基金項目:國家自然科學重點基金項目(40730422)；國家自然科學基金項目(40672101)；國家科技重大專項(2008ZX05034)。
作者簡介:李明，出生於1987，男，安徽宿州人，博士研究生。聯系電話:13151981375，郵箱:cumtmingli@hot-mail.com
(1.中國礦業大學資源與地球科學學院，江蘇徐州221162。煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室，江蘇徐州2210083。貴州六盤水Faer煤業有限公司553017)。
通過對Faer煤礦地質背景和含氣資料的分析，研究了煤層氣的賦存特征及其在層序和空間上的分布規律。結合等溫吸附實驗、壓汞實驗和煤儲層變形特征觀察，對煤儲層物性進行了探討。結果表明，Faer煤礦煤層氣具有較高的甲烷濃度、甲烷含量和瓦斯含量梯度。瓦斯含量和瓦斯含量梯度依次波動變化，這主要是由於各煤層吸附作用的差異和煤層氣藏壓力系統的分布造成的。受楊梅向斜和地形發育的影響，煤層瓦斯含量呈“北高南低，呈ne向分布”的格局。煤層裂隙系統多受構造改造，提高了其發育性和連通性，也促進了煤中大孔隙和中孔的發育。煤儲層理論含氣飽和度大多在60%以下，處於欠飽和狀態。Faer煤礦具有良好的煤層氣開發前景。
關鍵詞:Faer煤礦煤層氣成藏特征，含氣儲層物性
Faer煤礦煤層氣儲層特征
李明1，2姜波1，2蘭鳳娟1，2張桂山3
( 1.中國礦業大學資源與地球科學學院；技術，江蘇徐州221116，中國2。中國教育部煤層氣資源與成藏過程重點實驗室，徐州221008。貴州Faer煤炭有限公司，貴州六盤水，553017，中國)
文摘:在分析Faer煤礦地質背景和瓦斯含量資料的基礎上，討論了煤層氣的賦存特征及其在地層序列和煤層中的分布。我們分析了甲烷吸附等溫線實驗、儲層變形和壓汞孔隙度(MIP ),並進壹步討論了儲層物性。結果表明，Faer煤礦的煤層氣具有較高的瓦斯含量、甲烷濃度和瓦斯含量梯度。其含氣量和含氣量梯度隨地層層序而波動，這主要是由於各煤層吸附能力的差異和煤層氣儲層壓力系統的分布造成的。楊梅樹復向斜和地形是影響現今煤層氣分布格局的主要控制因素，煤層氣分布呈北高南低，呈東北走向。含氣飽和度壹般低於60%，主要為欠飽和煤層氣儲層。結合構造改造形成的發育良好的脆性裂縫、大孔隙和中孔。Faer煤層氣勘探前景良好。
關鍵詞:Faer煤礦；煤層氣；賦存特征；氣體含量；儲層物性
遷西煤田煤層多，累計厚度大，瓦斯含量高，煤層氣資源豐度高，資源儲量大。其開發利用有利於緩解我國南方能源需求壓力，減少煤礦生產事故的發生(Telly et al .，2008；高等，2009；姜波等，2009)。
Faer煤礦位於貴州省六盤水市南部，面積約92km2，可采煤層19層。煤層中的瓦斯含量較高。預計該煤礦埋深1000米的煤層氣資源總量為43.29×108m3。本文系統研究了該區煤層氣的賦存、分布及成藏特征，為進壹步開發煤層氣和防治礦井瓦斯災害提供了壹定的理論依據和指導意義。
1煤層氣賦存的地質條件
1.1地層和含煤地層
井田內出露地層有上二疊統峨眉山玄武巖組(P3β)、龍潭組(P3l)、下三疊統飛仙關組(T1f)、永寧鎮組(T1yn)和第四系(Q)。上二疊統龍潭組是礦區主要含煤地層，厚344～487米，含煤47～78層，平均總厚度45.28米..其中煤層19，分別為1，3，5-2，5-3，7，10，12，13-1，13-2，65438。可采煤層的煤巖類型及煤質特征見表1。
表1 Faer煤礦煤層及煤質特征統計表
繼續的
1.2結構
法爾煤礦位於上揚子地臺黔北隆起六盤水斷陷普安構造變形帶北段(王中堂，1990)，北鄰威寧北西向構造變形帶。楊梅樹向斜的SE翼呈ne向延伸(徐彬彬等，2003)。研究區內北部的NWW向斜、南部的NWW向斜、西部的土城向斜、北北東向的保山向斜和東部的格索河背斜同構，形成毛耳狀菱形構造(樂光宇等，1991，1994)。其中，北東-南西向分布的保山向斜、大寨向斜、楊梅樹向斜、格索河向斜以封閉向斜和寬緩箱式向斜組合為特征。但受邊界斷裂發育的影響，北部威寧-紫雲斷裂SW盤的格木底向斜和泰沙壩背斜，南部趙子河斷裂ne盤的趙子河向斜和土城向斜均表現為相對封閉的不對稱褶皺，褶皺軸面均指向邊界斷裂，背斜表現為緊、陡、尖，甚至被核部發育的逆斷層破壞，也表現為交錯褶皺組合；中部楊梅樹向斜和哈青背斜相對平坦寬闊，呈不對稱箱形，傾角10 ~ 20，跨度約17km。本區斷裂構造以走向NE30左右的正斷層為主，其次為走向nw20 ~ 30°左右的逆斷層，其他方向的斷層也有發育。研究區菱形構造邊緣帶的構造變形強於內部，北西向構造強於北東向構造。變形強的構造呈條帶狀線性，變形弱的構造呈塊狀，整體呈“塊體交錯、菱形組合”的構造格局。
楊梅樹向斜是影響井田地層分布的主要褶皺。同時，北西向有馬龍向斜和八角塘背斜，北東向有老法耳背斜(圖1)。地層走向總體呈NE-SW向分布，NW傾角10 ~ 15。斷層主要為正斷層，可分為北西向和北東向兩組。前者分布於井田西南部，與周邊走向近南北、近東西形成壹系列復雜的斷層組合樣式。後者稀疏分布於井田東北部，呈寬闊平緩的地壘和地塹狀(圖2)。礦井構造主要是燕山期構造活動的產物(毛等，1999)。
1.3水文地質
龍潭組(P3l)富水性弱，主要為裂隙水，部分區域承壓。上覆地層飛仙關組下段(T1f)幾乎不含水，屬隔水層。上段含少量裂隙水，富水性弱。下伏峨眉山玄武巖組(P3β)含裂隙水，富水性弱，有壹定承載力。研究區含煤地層及其上、下覆地層的弱含水和壹定的承壓性，整體上有利於本區煤層氣的保存和富集。
圖1 Faer煤礦16煤層底板等高線及構造輪廓圖
圖2 AA '結構剖面圖(剖面線位置見圖1)
研究區屬中高山地貌，南部為相對開闊的山谷或緩坡，北部為三疊紀地層形成的陡峭桌山，相對高差300~400m(圖2)。Faer河和北盤江流經井田，復雜的地形分布和地表水系的發育必然使龍潭組水頭分布復雜化，從而影響煤層氣的分布。
2煤層含氣
2.1序列分布特征
對研究區125煤層的瓦斯含量和瓦斯成分進行了測試。統計結果表明，煤層瓦斯含量為3.94~35.94m3/t，平均為13.58 m3/t；成分以CH4為主，CH4平均濃度為91.81%(圖3)。各煤層平均甲烷含量在65438+100m3/t以上，總體上有隨煤層標高降低而增加的趨勢(圖4)。同時，煤層瓦斯含量仍隨層序降低而波動，10、15-2、17、23-2、29-1煤層平均瓦斯含量較高，達到15 ~ 19 m3/。這種波動變化在各煤層甲烷含量梯度的變化曲線上更為明顯，其變化趨勢與煤層瓦斯含量的變化曲線基本壹致(圖4)，甲烷含量梯度在10、17和23-2煤層達到相對最高值。煤層的儲層壓力和煤層本身的吸附作用是影響瓦斯含量的關鍵因素。可以看出，煤層含氣量隨層位波動的變化主要受各煤層吸附差異和煤層氣儲層壓力系統分布的影響。
圖3甲烷含量、煤層氣濃度與埋深的關系
圖4各煤層瓦斯含量和瓦斯梯度統計表
圖5-7煤層甲烷含量與煤層埋深的關系
圖6煤層甲烷含量梯度與埋深的關系
2.2垂直分布特征
隨著煤層埋深的增加，煤層氣的甲烷含量和濃度總體上有增加的趨勢(圖3和圖5)，但隨著埋深的線性增加，離散性較大；這表明其他地質因素仍然有很大的影響。煤層埋深500 ~ 800米階段的測試數據反映出煤層埋深相對較大，但瓦斯含量相對較低的現象(圖3)。在煤層甲烷含量梯度隨煤層埋深增加而降低的趨勢圖中，該段煤層的瓦斯含量梯度低於整體趨勢值(圖6)。通過對原始資料的分析，發現該段異常點集中在位於高海拔的鉆孔1012、J1106、J1107和J1406、J1004和J65438。但該段異常點的甲烷濃度仍然很高，平均值為96.17%(圖3)，說明煤層與外界大氣相通並沒有造成損失。
深部煤層28、29-1、29-3、33、34含氣梯度都比較低(圖4)。雖然這些煤層的變質程度相對較高，在煤化過程中產生較多的瓦斯，但由於煤層薄且不穩定，煤巖比低，所產生的瓦斯已遷移散失到煤層的上覆和下伏地層系統中。由於區內高海拔地區鉆孔周圍地形陡峭，高程變化劇烈，壹方面地下水位高程遠離地表高程，使水庫壓力相對減小；另壹方面，當煤層氣垂直運移至地表高程較低時，會沿地層橫向運移，降低煤層有效封閉的埋深，進而導致含氣梯度降低。
2.3平面分布特征
煤層瓦斯含量在平面上表現出明顯的分帶特征(圖8)。法爾河以南地區含氣量普遍較低，含氣量等值線稀疏。只有中部地區瓦斯含量達到65438+100 m3/t，東部和南部被煤層露頭包圍，成為煤層氣散失的窗口，導致瓦斯含量低。西部和北部含氣等值線分布受北盤江和Faer河控制。流經井田的河流作為地下水的排泄通道，導致河流兩岸地下水位降低，導致河流兩岸煤層氣含量相對較低。法爾河北部瓦斯含量較高，壹般大於15m3/t，井田西北部瓦斯含量預計達到35m3/t左右，瓦斯含量等值線密集，反應平面上瓦斯含量變化梯度大。東北部的1204、J1306和J1405鉆孔中存在瓦斯含量相對較低的區域。目前煤層瓦斯含量“北高南低，呈NE向分布”的分布格局，主要受楊梅樹向斜和地形的發育控制。
圖7部分鉆孔煤層瓦斯壓力測試結果
3煤儲層物性
3.1儲層孔隙度和滲透率
通過壓汞實驗測定了1和3煤層的14煤樣的孔隙度、孔隙體積、孔隙比表面積和孔隙結構(表2)。孔結構劃分采用Khodot (1966)標準，1000nm，100nm，65438。可見煤中孔隙以微孔為主，占41.29%(圖9)；大孔次之，占24.86%，過渡孔和中孔分別占20.98%和12.86%。
圖8 Faer煤礦1，3，5-2，7煤層瓦斯含量等值線圖。
表2壓汞實驗和等溫吸附實驗數據統計表
註:3.81 ~ 7.01/5.16的格式為:最小值-最大值/平均值。
煤層中有2~3組以上的裂隙，主要由構造或構造改造引起(圖10)，產狀為“X”形* * *軛狀剪切節理、斜向裂隙和順層裂隙。3、5-2、13-1、29-1、29-3煤層相對發育，呈壹組或兩組垂直於平面的裂隙。微裂縫觀察表明，同壹組裂縫可呈階梯狀、梯形或慢波狀，兩組或多組裂縫常呈大角度相交匯聚。不穩定次生裂縫多來源於交匯區，裂縫連通性好。
3.2煤層吸附
Faer煤礦煤層(幹基煤樣)等溫吸附實驗表明，1、3和5-2煤層的朗體積VL為23.55~27.18m3/t，朗壓力PL為0.82~0.95MPa(表2，圖11)，結合瓦斯含量。3.煤層理論含氣飽和度為45.62%。5-2煤層的理論含氣飽和度為52.36%。煤儲層理論含氣飽和度大多在60%以下，處於欠飽和狀態。
圖9 1和3煤層不同階段孔隙體積分布圖
圖10煤體宏觀和微觀變形特征
圖11 Faer煤礦1、3、5-2煤層等溫吸附曲線
4結論
(1) Faer煤礦煤層氣資源豐富，甲烷濃度、甲烷含量和瓦斯含量梯度高，其瓦斯含量和瓦斯含量梯度具有順序波動性變化，主要由各煤層吸附作用的差異和煤層氣儲層壓力系統的分布造成。
(2)垂向埋深500~800m處煤層瓦斯含量梯度低的現象主要是由底部28~34煤層厚度薄且不穩定、煤巖比低和煤層氣在高空橫向運移造成的。受楊梅向斜和地形發育的影響，目前煤層氣含氣量在平面上呈“北高南低，呈ne向分布”的分布格局。
(3)煤層裂隙系統多受構造改造，其發育和連通性提高，也促進了煤中大孔隙和中孔的發育。煤儲層理論含氣飽和度大多在60%以下，處於欠飽和狀態。Faer煤礦具有良好的煤層氣開發前景。
參考
Khodot。1966.反式。宋·趙石與王有安。煤與瓦斯突出。北京:中國工業出版社。
樂光宇，張士軍，楊武年. 1994。貴州中西部的構造格架與構造應力場，地質科學，29(1)，10~18。
樂廣宇。1991.六盤水地區構造格架新論，《貴州地質》，8(4)，289~301。
毛、顧尚義、。1999.右江-南盤江裂谷構造格架，貴州地質，16 (3)，188 ~ 194。
泰莉，熊，易，等2008。論多層獨立煤層氣含氣系統——以貴州織金-納雍煤田水公河向斜為例，《地質評論》，54(1)，65~70。
姜波，泰莉，顏，等2009。構造煤化學結構演化與瓦斯特征的耦合機制，地球科學前沿，16(2)，262~271。
王中堂。1990.黔西煤田構造及其演化，中國煤田地質，2(3)，13~17。
徐彬彬，何明德. 2003 .貴州煤田地質，徐州:中國礦業大學出版社。
高博士，秦玉英，易鐵生，2009。貴州省煤層氣地質及勘探開發戰略，地球與行星科學學報，1 (1)，882~887