【正文】 因素煤層氣含氣性影響的因素可以從煤層氣的生成、保存及運(yùn)移條件來(lái)綜合分析。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]。其中：含煤盆地構(gòu)造演化歷史控制了煤層氣生成、運(yùn)移、富集、賦存、開采地質(zhì)條件等各個(gè)環(huán)節(jié)，尤其是中生代末的抬升剝蝕和斷塊的差異升降運(yùn)動(dòng)以及強(qiáng)烈褶皺運(yùn)動(dòng)，對(duì)煤層氣的生成和富集程度、儲(chǔ)層壓力、滲透率產(chǎn)生重要影響；沉積特征直接決定了煤層頂板的巖性、厚度、穩(wěn)定性和砂體展布方向，從而對(duì)煤層含氣性的區(qū)域分異產(chǎn)生一定影響；水文地質(zhì)條件對(duì)煤層氣的保存條件具有直接影響，但其又受控于在構(gòu)造演化歷史控制之下的總體構(gòu)造面貌。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。關(guān)于埋深對(duì)含氣性的影響，前文意做了較為詳盡的探討，在此不再贅述。 斷裂構(gòu)造對(duì)煤層含氣量的影響不同類型的地質(zhì)構(gòu)造，在其形成過程中構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)特征及其內(nèi)部應(yīng)力分布的不同，均會(huì)導(dǎo)致煤儲(chǔ)層和封蓋層的產(chǎn)狀、結(jié)構(gòu)、物性、裂隙發(fā)育狀況及地下水徑流條件等出現(xiàn)差異，并進(jìn)而影響到煤儲(chǔ)層的含氣特性。一般來(lái)說(shuō)，正斷層屬于開放型，封閉性較差有利于氣體的逸散，而逆斷層屬于壓性或壓扭性，具有較好的封閉性，有利于氣體的保存。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。（1）區(qū)域斷裂構(gòu)造對(duì)含氣性的影響本區(qū)煤系形成后曾經(jīng)歷了印支，燕山，喜山三次主要構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，形成了一系列受邊緣正斷層控制的階梯狀地壘和地塹型斷塊，改變了煤田煤層原有的煤層埋深狀況和封蓋條件，不同程度地對(duì)煤層氣保存條件起到了改造作用。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(yùn)移、失散，煤層氣含量相對(duì)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。南部斷塊的焦南未采區(qū)深部，構(gòu)造形態(tài)為向東傾伏的寬緩向斜構(gòu)造，斷裂構(gòu)造不甚發(fā)育，向斜軸部煤層埋藏深度大，保存條件好，煤層氣不易沿垂直地層方向運(yùn)移、失散，這是造成向斜軸部煤層氣含量高的原因之一。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。第三、四系沉積以前，向斜軸部煤層氣多處于飽和狀態(tài)，因此造成本區(qū)向斜軸部煤層氣含量高于兩翼。焦東采區(qū)北部的方莊井田東部、南部、北部邊界均為開放性正斷層，斷裂構(gòu)造相對(duì)發(fā)育，破壞了煤層及其圍巖的完整性，使得煤層及其圍巖構(gòu)造裂隙相對(duì)發(fā)育，煤、巖層透氣性變好，加之?dāng)鄬拥腻e(cuò)動(dòng)，煤層或被第四系松散沉積物所覆蓋，或與透氣性較好的山西組、下石盒子組砂泥巖對(duì)接，形成了相對(duì)較好的煤層氣逸散條件。因此，該井田煤層氣含量普遍低于周邊井田。（2）井田構(gòu)造對(duì)含氣量的影響根據(jù)古漢山井田不同斷層上、下盤的實(shí)測(cè)含氣量數(shù)據(jù)（表51），同一構(gòu)造的不同部位對(duì)煤層氣的富集和運(yùn)移的作用關(guān)系也是有差異的：斷層尖滅端附近的含氣量最大，可達(dá)到32 m3/t。主要是由于斷層尖滅端附近，應(yīng)力集聚，煤體破碎，降低了煤層的透氣性，從而形成了聚氣構(gòu)造，使得含氣量增大。斷層上升盤的含氣量明顯要小于下降盤。原因在于：一是由于下降盤下降過程中，構(gòu)造活動(dòng)相對(duì)較強(qiáng)，其對(duì)煤層揉搓作用期間，溫度增加，使得更多的煤層大分子結(jié)構(gòu)及側(cè)鏈或支鏈發(fā)生熱解，從而造成局部生烴量的增大；二是由于下降盤伴生次級(jí)斷裂較為發(fā)育，破壞了煤層氣的逸散通道，以及構(gòu)造的揉搓使得煤體結(jié)構(gòu)的破壞程度增強(qiáng)，減弱了煤層的透氣性，形成了聚氣和阻氣構(gòu)造，不利于氣體逸散，使得煤層氣相對(duì)富集。表51 同一斷裂構(gòu)造上、下盤的含氣量對(duì)比斷層名稱性 質(zhì)落差（m）煤層氣含量（m3/t）上升盤下降盤斷裂帶團(tuán)相斷層張扭性正斷層25～150253022魏村斷層張扭性正斷層50～18010188界碑?dāng)鄬诱龜鄬?00～13010208小鳳凹斷層正斷層4010133在斷層上升盤（正斷層的下盤），距離斷裂面越遠(yuǎn)，含氣量越大（見表52）。主要是由于區(qū)域內(nèi)的較大斷裂構(gòu)造全部為張性正斷層，這些斷裂往往會(huì)形成導(dǎo)氣構(gòu)造，并且距離斷裂面越近，透氣性越好，生成的煤層氣更易逸散，從而降低了煤層氣含量。表52 與斷裂構(gòu)造相關(guān)的含氣量數(shù)據(jù)采樣點(diǎn)位置含氣量/m3/t采樣點(diǎn)位置含氣量/m3/t魏村斷層斷裂帶魏村斷層尖滅端32魏村斷層下盤，距離斷層面30m距魏村斷層尖滅端250MF6斷層下盤，距斷層面約70m團(tuán)相正斷層下盤，距斷層面25m魏村斷層下盤，距離斷層面200m團(tuán)相正斷層下盤，距斷層面200m魏村斷層下盤，距離斷層面400m小鳳凹正斷層上盤，距斷層面250m 煤變質(zhì)作用對(duì)含氣量的影響由前文可知，本區(qū)煤變質(zhì)演化受地質(zhì)發(fā)展所控制。煤變質(zhì)演化分為兩個(gè)階段：即深成變質(zhì)作用階段(C～T)和巖漿熱變質(zhì)作用階段(J～K)。在煤系形成至三疊紀(jì)末本區(qū)處于沉降埋藏階段，具有普遍意義的深成變質(zhì)作用在三疊紀(jì)末期使煤達(dá)到低變質(zhì)煙煤階段，三疊紀(jì)末印支運(yùn)動(dòng)使本區(qū)整體抬升遭受剝蝕，深成變質(zhì)作用減弱乃至終止；晚侏羅世一早白堊世(J3～K1)，燕山運(yùn)動(dòng)巖漿活動(dòng)熱事件處于主導(dǎo)地位，區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用(包括氣水熱液變質(zhì)作用)使本區(qū)煤的變質(zhì)程度劇增，出現(xiàn)高變質(zhì)無(wú)煙煤，同時(shí)煤變質(zhì)程度出現(xiàn)明顯的差異性，呈由東至西煤變質(zhì)程度增高的規(guī)律；進(jìn)入新生代(R+Q)，本區(qū)煤變質(zhì)歷史已告結(jié)束，雖然由于斷塊運(yùn)動(dòng)使局部沉降，現(xiàn)代埋深增加，但對(duì)整個(gè)煤田范圍內(nèi)煤的變質(zhì)程度沒有影響。統(tǒng)計(jì)表明，研究區(qū)煤層平均含氣量隨鏡煤最大反射率的增大而增高，且很接近一條直線（圖53）。通過計(jì)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，％。由于本區(qū)二l煤鏡質(zhì)組R0,％～％，且煤變質(zhì)程度分布表現(xiàn)為由東至西和由淺到深逐漸增高的規(guī)律，這決定了本區(qū)煤的吸附性能和氣含量分布的差異性，使煤層氣含量分布表現(xiàn)為自東部至西部斷塊和在斷塊內(nèi)由淺部向深部含量有由低到高的變化趨勢(shì)。 煤層頂?shù)装鍘r性對(duì)煤層氣富集的控制煤層頂?shù)装迨欠舛旅簩託獾牡谝坏榔琳?，是煤?chǔ)層圍巖組合中最重要的巖層。頂?shù)装鍘r性的透氣性好與否，直接影向著煤層氣的儲(chǔ)存、運(yùn)移或富集。根據(jù)本次工作對(duì)二1煤層頂?shù)装鍘r石的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)的測(cè)試，對(duì)比煤的孔隙性測(cè)試結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)煤層頂板的各類巖性中，泥巖的納米級(jí)孔隙比表面積和比孔容最大，遠(yuǎn)大于砂巖類，但孔徑最小，與煤層相當(dāng)，因此一定程度上也能容納一定的煤層氣；砂巖類的巖石大中孔孔容、比表面積遠(yuǎn)大于泥巖類，且隨著粒度的增加，大中孔含量增大，而微孔、納米級(jí)減少，容納煤層氣的能力小于泥巖，并且不利于煤層氣的保存。由此可以推斷，其他條件類似的情況下，圍巖若為泥巖或含泥質(zhì)較多，裂隙不發(fā)育且具備一定厚度（一般＞）時(shí)，對(duì)煤層甲烷的逸散起阻礙作用，封閉型較好，利于煤層氣的富集。與此相反，若頂?shù)装鍨榱Χ容^粗的砂巖或透氣性更好的石灰?guī)r，則利于煤層甲烷的逸散，不利于煤層氣的富集。焦作煤田的二1煤層頂板多為粉砂巖和細(xì)砂巖互層，粉砂巖致密, 膠結(jié)良好；～ m 的致密炭質(zhì)泥巖；～ m 的泥巖, 使煤層處在一個(gè)封閉條件較好的環(huán)境中, 對(duì)煤層氣的保存十分有利?？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。其中，作為煤層頂板的粉砂巖致密，膠結(jié)良好，泥巖或炭質(zhì)泥巖作為煤層偽頂，～ m之間?！?m 的泥巖，局部為炭質(zhì)泥巖，圍巖封蓋能力強(qiáng)，使煤層氣處在一個(gè)封閉條件較好的環(huán)境中，有利于煤層氣的保存。局部煤層頂?shù)装鍘r性的差異也會(huì)引起透氣性改變，使得含氣量發(fā)生變化。如煤田中部的馮營(yíng)井田和中馬村井田，同屬于一個(gè)塊斷，二1 煤層埋深大體一致，但前者以透氣性差的砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主，阻礙煤層甲烷的逸散，煤層氣相對(duì)富集，含量較高，而后者則煤層頂板以粉砂巖、細(xì)粒砂巖為主，透氣性相對(duì)較好，煤層氣含量則較低。 水文地質(zhì)條件對(duì)煤層氣富集的控制(1) 煤層中內(nèi)在水分含量與煤層氣含量互為消長(zhǎng)。煤層中，水分與氣體之間存在著競(jìng)爭(zhēng)吸附的關(guān)系，一般情況下，在其他條件如煤巖石學(xué)組成、煤化程度、儲(chǔ)層溫度、壓力等相近的條件下，煤層中內(nèi)在水分含量越大，煤層中氣體含量越小。本煤田為無(wú)煙煤，其煤顆粒表面的親水能力較弱。據(jù)86個(gè)二1煤鉆孔煤樣統(tǒng)計(jì)，～%的居多，占50%，%。煤田二1煤水分含量與氣含量的關(guān)系。一般情況下，煤層中內(nèi)在水分含量與煤層氣含量呈相互消長(zhǎng)的關(guān)系，即原煤中水分含量越低，氣含量越高，有利于煤層氣的吸附富集。%，比附近的52孔、%， m3/t，比52孔、64孔高出6～10 m3/t；古漢山、方莊井田的2205孔、2616孔、287孔、2919孔等也反映同樣規(guī)律。局部煤層水分含量與煤層氣含量關(guān)系的復(fù)雜化，可能與其它因素有關(guān)。(2) 頂?shù)装搴畬优c煤層的組合關(guān)系，對(duì)煤層氣的賦存產(chǎn)生一定影響。二1煤層頂板為砂、泥巖裂隙含、隔水層，富水性較弱，有利于煤層氣的保存，其煤層氣含量則相對(duì)較大。(3) 地下水的運(yùn)動(dòng)強(qiáng)度與煤層氣的富集呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。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。地下水的運(yùn)動(dòng)對(duì)煤層氣有運(yùn)移、失散和聚集作用。在地下水的強(qiáng)徑流、排泄地段，不利于煤層氣的保存，煤層氣含量相對(duì)較低；反之則較高。本區(qū)地下水運(yùn)移與煤層氣富集的關(guān)系主要表現(xiàn)在：A 地下水的強(qiáng)烈活動(dòng)帶煤層氣含量相對(duì)較低。在九里山—方莊斷層、朱村斷層、鳳凰嶺等斷層附近的巖溶裂隙水強(qiáng)徑流帶，造成煤層氣逸散，二1煤層的氣含量均較低；位于恩村井田中深部的墻南向斜軸部附近地下水活動(dòng)較弱，利于煤層氣的富集，二1煤氣含量高。煤田東北部的趙固勘探區(qū)煤層頂板基巖保留厚度較薄，基巖風(fēng)化帶裂隙發(fā)育，局部新生界地層底部發(fā)育的砂礫石含水層，可與二1煤層頂板砂巖含水層發(fā)生水力聯(lián)系，地下水活動(dòng)強(qiáng)烈，不利于煤層氣的保存和勘探開發(fā)。B生產(chǎn)礦井疏排地下水及采礦造成的采動(dòng)裂隙不利于煤層氣的賦存。礦井開采時(shí)地下水的強(qiáng)烈疏排，加速了地下水循環(huán)交替，降低了生產(chǎn)礦井附近的煤層氣含量。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(dòng)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(kuò)散和運(yùn)移，利于煤層氣開采。致 謝 本文實(shí)在我的導(dǎo)師張小東教授的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的，從論文選題、設(shè)計(jì)、資料收集直至論文的完成，都傾注了大量的精力，給予了耐心、細(xì)心的指導(dǎo)，老師不僅在學(xué)術(shù)上給予我教誨，在平時(shí)的工作和學(xué)習(xí)上更是給予了我極大的幫助和鼓勵(lì)。感謝張老師的耐心指導(dǎo)和幫助。感謝與我一起學(xué)習(xí)、一起生活2011級(jí)煤層氣專業(yè)的所有同學(xué)，在這幾年里都給了我極大的鼓勵(lì)和幫助。感謝河南理工大學(xué)能源學(xué)院所有老師，是他們教給了我知識(shí)和做人的道理。感謝河南理工大學(xué)4年來(lái)對(duì)我的培養(yǎng)。感謝論文中引用的所有作者，他們?cè)趯戇@些文獻(xiàn)時(shí)付出了大量的心血。在此，向所有關(guān)心和幫助過我的老師、同學(xué)、朋友和親人們表示由衷的感謝！我還要特別衷心地感謝在百忙之中評(píng)閱論文和參加答辯的各位專家、教授。參考文獻(xiàn)[1] 賈承造. 煤層氣資源量評(píng)估方法[M].北京：石油工業(yè)出版社，2007. 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