层气是未来发展中的重要能源，具有清洁的特性，逐渐成为能源研究领域中的重点，研究人员着重调查地质特征，一方面提高煤层气的开采水平，另一方面降低煤层气在开采时的损失，通过地质特征的剖析，保障煤层气的经济效益，进而有效开展各项开采工作。

1　新安煤田煤层气勘探区的含煤特征

新安煤田矿区的地层主要有：太原组、山西组，石盒子组，整体的厚度达到582m。煤层气在新安煤田中，位于二1、二2煤层部分，特别是二1煤层部分，厚度4.15m内均可保持稳定的开采状态，属于煤层气的主要地质层，含有丰富的煤层气[1]。针对新安煤田中的煤层气，其可根据地质特征表现出不同的含煤特征，例如：新安煤田可以分为新安井田、正村井田，均以独立的主体存在，含有煤层气的地质深层，并且含有明显的断层地质，据勘探人员了解，含有煤层气的地层大多处于新安向斜北翼，倾角为7°～11°。新安煤田的煤层气含量在10～13m3/t，部分地层的含量高达26.22m3/t。

2　新安煤田煤层气地质中的影响因素

根据新安煤田煤层气的分布，分析地质因素对煤层气分布的影响，反应地质特征与煤层气的关系。例举比较常见的几类影响因素，如下：

2.1煤层埋深

煤层埋深与煤层气存在一定的联系，勘探煤层气所处的地层后发现，煤层的埋深越大，煤层气的含量越大，根据两者的关联，绘制散点图，如下图1，表明线性关系。

图1　煤层气含量和煤层深度的线性关系

图中，横轴为x，即煤层埋深数据，纵轴为y，即煤层气含量，两者关系为：y=0.008x+1.9229，如上图中的R2，其为两者的相关系数，数值为0.8588，说明x、y之间，具有相关性，表明煤层埋深对煤层气的影响。

煤层埋深中，涉及到地温梯度、地压梯度两项因素，埋深增加后，煤层的温度、压力都有明显的升高，在温度和压力作用下，煤层气的含量也会增加，而且煤层深处，透气性低，不利于煤层气散发，所以聚集在煤层深处，煤层埋深越大，煤层气的含量越多，呈现的线性关系也就越明显。

2.2围岩

围岩地质对煤层气的影响，需要采取钻孔的方式进行研究，按照新安煤田的地层分析，太原组的底部，围岩发育十分坚硬，含有大量的硅质泥岩，顶部围岩中，含有薄层硅质泥岩，分布十分紧密，也是构成岩层段的底板[2]。除此以外，2.3煤层的顶部围岩，对煤层气同样存在一定程度的影响，顶部围岩分为泥质、碳质，由于围岩厚度大，所以降低了煤层气的渗透性，进而储存了煤层气。例如：新安煤田勘探区围岩中的盖层部分，很好的存储了围岩中的煤层气，促使吸附和解吸达到平衡的状态，以免过多的煤层气处于游离状态，例如：新安正村勘探区中，煤层气就具备优质的盖层条件，防止煤层气朝向垂直的方向飘散，完好保存煤层气。

2.3水动力

水动力对煤层气的影响，表现为水文地质区，按照水文的动力条件，分为不同的区域，如：供水区、停滞区等，只有水动力条件达到稳定的状态，才能为煤层气提供恰当的存储条件，促使煤层气处于封闭的状态内。水动力因素来自于煤田地下的液体，提供存储的压力以及流动的条件，能够改变煤层气的部分特性，如：吸附特性、溶解特性等，特别是交替水的停滞区域，更是有利于煤层气的存储。新安煤田煤层矿区内，受到水动力因素的影响，煤层气勘探区的地质，明显包含松散岩类和碳酸盐类，以碳酸盐类为例，分析其中水动力因素对煤层气地质的影响[3]。此类岩层发育稳定，岩性较密，为煤层气提供了稳定的水动力环境，避免相邻煤层气之间的水力影响，维持岩层内的相互平衡。

3　新安煤田煤层气地质特征分析

针对新安煤田煤层气地质特征进行分析，选择水文地质、构造地质和储存特征三方面为分析对象，具体如下：

3.1水文地质

水文地质是煤层气地质特征的一个类型，新安煤田中，煤层气所在区域的顶板部分，含水层水位的标高为198.75～323.48m，单位面积内的用水量在0.00025～0.181L/s·m，渗透系数＜0.217m/d。煤层气勘探区的水质类型，可以分为两类，第一是HCO3～CaMg，第二是HCO3～Na。含有煤层气的勘探区域，开放型断层分布较为明显，尤其是边界F58和北侧F29，具备导水性，水文补给来自于地表渗水以及大气降水，水位较高时还需人工辅助排泄，以免影响煤层气的勘探和开采。

3.2构造地质

煤层稳定的位置，煤层气的相对含量较多。分析新安煤田的地质特征，首先新安煤田具有开阔的向斜主体，附近伴随小型张裂，基本构造并不复杂，可以在大范围内勘探到煤层气；然后是新安煤田含有煤层气的区域比较大，有利于提高煤层气的稳定性，此类构造地质倾角7°～11°，最容易存储煤层气，也是新安煤田煤层气最丰富的地层段；最后是常袋断层的分析，此类构造集中在新安煤田的东部边界，倾角77°，落差1500m，其对煤层气的影响不大，但是属于新安煤田的一类构造特征。

新安煤田煤层气地质的构造特征分析中，比较重要的是F2断层和F58断层。F2断层具备阻水隔气的特点，直到断层破碎的位置，没有水文的干扰，而且可以听到煤层气的涌动声音。据监测，F2断层上盘的煤田内，煤层气的涌出量高达17m3/t·d，明显的封闭地质构造，有利于煤层气的存储[4]。F58断层间距多于300m，附近含有逸散带，该类地质对煤层气的影响比较大，容易导致煤层气出现散失。

3.3储层特征

新安煤田煤层气储层受到地质的影响，可以间接反应出煤层气的地质特征。储层特征分析体现在两个部分，即：煤层厚度与结构、煤岩与煤质特征。

3.3.1煤层厚度与结构

新安煤田煤层平均厚度是4.22m，正村井田的煤层平均厚度是3.36m，两者均具有稳定的煤层，属于全区可采的类型。新安煤田的煤层结构比较单一，主要是由炭质泥岩、泥岩组成的含夹矸岩，厚度均值为0.07m，分布在煤层的下方。煤田岩层结构，受到构造的影响，出现粉状、鳞片状的岩石，或者以碎块的方式出现在煤层底部，降低了原有结构的强度，不存在原生结构，直接增大了煤层的比表面积，所以煤层气的含量会明显提高。如果煤层始终保持原生结构，内部煤层气的含量就会非常少，不具备形成煤层气的地质结构，当煤层的地质结构存在一定条件时，即可产生煤层气。

3.3.2煤岩与煤质特征

以新安煤田某研究区域的二1煤层为例，分析煤岩与煤质的特征。二1煤层中，平均有机质在89.44%，镜质组占据比例为92.58%，含量最少的是壳质组，平均无机质含量是10.56%，以粘土矿物为主，其中也含有丰富的镜质组和少量石英等[5]。对煤岩、煤质采取工业分析，通过地质反应的数据，分析试验区域的煤层气，具体分析如下表1。表中数据表明，该研究区域的二1煤层，评定结果是贫煤，但是二1煤层区域中，有明显的气源条件，其中高镜质组的条件非常好，而且具有变质可能，所以二1煤层存在优质气源。

表1　二1煤的工业分析结果

4　地质特征对煤层气含量的影响

按照地质特征分析，表明其对煤层气含量的影响，同时也能反映出煤层气埋藏特征与煤层气含量的关系。新安煤田煤层气勘探区内，底板以泥岩、砂质泥岩为主，内部含有充分的植物根部化石，也存在部分区域的底板是由细、中砂岩组成，各类岩层相互沉积。勘探区的顶板，与底板相比，多处灰质泥岩，在～200m的水平位置，检测到地质中的灰质泥岩含量占95%，而且有明显的冲刷接触现象。顶板岩性趋向于中粒砂岩，整体可以评价为三角洲相沉积。由此表明，顶板、底板的泥岩，很大程度上封闭了煤层气，保护煤层气的含量，避免散失。

选取新安煤田煤层气勘探区的96.58～783.42m深度范围，该区域煤层倾角小于10°，为煤层气的保存提供优质的条件。地质分析中的沉积体系域，对煤层气的影响同样较大。新安煤田的勘探区中，层序地层可以分为多个体系域，顶板、底板的岩性存有很大的差别，因此部分煤层勘探区，现在表现出来的状态，已经受到后期改造的影响[6]。分析沉积体系域对煤层气含量的影响，如：（1）层序界面的导气能力，不利于煤层气的存储，煤田的低位体系域、下方层序等位置，均不能保存煤层气，相反，有明显细粒沉积的海侵体系域，就可以保存煤层气，后期海侵商超，细粒沉积覆盖在煤层上，在煤层气中发挥保护的作用；（2）高位体系域，受到地质环境的影响，上部层序出现暴露、侵蚀的情况，破坏了高位体系域的整体保护，导致顶部的层序界面中，面临着导通的破坏，形成疏导的路径，致使煤层气散失，也不能较好的保存煤层气。

5　基于地质特征的煤层气的形成规律

煤层气的形成受到地质特征的影响，通过地质特征研究煤层气的形成，可以发现一定的规律，主要以聚煤环境和聚煤规律为主，对其做如下分析。

5.1聚煤环境

新安煤田的聚煤环境，可以分为三类，分别是：(1)海湾。分布在新安煤田的北部，海湾可以提供致密的地质环境，便于保存煤层气，再加上海湾形成的煤层厚，内部含有动物化石等因素，能够形成煤层气，北部海湾的煤层厚度在3～4m，可以在此区域内勘查煤层气；(2)潮坪。地质分布最为广泛，在新安煤田的多个位置均可发现潮坪分布，有泥坪、砂坪等，构成岩性环境，底部较为平坦，煤层厚度3～5m，也是主要的聚煤环境，煤层气的含量要高于其他位置；(3)三角洲平原。集中在新安煤田的东北部，上部是三角洲的分流河道相，以冲刷接触的方式存在，潜在一定的突变型，此部分地质形成的煤层气勘探难度高，而且经常出现无煤带。

5.2聚煤规律

新安煤田煤层气地质的聚煤环境，直接决定了聚煤规律，有煤层气储存、产生条件的位置，含有量显著较多，可以根据聚煤环境，划分煤层气的存储规律，标注无煤带、厚煤带等位置，有利于降低煤层气的勘探难度，由此表明，地质特征与聚煤规律的密切性，深入研究地质特征，可以准确的了解聚煤规律。

6　结束语

新安煤田的地质特征，是形成煤层气的重要条件，煤田中的煤炭沉积后，经过地质改造，演化成大范围的煤层气。煤层气在地质不同期次的影响下，西部含量较多，向东变化的过程中，煤层气的含量会明显减少，表现出塑性流变的特点，同时也表明了煤层气地质的稳定或不稳定特点。煤层地质特征的改造，在煤层气中起到关键作用。目前，新安煤田煤层气地质，呈现出稳定的特点，再加上水文、构造的简单化，更是保障煤层气开发的效率，但是由于地质中煤层结构受到破坏，很容易影响煤田的后期发育，不利于煤层气的渗透，因此，考虑到煤层气对地质的要求，开采煤炭资源时要注意方法，以免破坏煤层气的储存和形成条件，充分发挥地质特征的优势。

[1]郭献林.新安煤田水力冲孔消突效果研究 [D].河南理工大学,2011.

[2]李连昌.新安煤田二1煤层煤与瓦斯突出危险程度预测 [D].河南理工大学,2010.

[3]潘少杰.新安煤田瓦斯赋存规律与突出区域预测指标研究 [D].河南理工大学,2010.

[4]任红旗.河南省新安煤田二1煤层赋存规律 [J].西部探矿工程,2013,10:105～108.

[5]罗锐,李宏伟,陈江峰.新安煤田煤层气地质特征研究 [J].煤炭技术,2008,02:125～127.

[6]李新富,徐飞,赵志毅,王得权,刘福胜.新安正村勘探区煤层气赋存条件与资源分析[J].中国煤炭,2010,10:82～85.

P641.4+61[文献码]B

1000～405X（2016）～4～145～2

尹世才（1981～），男，工程师，研究方向为煤田地质、煤层气地质和矿井地质的勘查及科研。