【正文】 含氣量最大，可達(dá)到32 m3/t。此外，因?yàn)楸緟^(qū)存在向斜形成后的生氣條件（區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用），因此在向斜的不同構(gòu)造部位煤層氣含量也有明顯不同。根據(jù)構(gòu)造的規(guī)模和控制程度，可分為區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造和井田地質(zhì)構(gòu)造，不同尺度的構(gòu)造對(duì)煤層氣含量的影響范圍不同。本次分析表明，影響焦作煤田煤層氣富集和分布的主要因素體現(xiàn)在五個(gè)方面，即煤層埋深特別是基巖埋深、斷裂構(gòu)造、水文地質(zhì)條件、煤層頂?shù)装鍘r性的組合關(guān)系以及煤化程度。一定程度上反映了埋深與滲透性的變化關(guān)系。與我國(guó)煤層氣開發(fā)條件較好的沁水盆地南部相比，滲透性要小10個(gè)數(shù)量級(jí)，但與沁水盆地中南部相當(dāng)或略高。（1）單項(xiàng)滲透率單相滲透率指單相流體通過煤體孔、裂隙時(shí)的滲透率，因氦氣（He）基本上不與煤體發(fā)生任何物理、化學(xué)反應(yīng)，因此，該氣體測(cè)定的滲透率一般稱作絕對(duì)滲透率（也稱克氏滲透率）。水力壓裂后滲透率明顯增大，103μm2，103μm2。()，103μm2。d，103μm2。就目前資料而言，焦作煤田二1煤層的試井滲透率僅有6組，集中在在煤田中部的古漢山井田、中馬井田和南部的恩村井田，而其他井田或勘探區(qū)還沒有相關(guān)資料。煤層滲透率可由多種方法獲取，如實(shí)驗(yàn)室測(cè)定、地球物理測(cè)井曲線換算、煤層透氣性系數(shù)換算、試井測(cè)定和儲(chǔ)層數(shù)值模擬。 滲透性煤層作為一種具雙重孔隙介質(zhì)的儲(chǔ)層，不僅具有較強(qiáng)的吸附能力，而且也具有一定的滲透能力，煤層氣在煤體大的孔隙和裂隙中的流動(dòng)一般服從達(dá)西定理，即流速和壓力梯度成正比，與煤的滲透率成反比。根據(jù)本次工作對(duì)所采集的煤樣的含氣飽和度計(jì)算結(jié)果（表514），以及前人對(duì)試井期間煤樣的含氣飽和度計(jì)算結(jié)果（表515），～%之間，多處于欠飽和狀態(tài)，局部可達(dá)到近飽和或飽和狀態(tài)。（2）煤層氣含量與地質(zhì)條件關(guān)系密切，深部斷塊的含氣量總體高于淺部。收集的含氣量數(shù)據(jù)二1 煤在埋深163m～，～ m3/t，；由此可以看出，所有含氣量數(shù)據(jù)中，除了五里源預(yù)查區(qū)的兩個(gè)鉆孔外，其它數(shù)據(jù)均分布在埋深在1000m以淺，因此，深部含氣性數(shù)據(jù)少，需要根據(jù)含氣性的分布規(guī)律進(jìn)行推算。含氣量、氣體成分大多是依靠煤田地質(zhì)勘探其間實(shí)測(cè)而知，而含氣飽和度由等溫吸附曲線、實(shí)測(cè)含氣量計(jì)算得到的。以往測(cè)試結(jié)果表明，30℃～， cm3/g，～， cm3/g，吸附量達(dá)到飽和吸附量一半時(shí)對(duì)應(yīng)的壓力（PL）～， MPa。煤層氣在煤中一般以吸附態(tài)、游離態(tài)和溶解態(tài)三種方式賦存，其中吸附態(tài)是其主要賦存方式，一般占80%以上。表45 焦作煤田二1煤的微米級(jí)孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)項(xiàng)目大中孔（100nm）過渡孔（100～10nm）微孔（10～）合計(jì)比表面積cm2/g31～1130712370～4714616567～6174529674～90425平均1617289723862469213%～～～平均孔容104cm3/g22～240045～12836～128249～2671平均%～～～平均23注：表中數(shù)據(jù)來源于壓汞法實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本次工作采用壓汞法和低溫液氮法分別對(duì)焦作煤田二1煤的微米級(jí)、納米級(jí)孔隙進(jìn)行了測(cè)試，二1煤孔隙的孔容和孔隙表面積見表445。根據(jù)馮營(yíng)井田宏觀裂隙的玫瑰花圖（圖42），可以看出，宏觀裂隙主要走向?yàn)镹E或近EW向，與顯微裂隙的主要走向相當(dāng)。井下觀測(cè)到的裂隙走向不一，主要有NNW、NE、NNW、NNE或近于SN向，多為傾角大于50186。古漢山井田試驗(yàn)井古古3孔二1煤樣品電子顯微鏡觀察，煤中次生裂隙發(fā)育，其次生裂隙的寬度和延伸長(zhǎng)度不均勻，且形狀各異，裂縫大多是孤立的或幾條裂縫相交接，沒有形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，局部被高嶺石或方解石充填或半充填。（4）元素組成：二1煤元素組成均以碳為主，其次為氫。表41 焦作煤田二1煤顯微組分組成統(tǒng)計(jì)表煤層有 機(jī) 組 分（%）無 機(jī) 組 分（%）鏡質(zhì)組惰性組合計(jì)粘土類硫化物類碳酸鹽類合計(jì)二1—（45）—（45）注：括號(hào)內(nèi)為樣品數(shù)表42 焦作煤田二1煤煤質(zhì)分析結(jié)果綜合統(tǒng)計(jì)煤 層工 業(yè) 分 析Mad（%）Ad（%）Vdaf（%）（%）（MJ/Kg）（MJ/Kg）二1~（105）~（105）~（105）~（17）~（31）~（17）注：括號(hào)內(nèi)為樣品數(shù)表43 焦作煤田二1煤元素分析結(jié)果表煤 層浮 煤 元 素 分 析（%）CdafHdafNdafOdaf二1~（37）~（27）~（24）~（17）注：括號(hào)內(nèi)為樣品數(shù)由表443可以看出，焦作煤田的主要煤質(zhì)指標(biāo)具有如下特點(diǎn)：（1）灰分：—%，%，多為低—中灰煤，在九里山井田局部為大于20%的中灰煤。惰性組主要為絲質(zhì)體，多呈破碎狀分布，其細(xì)胞壁多呈星狀、弧狀碎片，可見石英或方解石充填。在垂向上二1煤層中部多為半亮型和光亮型，半暗型主要分布于煤層頂、底部。）～彈性模量（MPa）105105105泊松比軟化系數(shù)根據(jù)二1煤頂、底板巖石性質(zhì)及其力學(xué)試驗(yàn)資料，分析認(rèn)為頂板由于偽頂普遍發(fā)育，且大多是泥巖或砂質(zhì)泥巖，力學(xué)強(qiáng)度弱，頂壓大易于冒落，煤炭開采時(shí)適于全面陷落法。二1煤層底板巖性多為泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，直接底板主要為泥巖，局部為炭質(zhì)泥巖。 主要煤層頂?shù)装宓膸r性特征 頂、底板巖性分布特征根據(jù)鉆孔資料和井下實(shí)際觀測(cè)，本次研究過程中編制了主要煤層頂板巖性分布圖。在該區(qū)西部煤層厚度較小，～，其余區(qū)段煤層穩(wěn)定，厚度變化較小，—。其中，二1煤層全區(qū)穩(wěn)定可采，煤厚0～，[29]。本區(qū)為大氣降水入滲型兼有地表滲漏，地下水動(dòng)態(tài)直接受大氣降水支配，雨季地下水出現(xiàn)峰值，巖溶埋藏區(qū)地下水位的峰值多出現(xiàn)在9～10月，滯后降水一個(gè)月左右，每年6～～，10月至次年5月份水位緩慢下降，～，無明顯的滯后現(xiàn)象[28]。巖溶水一部分沿山前沖洪積扇形成泉群排泄，～ m3/s， m3/s， m3/s， m3/s；另一部分向深部循環(huán)徑流或由人工排泄。其中灰?guī)r裸露補(bǔ)給區(qū)面積1395 km2，大氣降水補(bǔ)給量10～15m3/s、 m3/s。近山前地帶第四系以礫、卵石層為主，其頂板埋深20～40m，富水程度由北向南遞減，單井出水量由大于5000m3/d，漸變?yōu)?00～1000m3/d，滲透系數(shù)15～557m/d；南部沖積平原以中細(xì)砂含水層為主，厚度20～30 m，單井出水量1000～3000 m3/d，滲透系數(shù)50～80m/d。上段灰?guī)r巖溶含水層水位標(biāo)高+60～+80 m，生產(chǎn)礦井附近（如馮營(yíng)、李封、韓王等礦井）常形成較深的降落漏斗，水位標(biāo)高在177。水位標(biāo)高+100～+78m，為強(qiáng)富水含水層，水化學(xué)類型為HCO3—，礦化度。 含水巖組劃分及其水文地質(zhì)特征按巖性、巖溶發(fā)育程度、水力性質(zhì)和富水程度，區(qū)域內(nèi)含水巖組自下而上可分為以下幾組。地下水總體流向受構(gòu)造控制，如峪河斷裂以北為SE、SW向，以南為SE向，局部受斷層阻隔流向稍有變化。該期巖漿活動(dòng)為幔源性巖漿活動(dòng)，中基性巖漿富含銅鐵礦質(zhì)成份，經(jīng)過殼幔物質(zhì)重熔和漫長(zhǎng)的地質(zhì)演化成為重要的礦源巖。該階段由于高溫高壓作用下，煤體內(nèi)部產(chǎn)生了大量變質(zhì)氣孔和因干餾作用而生成的微氣孔隙，為烴類氣體貯存提供了較大的空間，使得烴類氣體得以大量保存。在生物降解和熱解作用下，起初大量氣體和液態(tài)烴生成，并隨變質(zhì)作用的進(jìn)一步增強(qiáng)，在后期進(jìn)入生氣階段。這種變化過程在褶皺前和褶皺后，煤層隨地質(zhì)條件的改變發(fā)生有規(guī)律的變化[20]。南部斷塊以水平地應(yīng)力為主，自重地應(yīng)力處于劣勢(shì)，地應(yīng)力較大；北部斷塊地應(yīng)力以自重地應(yīng)力為主，水平地應(yīng)力處于劣勢(shì)，地應(yīng)力較小。老構(gòu)造繼承性活動(dòng)。即山區(qū)強(qiáng)烈上升，平原區(qū)不斷下降。左右，北東翼傾角8186。軸面近于直立。左右。左右，北翼較緩，地層傾角2～6186。N600平陵斷層1390～120186。NE200赤莊正斷層15100～120186。其它主要斷層詳見(表21)。的正斷層，落差300～1000m。的正斷層，落差53～1000m。的正斷層，落差300～700m。在焦作市以東的平原區(qū)，斷層隱伏于新生界地層之下。鳳凰嶺斷裂沿走向大致分為三段，各段活動(dòng)性略有差異。西北盤出露太古界、中元古界和下古生界地層，東南盤為上古生界和新生界地層。薄壁斷層：為本區(qū)東北部邊界，兩端進(jìn)入山區(qū)，是區(qū)內(nèi)的一條基底斷裂，南西起自方莊斷層，北東到羊圈村附近，全長(zhǎng)約30km。區(qū)內(nèi)被新生界底層所覆蓋，走向北40186。屬新華夏系構(gòu)造體系，力學(xué)性質(zhì)為壓扭性。在煤田東部和南部有較大的向斜構(gòu)造，形成了控制區(qū)內(nèi)煤層圖22煤田構(gòu)造綱要示意圖；；；產(chǎn)出的基本構(gòu)造輪廓（圖22）。如方莊斷層和北碑村斷層、峪河口斷層和赤莊斷層。②NE向斷層：該組斷裂區(qū)域分布普遍，相當(dāng)發(fā)育，但規(guī)模和表現(xiàn)形態(tài)變化較大，將煤田切割若干成條帶狀或透鏡狀斷塊，致使地質(zhì)、水文及開采條件復(fù)雜化，形成井田劃分的構(gòu)造邊界。主要以斷裂構(gòu)造為主，褶皺構(gòu)造表現(xiàn)微弱。 構(gòu)造和巖漿活動(dòng) 區(qū)域構(gòu)造（1）區(qū)域構(gòu)造背景焦作煤田大地構(gòu)造位置位于華北地臺(tái)山西臺(tái)隆太行山斷隆南段與華北凹陷湯陰斷陷、濟(jì)源－開封凹陷接合部位，新華夏系東西向構(gòu)造體系及其復(fù)合聯(lián)合，是本區(qū)構(gòu)造的主要格架[16]。田家溝砂巖為灰白～灰綠色中～細(xì)粒砂巖，局部相變?yōu)榇至Ｉ踔梁[，～，；其上為灰～灰白色砂巖、灰～紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部發(fā)育3～5層灰褐、灰黃色硅質(zhì)泥巖，是七煤段良好標(biāo)志。③六煤段：僅在焦南、恩村井田有保留。①四煤段：四煤底板砂巖底至五煤底砂巖底，～。（4）下石盒子組（P1X）由砂鍋窯砂巖底至四煤底板砂巖底，～，與下伏山西組整合接觸。③香炭砂巖段：自香炭砂巖底到馮家溝砂巖底，由香炭砂巖和黑色～深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖組成。① 二1煤段：由L9石灰?guī)r頂?shù)酱笳忌皫r底。 L9也較穩(wěn)定，～，局部相變?yōu)榱忤F質(zhì)泥巖，石灰?guī)r之間為砂巖及泥巖，局部發(fā)育3—4層煤，均不可采。胡石砂巖位于本段底部，普遍發(fā)育，為灰～灰白色中細(xì)粒石英砂巖，泥巖、砂質(zhì)泥巖為灰黑色，具水平層理。L1和L2多合并為L(zhǎng)1+2石灰?guī)r，為深灰色厚層狀石灰?guī)r，夾燧石團(tuán)塊及條帶，具風(fēng)暴層理， ～，自西南往東北逐漸增厚，為本區(qū)重要標(biāo)志層。含煤9～12層。與下伏馬家溝組平行不整合接觸。與下伏其它各系地層均呈角度不整合接觸。自上而下為黃綠、肉紅色厚層細(xì)粒長(zhǎng)石砂巖與紫灰色紫紅色粉砂質(zhì)泥巖互層，底部見有透鏡狀灰質(zhì)礫巖，厚度60余m。①石炭系（C）：下起奧陶系馬家溝石灰?guī)r頂，上至太原組L9石灰?guī)r頂，下為中統(tǒng)的本溪組，上為上統(tǒng)的太原組?！Ｅc下伏寒武系整合接觸。～，[15]。總體特征為自下而上陸源碎屑物質(zhì)逐漸減少，碳酸鹽巖比例增大。（2）中元古界薊縣系云夢(mèng)山組（Pt2y）主要為淺紫、淺黃色中厚～巨厚層狀中粗粒石英砂巖。圖11 技術(shù)路線圖2 地質(zhì)概況 地理位置與交通圖圖21 研究區(qū)交通位置圖工作區(qū)位于河南省焦作市南部及東部地區(qū)，行政區(qū)劃隸屬焦作、修武、獲嘉、輝縣、新鄉(xiāng)等縣（市）管轄。根據(jù)等溫吸附一解吸試驗(yàn)結(jié)果、實(shí)測(cè)含氣量數(shù)據(jù)、地層測(cè)試及排采數(shù)據(jù)分析焦作煤田地區(qū)煤層含氣性特征，結(jié)合煤層演化、埋藏深度、頂?shù)装寮吧w層特征及現(xiàn)今地下地質(zhì)條件、溫壓條件的綜合研究，明確煤層含氣性主要影響因素[11]； (4)提出下一步有利勘探開發(fā)目標(biāo)區(qū)。焦作煤田也是我國(guó)煤田瓦斯突出嚴(yán)重的煤田之一，現(xiàn)有13對(duì)礦井，其中先后有11對(duì)礦井發(fā)生過煤與瓦斯突出，自1955年以來共發(fā)生較大煤與瓦斯突出276次，隨著開采深度的增加，煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性有增大的趨勢(shì)[7]。煤層氣勢(shì)必成為常規(guī)油氣資源的一個(gè)強(qiáng)有力的補(bǔ)充，對(duì)我國(guó)的能源結(jié)構(gòu)及能源戰(zhàn)略調(diào)整具有重要意義[3]。Coal reservoir properties 。但滲流或?qū)恿髂芰苋?，煤層滲透率較低，且隨著埋深的增加而減小，但地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層滲透性具有一定的影響，并且研究區(qū)內(nèi)煤層壓裂處理滲透性可明顯改善；煤層頂、底板巖性為煤層氣體提供了良好的保存條件，而有效埋深、斷裂構(gòu)造對(duì)本區(qū)煤層含氣性具有重要的控制作用。摘 要煤層氣是一種主要以吸附方式賦存于煤層中的清潔能源，我國(guó)煤炭資源非常豐富，煤層氣資源量也相當(dāng)可觀。研究認(rèn)為：焦作煤田二1煤層微孔含量最高，其次是過渡孔，而大中孔含量要低得多，具有很強(qiáng)的吸附能力和較強(qiáng)的擴(kuò)散能力。 Coalbed methane (CBM)。據(jù)2006年國(guó)土資源部的《新一輪的油氣資源評(píng)價(jià)》，1012m3( 1012m3[2]，可采資源量達(dá)10 1012m3。煤層氣資源蘊(yùn)藏豐富，據(jù)最新的河南省焦作煤田煤層氣資源潛力調(diào)查報(bào)告顯示[5]，研究區(qū)在2 000 m以淺、風(fēng)化帶以深、含氣量在8 m3/t以上的可采煤層的煤層氣資源量為1 583. 82 108 m3， 108m3 /km2[6] ，具有良好的開發(fā)前景。煤層發(fā)育條件，厚度展布特征，煤巖組成，結(jié)構(gòu)及構(gòu)造，煤質(zhì)煤級(jí)特征，后期改造特征，頂?shù)装鍘r性特征及水文地質(zhì)特征等研究[10]； (3)煤層含氣性特征分析。具體研究路線如圖所示[13]。現(xiàn)由老到新簡(jiǎn)述如下：（1）太古界（Ar）主要由一套經(jīng)受中等區(qū)域變質(zhì)作用而形成的黑云斜長(zhǎng)片麻巖、黑云角閃斜長(zhǎng)片麻巖及少量斜長(zhǎng)角閃變粒巖、角閃片巖、角閃巖和淺粒巖等組成，厚度大于2900m。（3）下古生界（Pz1）①寒武系（∈）：自下而上可分為三個(gè)統(tǒng)，各統(tǒng)之間均為整合接觸。中統(tǒng)（∈2）：下部為紫紅色頁巖與中厚層狀鮞狀石灰?guī)r互層、間夾薄層灰?guī)r、砂巖和黃綠色頁巖，上部為石灰?guī)r、鮞狀石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、鮞狀白云質(zhì)石灰?guī)r組成，夾薄層黃綠色頁巖。②奧陶系（O）：本區(qū)發(fā)育有下統(tǒng)的冶里組和上統(tǒng)的馬家溝組，主要出露于本區(qū)