浅谈涟邵煤田北段煤层气的赋存规律及开发方向

　　
　　摘要：通过对涟邵煤田北段的地质构造，煤系煤层厚度、煤层煤质回岩，及地下水等因素，对煤层气赋存规律的影响，认为区段煤层气赋存规律以龙山隆起为界，西北部向斜的东南翼，东南部向斜的西北翼，独立的构造单元，赋存条件较好，选定冷水江向斜的资江矿区、晏家铺向斜的渣东矿区、斗笠山向斜的黄花井田、洪山殿向斜的蛇形山矿区为区段内重点开发方向。
　　关键词：煤层气影响因素、赋存规律、蛇形山矿区。
　　涟邵煤田北段是湖南省两大重要产煤地的一部分，煤炭资源相当丰富。含煤面积达0.9万km2，含煤岩系主要石碳系C测水组，二迭系P龙潭组。根据第三次煤田预测成果保存煤炭储量40亿吨，预测资源量31亿吨，煤炭资源总量达71亿吨。
　　煤层气资源主要赋存于区内芦毛江、冷水江、晏家铺、金竹山、斗笠山、恩口、洪山殿、梓门桥等8大向斜中（见图一），煤层气评价总面积约650km2，煤层气资源量为3000亿m3。

　　涟邵煤田含煤地质3套，即石碳系的测水组，二迭系的龙潭组，上侏罗统，受赋存条件的影响，煤层气主要集中在测水组、龙潭组二套煤系地层中。
　　煤层含气性：石碳系测水组，为无烟煤，二迭系龙潭组为肥~烟煤，一般中低灰，中低硫，含气量3~68m3/t，气成分：CH4、重烃、CO2、N2，甲烷浓度68~97%，渗透率一般0.8*10-3~1.2*10-3m2。
　　涟邵煤田北段地质概况：
　　涟邵煤田北段位于涟源褶皱带祁阳弧的北翼，由晏家铺、金竹山等8大向斜及之间的窄幅背斜组成。
　　区段内向斜以龙山为界，西北部分向斜东南翼平缓开阔，构造相对简单，煤系地层厚，煤层多而发育，而西北翼构造复杂，岩层倾角较陡，局部直立倒转，煤系地层较薄，煤层不发育，而龙山东南部分的洪山殿、梓门桥向斜情况则相反。
　　区段，主要出露泥盆系（D）中分统，石碳系（C）下统，孟公坳组、石磴组、测水组、梓门桥组C2，中上统壶天群（C2+3），二迭系（P），下统的栖霞组、茅口组（当冲组），龙潭组、大隆组；三迭系（T）：大冶群、麒麟山组；上三迭——下侏罗统（F3—T1）的白垩系（K）。
　　区内煤系地层以金竹山向斜与斗笠山向斜之间窄幅背斜为界，西北碳系测水组煤系地层较发育，东南翼更好，二迭系龙潭组煤地层相对发育较差，而东南部向斜二迭系龙潭组地层煤系较发育。这与龙山隆起无不相关。
　　一、影响煤层气赋存的因素
　　1．变化程度因素
　　煤的变化程度对瓦斯含量的影响主要表现在两个方面：一方面随着煤化程度的增高，瓦斯生成量逐渐增加，到无烟阶段达最大值。研究表明，变化成无烟煤，累计产出瓦斯可达3800m3/t，另一方面随着变化程度增高，煤层的瓦斯吸咐量不断增大到无烟煤阶段，达40m3/t，无燃物，这里因为无烟煤阶段煤体内部产生了大量微孔隙，使吸咐表面积达到了最大值，所以说煤变化程度高为煤层瓦斯的生成和富集创造了有利条件。
　　该区煤变化程度石碳系测水组，无烟煤层中级变质阶段，几个典型区段，冷水江向斜、资江矿区、晏家铺向斜渣东区段，最高瓦斯含量32—48m3/t，接近煤层最大吸咐值，但比生成量小的多，而二迭系龙潭组属烟煤，由此可见，该区虽然在煤化作用过程中生成了大量瓦斯，但在煤系的后期改造过程中，大部分逸散掉了，烟煤阶段随着变化程度的加深，瓦斯含量有逐渐减小趋势，目前煤层瓦斯赋存的多少和分布上的差异，取决于瓦斯产生后的保存条件。
　　2．煤层围岩因素
　　围岩的条件，直接影响着煤层瓦斯赋存量的大小，而围岩的条件的关键在于煤层顶底板岩性及其透气性及透气性强弱。
　　该区段石碳系测水组与5煤层伪顶为泥岩，直接顶为厚度5米的粉砂岩；底板粉砂岩，一般厚8米。而区段内测水组3煤伪顶为泥岩或砂质泥岩，直接顶，石英砂岩厚7米，底板为粉砂岩，局部项变为砂质泥岩、泥岩厚0.5~23米,一般厚5米,根据煤岩样渗透率测试结果,煤层顶底板岩层渗透率均在2.3*104~10-3mm2以下，其项变成泥岩顶板时，透气性很弱，其它不同类型岩石的透气亦如此，因此作为煤层的盖层，在构造简单时能有效地阻止瓦斯的纵向逸散。
　　二迭系龙潭组1煤层，伪顶为泥岩厚3~25米，底板为砂质泥岩，厚5~20米，2，3煤层伪顶为中~细粒长石石英砂岩，一般厚20~48米，4大煤层伪顶为中~细粒长石英砂岩，底板为砂质泥岩，厚6~23米。根据煤岩样渗透率测试结果，煤层顶底板岩层渗透率均在3.3*104~10-3mm2以下，因此作为煤层的盖层，构造简单时，能有效地阻止瓦斯的纵向逸散。总体看龙潭组地层比测水组地层逸散情况差，即有利于煤层气的赋存。
　　3．地下水活动的影响
　　地下水活动较强的区域其煤层气赋存较差，区域内二大因素断层导水，含水层距煤层较近，对煤层气赋存影响较大，区段西北部分中向斜的西北翼，断层发育，区域内龙潭煤系（北型）距石灰岩较近的煤层，使这些部分煤层中煤层气赋存都较差。
　　4．盖层厚度因素
　　随着煤层埋藏深度的增加，地层压力逐渐增大，煤层气从煤层向外迁移扩散越来越困难，大部分煤层气处于吸咐状态，而且深部地层不易形成裂隙，故能有效地保存煤层气。
　　区段内西北部向斜的东南翼（如晏家铺向斜、冷水江向斜等）及东南部向斜的西北翼（如洪山殿向斜）地层倾角较平缓，煤层埋藏较深，有利于保存煤层气，故瓦斯含量高，浓度大。
　　5．地质构造因素
　　煤系地层的赋存状态受地质构造的影响，煤层气因地质构造单元的不同会出现很大的差别。区段内冷水江向斜中资江煤矿、晏家铺的渣东井田、洪山殿向斜蛇形山区段构造单元相对稳定封闭，或在向斜的收敛端位置，其煤层赋存相对较好，而金竹山向斜以西的向斜中西北翼，构造复杂，断层发育，煤层气赋存较差。
　　6．煤层厚度及夹矸的因素
　　通过对区段内几大向斜中的两大煤系中的煤层进行研究统计。煤层厚越大，夹矸越小，有利煤层气的富集。相反，则煤层气相对富集较差。区段内赋存较好的典型部位蛇形山区段，煤层夹矸少，厚度较大。
　　7．煤质因素
　　通过对区段内几大向斜中的煤层研究、统计，灰分越高，煤层气相对赋存差，反之则较好。硫的含量大于2%的煤层，煤层气赋存差，反之则比较好。硫的含量越高，煤层赋存较好，反之则差。见表一：

　　二、煤层气开发方向
　　综上研究表明，涟邵北段煤层气的开发，西北向斜宜选择东南翼，向斜收敛端，独立的构造单元，东南向斜宜选择相西北翼，独立的构造单元。选择4大目标区为冷水江向斜的资江区段，晏家铺向斜的渣东区段，斗笠山向斜的东南翼，洪山殿向斜的蛇形山区段。
　　1． 冷水江向斜资江区段，含煤面积16km2，主要煤层为石碳系测水组3，5煤，煤层累厚3~13m，煤炭总储量8千万吨。煤层气资源量21.3亿m3，单位逸出量38m3/吨，距涟源市仅0.5公里，有利于开发利用。
　　2． 晏家铺向斜渣东区段，含煤面积48km2，主要煤层为石炭系测水组，3，5煤，煤层累厚4~15m，煤炭总储量1.8亿吨。煤层气资源量45亿m3，单位逸出量39m3/吨，距涟源市30公里。
　　3． 斗笠山向斜东南翼，含煤面积45km2，主要煤层为二迭系龙潭组2，3煤，煤层累厚1~8m，煤炭总储量1.3亿吨。煤层气资源量43.5亿m3，单位逸出量43m3/吨，距娄底市20公里。
　　4． 洪山殿向斜蛇形山区段，含煤面积32km2，主要煤层为二迭系龙潭组1，2，3，4煤层，可采煤层累厚6~11.5m，煤炭储量9千万吨。煤层气资源量63亿m3，单位相对瓦斯逸出量68m3/吨，（距娄底市15公里），绝对瓦斯涌出量163~281m3/min。
　　结论：涟邵煤田北段煤层气的赋存受构造（断层构造单元）、煤系地层的厚度、煤的变化程度、地下水、煤层的厚度、夹矸、盖层厚度、煤质因素、煤层的围岩等9大作用综合影响，西北向斜东南翼煤层气赋存好；东南向斜西北翼煤层气赋存好，龙潭组好于测水组。控制区内开发，应选择蛇形山、斗笠山、渣东矿区、资江区段，以蛇形山区段为首选，采用地面的井抽放生产矿井、废弃矿井抽放相结合，循序推进，达到煤矿安全生产，城市清洁能源的综合社会经济效益。
　　参考文献：
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　　2．孙茂运，黄盛初等煤层气开发利用手册[M]．北京：煤炭工业出版1998
　　3．叶建平等，鹤岗矿区煤层气勘探景坪价[R]．哈尔滨：黑龙江省煤田地质局1999

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