【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 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。三疊紀(jì)末期的印支運(yùn)動(dòng)，使得本區(qū)地殼整體抬升廣泛接受剝蝕，生氣階段終止，煤層氣有一定的逸散。褶皺期階段：中生代的燕山運(yùn)動(dòng)中晚期，在局部強(qiáng)大的熱力場(chǎng)作用下，煤層變質(zhì)程度進(jìn)一步增高，達(dá)到無(wú)煙煤。期間大分子結(jié)構(gòu)在高溫高壓作用下發(fā)生裂解并生成大量裂解氣，達(dá)到第二期生氣高峰期，此時(shí)的氣體組分以CH4為主。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。褶皺期后：新生代的喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)，使得該區(qū)雖然發(fā)生了斷陷沉積，但由于前兩個(gè)階段煤變質(zhì)程度甚高，新生界厚度尚未達(dá)到補(bǔ)償古溫度所需的厚度，煤的變質(zhì)作用減緩或停止，生烴量急劇下降或停止。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。 巖漿活動(dòng)區(qū)域內(nèi)巖漿活動(dòng)主要在太古代，太古代以后未見有大的巖漿活動(dòng)，太古代巖漿活動(dòng)主要表現(xiàn)為規(guī)模不等的中基性－中酸性火山噴發(fā)和規(guī)模較小的中基性、花崗巖侵入，由于區(qū)域變質(zhì)作用及強(qiáng)烈的混合作用，使其演變?yōu)榛◢弾r、混合片麻巖、變質(zhì)中基性巖等巖石類型。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(guò)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。 水文地質(zhì)條件焦作煤田地處屬于太行山前沖積平原，地勢(shì)西北高東南低，地形相對(duì)高差200～300m。北部太行山高+500～+1500m，寒武系、奧陶系巨厚灰?guī)r出露，總厚800～1000m，構(gòu)成深山峽谷，這些石灰?guī)r形成溶溝、溶槽及落水洞等巖溶地貌以及地下溶洞、裂隙的發(fā)育，大量接受大氣降水，為地下水提供了良好的儲(chǔ)運(yùn)空間和徑流通道，是地下水的補(bǔ)給區(qū)，匯水口寬40km左右，匯水面積約1800km2，[22]。地下水自北、西北部分水嶺分別向南、東南方向流動(dòng)，在山前受朱村斷層、鳳凰嶺斷層阻隔而富集，形成巖溶富水區(qū)。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。在斷裂帶附近巖溶裂隙相對(duì)發(fā)育，常形成強(qiáng)富水區(qū)、導(dǎo)水帶，如鳳凰嶺斷層強(qiáng)勁流帶、朱村斷層強(qiáng)勁流帶、方莊斷層強(qiáng)勁流帶、馬坊泉斷層強(qiáng)勁流帶和百泉斷層強(qiáng)勁流帶等，成為焦作煤田內(nèi)煤田、勘探區(qū)的補(bǔ)給邊界[23]。區(qū)內(nèi)地表水較為發(fā)育，橫跨黃河、海河兩個(gè)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。除衛(wèi)河、丹河、沁河長(zhǎng)年流水外，其余均為季節(jié)性河流，對(duì)淺層地下水起著補(bǔ)給作用[24]。 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。（1）碳酸鹽巖巖溶裂隙含水巖組主要為寒武、奧陶系的厚層狀石灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，總厚度800～1000m。廣泛出露于北、西部太行山區(qū)，煤田內(nèi)僅九里山、古漢山有零星出露，總厚度800～1000m。裸露區(qū)或斷裂帶附近常有大泉出露，～7m3/s，水化學(xué)類型為HCO3—Ca（Mg），～，北部雙頭泉水位標(biāo)高為+850m，山前為+110m，水頭梯度13～61%；煤田內(nèi)為掩埋型，巖溶裂隙發(fā)育不均勻，單井出水量1000～5000m3/d，～333 l/，～48m/d。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。淺部該含水巖組與太原組灰?guī)r含水層水力聯(lián)系密切，受礦井疏排水影響，整體水位有一定程度的下降，在田門井田形成降深10 m的漏斗，王封、焦西礦井附近也有1～3 m。（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。巖溶裂隙較發(fā)育，滲透系數(shù)1～15m/d，淺部富水性中等，深部逐漸減弱，在上、下段灰?guī)r含水層之間有分布連續(xù)穩(wěn)定的中段砂泥巖隔水層。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。0以下；下段灰?guī)r巖溶含水層在韓王、朱村、焦西等礦井附近，受礦井疏排影響，也形成降幅不大的漏斗，水位標(biāo)高最低+74～+80 m，一般水位標(biāo)高+75～+90 m。（3）碎屑巖類砂巖裂隙水含水巖組主要由山西組砂巖組成，其中頂部風(fēng)化巖層厚30m左右，～；～，～，該組砂巖含水層與泥巖、砂質(zhì)泥巖隔水層相間沉積，為弱含水層組。（4）新生界松散層水文地質(zhì)特征由新生界地層中的砂、礫石層組成，500m以深呈半膠結(jié)狀態(tài)。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。在沖積扇前緣常有泉群出現(xiàn)，目前多已干涸。新第三系多以半固結(jié)為主，富水性較弱[25]。 地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄大氣降水為焦作煤田巖溶裂隙水的主要補(bǔ)給來(lái)源，西部、北部裸露山區(qū)廣泛出露的石灰?guī)r是巖溶地下水良好的補(bǔ)給場(chǎng)所，屬九里山巖溶水系統(tǒng)，補(bǔ)給面積約4900km2，天然資源量為38541萬(wàn)m3/a[26]。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。在天然狀態(tài)下，補(bǔ)給區(qū)地下水水力坡度為11‰，徑流區(qū)為5‰，進(jìn)入煤田后為2～‰。以東井交斷層至黃水河斷層北側(cè)的分水嶺和紙坊溝以北的奪火鄉(xiāng)至峪河口地下分水嶺將本區(qū)九里山巖溶水系統(tǒng)分為北部百泉巖溶水子系統(tǒng)、中部十里河巖溶水子系統(tǒng)和南部的雙頭泉巖溶水子系統(tǒng)。十里河巖溶水子系統(tǒng)與百泉巖溶水系統(tǒng)的石灰?guī)r裸露區(qū)是峪河斷裂以北的各區(qū)的補(bǔ)給區(qū)；雙頭泉巖溶水子系統(tǒng)的石灰?guī)r裸露區(qū)為焦作煤田巖溶水的直接補(bǔ)給區(qū)，演馬莊井田即處于該區(qū)的徑流排泄區(qū)內(nèi)。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。由于焦作煤田補(bǔ)給面積大，巖溶裂隙發(fā)育，因此九里山巖溶水系統(tǒng)具有巨大調(diào)蓄功能，[27]。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。近幾年隨著環(huán)境保護(hù)意識(shí)加強(qiáng)和降水的豐水期，巖溶地下水位出現(xiàn)了回升現(xiàn)象。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(wú)明顯的滯后現(xiàn)象[28]。3 煤層賦存及分布特征 煤層厚度及其變化規(guī)律 煤層厚度統(tǒng)計(jì)特征本區(qū)井田、勘探區(qū)和普查區(qū)的地質(zhì)工作程度較高，控制鉆孔較多，根據(jù)鉆孔統(tǒng)計(jì)得到的煤層厚度可信程度較大，而東部預(yù)查區(qū)控制鉆孔較少，其厚度值可以靠推測(cè)而知，所以，本次工作對(duì)焦作煤田各井田勘探鉆孔揭露的煤層厚度資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果在一定程度上可以客觀反映全區(qū)的情況?，F(xiàn)有鉆孔資料表明，本區(qū)煤層最多15層，其中太原組9層，山西組6層。可采和局部可采者3～5層，可采煤層厚9m左右。其中，二1煤層全區(qū)穩(wěn)定可采，煤厚0～，[29]。 煤層厚度展布特征根據(jù)焦作煤層厚度的變化趨勢(shì)以及成煤前后巖相古地理的分布格局，繪制了主要煤層二1煤煤煤厚等值線圖，并對(duì)不同區(qū)塊的二1煤層厚度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表31。表31 不同區(qū)塊煤厚情況統(tǒng)計(jì)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(jiǎn)單，局部有分岔現(xiàn)象，一般不含夾矸，局部含1～2層夾矸。不同的井田其厚度變化幅度不同，根據(jù)平面上展布形態(tài)，由東向西主要變化如下：煤田東北部趙固勘探區(qū)二1煤層厚度較穩(wěn)定。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，—。煤田中部的煤厚變化較為復(fù)雜，方莊井田、古漢山井田、白莊井田有東北部薄南部厚的變化趨勢(shì)；而吳村井田表現(xiàn)為北厚南薄的變化形態(tài)；馮營(yíng)井田、中馬井田煤層由于受到斷層擠壓及沖刷侵蝕影響，厚度變化沿傾向呈條帶狀，厚薄相間，絕大部分為中厚煤穩(wěn)定帶，在井田西部出現(xiàn)無(wú)煤帶、薄煤帶；位于該區(qū)段南部的演馬莊井田煤厚變化呈現(xiàn)西部薄南部、東部后的趨勢(shì)，在東部部分地段煤厚大于9m。煤田南部的焦南、墻南、恩村井田煤厚變化受墻南向斜的影響，地質(zhì)剖面圖上煤厚呈波浪型變化，有厚薄相間的特點(diǎn)，總體表現(xiàn)為向斜軸部?jī)蓚?cè)厚而翼部薄、東南厚西南、北部較薄的趨勢(shì)，在向斜軸部附近煤厚超過(guò)10m，在西北、西南局部出現(xiàn)薄煤帶或無(wú)煤帶。煤田西部煤層厚度，總體表現(xiàn)為西北部薄東部、東南部厚的趨勢(shì)，該趨勢(shì)主要與成煤前基底的形態(tài)有關(guān)[30]。 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(guò)程中編制了主要煤層頂板巖性分布圖。 （1）二1煤頂、底板分布特征本區(qū)二1煤層頂板巖性分布相對(duì)穩(wěn)定，主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，其中以泥巖分布最廣，局部零星分布有細(xì)—中粗粒砂巖。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(yíng)井田和趙固勘探區(qū)，～，一般1～7m，；砂巖（細(xì)、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。另外，在古漢山井田與五里源預(yù)測(cè)區(qū)交界處，煤層頂板為不規(guī)則條帶狀的砂巖，～。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。 頂、底板的物理力學(xué)性質(zhì)根據(jù)以往資料以及本次對(duì)施工鉆孔的煤層頂?shù)装鍘r石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果（見表32），煤田主要煤層的頂、底板的巖石物理、力學(xué)特征性質(zhì)見(表33)。表32 本次鉆孔煤層及頂?shù)装鍘r石力學(xué)性質(zhì)測(cè)定結(jié)果表巖 性層 位抗壓強(qiáng)度/MPa軟化系數(shù)天然抗剪抗拉強(qiáng)度/MPa變形指數(shù)干燥飽和C/MPaФ/度彈模/180。104MPa泊松比泥 巖二1煤頂板~砂質(zhì)泥巖~中砂巖~中砂巖~泥 巖~泥 巖~砂質(zhì)泥巖二1煤底板~泥 巖~灰 巖~表33 以往焦作煤田主要煤層頂、底板巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果項(xiàng)目砂巖粉砂巖砂質(zhì)泥巖泥巖石灰?guī)r比重（103kg/m3）～～～～～容重（103kg/m3）～～～～～抗壓強(qiáng)度（kg/cm3）范圍208～1545518～985270～1003298～899224～914平均503583569抗拉強(qiáng)度（kg/cm3）范圍～12～17～～18194～342平均24102212抗剪強(qiáng)度（kg/cm3）范圍～638～174～平均37311037內(nèi)聚力（C）內(nèi)摩擦角（186。）～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。該類頂板孔隙率低，透氣性差，易于煤層氣保存，但不利于常規(guī)壓裂法開采，但其上部多為砂質(zhì)泥巖或粉砂巖，可將該類頂板作為“虛擬儲(chǔ)層”，采取頂板完井強(qiáng)化法開采等特殊工藝進(jìn)行煤層氣開采。384 煤儲(chǔ)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(cè)，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。煤巖類型以光亮型—半亮型煤為主，有少量的半暗型和暗淡型煤。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。煤層頂、底板以泥質(zhì)含量較高的碎屑巖類為主，大多礦井煤層的偽頂、偽底為泥巖或含炭質(zhì)泥巖，直接頂為細(xì)粒砂巖。②顯微煤巖組成本區(qū)二1煤的有機(jī)組分含量較高，一般大于86%，其中絕大多數(shù)為鏡質(zhì)組，一般占總組成的80%以上，占有機(jī)組分的90%以上，惰性組含量較少。鏡質(zhì)組組成以弱非均質(zhì)性的無(wú)結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體為主，單偏光下呈亮黃色，除少量結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體外，一般為無(wú)定形的基質(zhì)鏡質(zhì)體、透鏡狀和團(tuán)塊狀均質(zhì)鏡質(zhì)體；正交偏光下，有條帶狀或黑白花紋交織席狀隱結(jié)構(gòu)顯示、而形態(tài)大小不一的各向異性熱解碳鑲嵌于鏡質(zhì)組中。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。無(wú)機(jī)組分中以粘土礦物為主，含少量碳酸鹽和硫化物。粘土礦物多為層狀、團(tuán)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(jī)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(jī)質(zhì)中，另外也有少量的石英碎屑。二1煤顯微組分統(tǒng)計(jì)結(jié)果表41。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(wú) 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（