【正文】 20 煤巖及煤質(zhì) 20 煤的巖石學(xué)特征 20 20 21 21 22 23 23 24 25 滲透性 26 26 275 煤層氣富集的地質(zhì)控制因素 29 斷裂構(gòu)造對煤層含氣量的影響 29 煤變質(zhì)作用對含氣量的影響 31 煤層頂?shù)装鍘r性對煤層氣富集的控制 32 水文地質(zhì)條件對煤層氣富集的控制 32致 謝 34參考文獻 351 緒論 煤層氣是一種主要以吸附方式賦存于煤層中的清潔能源，我國煤炭資源非常豐富，煤層氣資源量也相當(dāng)可觀[1]。 以在焦作煤田地區(qū)地質(zhì)調(diào)查工作進展為基礎(chǔ)，以實際可行性為前提，綜合應(yīng)用鉆井、錄井、測井、地震以及實驗數(shù)據(jù)等資料，開展以下主要工作： (1)開展焦作煤田石炭一二疊系煤層氣基本地質(zhì)條件研究，分析研究沉積背景，后期構(gòu)造及成煤演化對煤層氣成藏與富集的影響[9]； (2)石炭一二疊系煤層氣儲層特征研究。 地層與含煤地層 地層焦作煤田位于華北晚古生代聚煤盆地的南部，處于華北板塊板內(nèi)太行構(gòu)造區(qū)太行斷隆的南段，其地層屬于華北地層區(qū)山西分區(qū)太行山小區(qū)和華北平原分區(qū)豫北小區(qū)內(nèi)，區(qū)內(nèi)地層由老到新有太古界、中元古界薊縣系、下古生界寒武系和奧陶系、上古生界石炭系和二疊系、中生界三疊系、新生界新近系和第四系[14]。下統(tǒng)（∈1）：底部為礫巖，下部為灰黃色泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、紫紅色頁巖，上部為淺灰色石灰?guī)r、鮞狀石灰?guī)r、泥巖、砂巖、粉砂巖、頁巖等，～?！?。山西組底部的二1煤為煤層氣賦存的主要儲層。（1）本溪組（C2b）下起奧陶系中統(tǒng)馬家溝組頂，上至太原組一1煤底板，～45m。①下部灰?guī)r段：一1煤層底到Ｌ4石灰?guī)r頂。③上部灰?guī)r段：L7至L9（或菱鐵質(zhì)泥巖）頂。②大占砂巖段：由大占砂巖底到香炭砂巖底。該組為本區(qū)的三煤段。六煤底板砂巖為灰白色中厚層狀中粗粒砂巖，其上為灰色、深灰、紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖，夾數(shù)層砂巖透鏡體。沿傾向及走向有寬緩的起伏，局部傾角可達25~30186。該組斷層主要有：王封斷層、三十九號斷層、李莊斷層、九里山斷層、薄壁斷層和耿黃斷層等。區(qū)內(nèi)長度60km，為一走向近東西，整體傾向南，傾角約70186。的正斷層，落差大于1000m。鳳凰嶺斷層：位于煤田中南部，從焦作、修武縣城北止于耿黃斷層，區(qū)內(nèi)長60km，為走向東西，傾向南，傾角約70186。為走向北60186。總體走向45186。SE170～630方莊正斷層10150186。墻南向斜：西起焦南井田于村，東至修武縣城，軸向近東西，軸長25km，兩翼寬6 km。東，向南西傾伏，軸部傾角4186。（3）構(gòu)造演化史及力學(xué)特征焦作煤田處于太行山南麓差異運動應(yīng)力多變區(qū)，緯向、華夏系、新華夏系和北西向構(gòu)造的復(fù)合部位，多期次、不同構(gòu)造應(yīng)力場的構(gòu)造運動的疊加，形成了目前較為復(fù)雜的構(gòu)造形態(tài)和應(yīng)力狀態(tài)。根據(jù)區(qū)域構(gòu)造背景以及煤田內(nèi)構(gòu)造之間的切割關(guān)系，可以認為本區(qū)含煤地層形成后，至少經(jīng)歷了海西—印支、燕山和喜山三期主要不同方向的構(gòu)造應(yīng)力場作用，形成了不同類型、不同產(chǎn)狀的構(gòu)造形跡[18]：晚古生代的海西（P）—印支運動（T）的S—N向擠壓應(yīng)力場作用，形成了軸向近東西向的褶皺構(gòu)造和近東西向的壓扭性斷裂；中生代的燕山運動（JK）的NW—SE向主壓應(yīng)力作用，產(chǎn)生一系列近南北向的壓扭性的左旋剪切斷裂和一組近東西向的壓扭性右旋剪切斷裂，以及一組北西向的張性斷裂，在區(qū)域擠壓應(yīng)力的持續(xù)作用下，形成了軸向北東的太行山復(fù)背斜隆起，同時在背斜軸部和翼部形成了一系列的北東向縱張斷裂，這些斷裂的差異升降運動，進而形成了區(qū)內(nèi)的階梯狀、地塹、地壘狀斷塊構(gòu)造；新生代的喜馬拉雅運動（Q+R）的NEE～SWW向主壓應(yīng)力作用，對早期形成的構(gòu)造不同程度的改造和復(fù)合，使得斷裂構(gòu)造結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)展布方向發(fā)生了轉(zhuǎn)化，并產(chǎn)生了一些新的構(gòu)造形跡，一組為NNE向和一組NWW向的剪切斷裂及一組NNE向的張性斷裂，使煤田成為一系列菱形破碎小斷塊。此時的構(gòu)造運動主要對煤層的形成起到控制作用。由于斷塊間的差異升降作用，使局部煤層處于不斷抬升、埋藏變淺，以及大量張性裂隙的生成，煤層氣有一定程度的逸散，煤層氣含量減少。區(qū)內(nèi)地表水較為發(fā)育，橫跨黃河、海河兩個流域，由東向西主要有滄河、百泉河、黃水河、石門河、峪河、紙坊河、山門河、沙河、衛(wèi)河等，均為海河水系；丹河、沁河等屬黃河水系。（2）碎屑巖夾碳酸巖鹽巖巖溶裂隙含水層組由太原組石灰?guī)r與砂巖互層組成，其中灰?guī)r含水層9層，以上段L下段L2 、L3灰?guī)r發(fā)育，厚度分別為6～8m和8～21m，L8灰?guī)r為二1煤層底板直接充水含水層，L2 、L3灰?guī)r為一1煤層直接頂板充水含水層。新第三系多以半固結(jié)為主，富水性較弱[25]。六十年代以后，隨著礦井排水和城市供水、工業(yè)用水等排水量增加，地下水以人工排泄為主，西部、北部泉群相繼出現(xiàn)干涸現(xiàn)象。表31 不同區(qū)塊煤厚情況統(tǒng)計區(qū)塊焦西停采區(qū)焦南未采區(qū)焦東采區(qū)北部焦東采區(qū)南部焦東未采區(qū)二1煤煤厚～0～0～～平均（1）二1煤層二1 煤層位于山西組下部，～89m，一般為60m左右， m，全區(qū)發(fā)育，屬較穩(wěn)定厚煤層，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，局部有分岔現(xiàn)象，一般不含夾矸，局部含1～2層夾矸。泥巖多分布于恩村井田、墻南詳查區(qū)和趙固普查區(qū)，～，一般厚1～3m，；砂質(zhì)泥巖、粉砂巖主要分布于煤田中部的演馬莊、九里山、馮營井田和趙固勘探區(qū)，～，一般1～7m，；砂巖（細、中、粗粒砂巖）零星分布于煤田各處，以中馬村井田最多，主要分布在井田的東南部，呈條帶狀分布，～，一般6～9m。384 煤儲層特征及含氣性 煤巖及煤質(zhì) 煤的巖石學(xué)特征①宏觀煤巖特征根據(jù)井下和室內(nèi)觀測，成塊狀產(chǎn)出的二1煤宏觀煤巖成分以亮煤為主，暗煤次之，夾絲炭和鏡煤透鏡體或線理狀鏡煤。粘土礦物多為層狀、團塊狀和浸染狀，硫化物類主要為黃鐵礦，多呈微粒狀、莓球狀或粒晶集合體等形式分布于有機質(zhì)中，碳酸鹽主要為次生或后生的方解石，呈脈狀分布于有機質(zhì)中，另外也有少量的石英碎屑。從垂向看，煤層頂、中、底煤分層之灰分大致有高、低、高的變化規(guī)律，尤其是煤層下部灰分含量稍高。局部如古漢山礦出現(xiàn)三組裂隙。而比表面積中，小于100nm的微孔和過渡孔占絕對優(yōu)勢，其中，微孔含量要大于過渡孔。鑒于此，本次工作中，對不同溫度、不同煤體結(jié)構(gòu)的煤進行了等溫吸附實驗，來評價研究區(qū)的煤的吸附性及其變化規(guī)律。所有含氣量數(shù)據(jù)中，由于煤樣采集及測定方法的差別，實測瓦斯含量測值并不全部真實可靠，為此需要加以對比、校正后方可使用，甲烷低于80%時的含氣量數(shù)據(jù)僅在含氣性變化規(guī)律中應(yīng)用，并不參與資源評價，資料不全的僅為參考等原則，另對與煤層氣賦存規(guī)律違背的含氣量異常數(shù)據(jù)和薄煤帶的含氣量數(shù)據(jù)僅作為參考。含氣飽和度系指煤層氣在儲層條件下所達到的吸附飽和程度，一般用某點的煤儲層實際含氣量與儲層壓力對應(yīng)的理論吸附氣量之比，單位為%。煤儲層滲透率直接受控于煤層中天然裂隙網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育程度和開合程度。表46 焦作煤田煤層氣試驗井二1煤層滲透率測試結(jié)果表井田名稱古漢山井田中馬井田恩村井田井 號古1古2古3古4CQ6煤層原始滲透率（103μm2）～～～水力壓裂處理后的滲透率（103μm2）～煤礦上和瓦斯地質(zhì)上常用透氣性系數(shù)來表示煤層氣在煤體流動的難易程度，可以換算成煤層的滲透率。103μm2，顯然滲透率小，原因在于試驗井處于向斜構(gòu)造軸部部位，儲層處于擠壓應(yīng)力狀態(tài)，煤體結(jié)構(gòu)較破碎，因此滲透率較低。測定結(jié)果見(表47)。焦作煤田煤層氣的富集規(guī)律和可采性特征，受到構(gòu)造、沉積、水文三大類地質(zhì)因素的綜合影響[31]。在階梯斷塊的掀起端和地壘斷塊中，煤系地層被抬生剝蝕，煤層埋深變淺，煤層氣大量運移、失散，煤層氣含量相對較低；而在階梯斷塊的傾斜端和地塹斷塊內(nèi)，煤層埋藏變深，有利于煤層氣保存,煤層氣含量明顯較高。斷層上升盤的含氣量明顯要小于下降盤。通過計算獲得的一元線性回歸方程：y＝ R0,max –圖53 煤層含氣量與R0,max的關(guān)系式中： y煤層平均含氣量，m3/t； R0,max為鏡煤最大反射率，％?？傮w上，焦作煤田的二1煤層的頂板主要巖石類型為透氣性差的泥巖、砂質(zhì)泥巖和粒度小的粉砂巖。據(jù)86個二1煤鉆孔煤樣統(tǒng)計，～%的居多，占50%，%。在通常情況下，煤層的裂隙（割理）系統(tǒng)中飽含著水，微孔系統(tǒng)中吸附著煤層氣，水和煤層氣作為兩相流共存于同一多孔介質(zhì)（煤層）之中。另一方面，煤層的開采、卸壓，在采空區(qū)附近的圍巖和煤層中，可形成開放性的采動裂隙，造成一部分煤層氣逸散，不利于煤層氣的保存；但裂隙的形成，可使煤層滲透率增加，有利于煤層氣的擴散和運移，利于煤層氣開采。參考文獻[1] 賈承造. 煤層氣資源量評估方法[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007. 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