石富倫

0 引言

煤層氣是自生自儲(chǔ)于煤層中的非常規(guī)天然氣。中國(guó)煤層氣有利區(qū)勘探面積大，主要聚煤盆地有鄂爾多斯、沁水、準(zhǔn)噶爾、滇東黔西、二連、吐哈、塔里木、天山、海拉爾等，地質(zhì)資源和可采資源量大[1]。貴州省含煤面積約7 萬(wàn)km2，埋深2000m 以淺的煤層氣資源量達(dá)3.06×1012m3[2～4]，居全國(guó)第二，但探明率低，不到25%，勘探潛力巨大[2]。貴州多數(shù)含煤構(gòu)造單元未單獨(dú)進(jìn)行煤層氣資源勘探工作，但煤炭勘查成果豐富，煤炭勘查中瓦斯專項(xiàng)資料提供了較為豐富的煤層氣資源評(píng)價(jià)所需基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，可對(duì)煤層氣資源勘探潛力進(jìn)行初步評(píng)價(jià)。本文擬選取黔北煤田某煤礦作為研究對(duì)象，利用煤炭勘查資料，評(píng)價(jià)其煤層氣資源勘探潛力。

1 地質(zhì)概況

1.1 區(qū)塊地層

研究區(qū)煤系及相鄰地層由老到新發(fā)育有中二疊統(tǒng)茅口組，上統(tǒng)龍?zhí)督M、長(zhǎng)興組、下三疊統(tǒng)夜郎組、茅草鋪組，以及第四系。目的層系龍?zhí)督M為一套海陸交互相碎屑巖夾碳酸鹽巖含煤巖系，主要由灰、深灰色，薄至中厚層狀粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、泥巖及少量細(xì)砂巖組成，夾7～9 層石灰?guī)r及泥灰?guī)r，底部為0～9.50 米為淺灰色鋁土質(zhì)泥巖，厚116～141m，均厚125.59m。根據(jù)巖性、巖相及含煤性，可分為上、下兩段。各地層厚度及巖性見(jiàn)表1。

1.2 區(qū)塊構(gòu)造

研究區(qū)位于向斜一翼近軸部地帶，地層總體走向NE，傾向以NW 和SE 為主，局部地段為SW 或NE。地層傾角較緩，一般為5°～10°；斷層附近傾角常變陡，局部可達(dá)10°～21°。區(qū)內(nèi)次一級(jí)褶皺和斷層均有發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜類型為中等。

2 煤儲(chǔ)層特征

2.1 含煤性

研究區(qū)龍?zhí)督M含煤14 至20 層，煤層總厚度平均12.50m，含煤系數(shù)9.9%。含全區(qū)可采煤層2 層，即4#煤和9#煤；局部可采煤層3 層，即5#、8#和12#號(hào)?？刹珊途植靠刹擅簩涌偤穸?.25m，可采系數(shù)5.8%。在縱向上，上段下部含煤性最好，是全區(qū)可采煤層4、9 號(hào)和局部可采煤層5、8 號(hào)的賦存層位；下段含煤性次之，含局部可采煤層一層，即12#煤。在橫向上，南東部含煤性較好，可采煤層層數(shù)較多，可采總厚度較大；北西部含煤性變差。

表1 研究區(qū)地層巖性及厚度統(tǒng)計(jì)表

表2 研究區(qū)煤層氣資源量估算表

2.2 煤質(zhì)

研究區(qū)可采煤層顏色一般黑色、灰黑色，多呈金剛光澤或似金屬光澤。煤巖結(jié)構(gòu)呈條帶狀結(jié)構(gòu)，以細(xì)一中條帶為主，夾鏡煤或絲炭線理及細(xì)條帶。煤體結(jié)構(gòu)呈柱狀、塊狀或碎粒狀，硬度較大，有利于水力壓裂。煤中常見(jiàn)有星點(diǎn)狀、浸染狀黃鐵礦，裂隙發(fā)育，常見(jiàn)方解石薄膜或細(xì)脈充填。

煤巖成分以亮煤、暗煤為主，鏡煤次之，絲炭一般很少。宏觀煤巖類型為半亮型- 暗淡型。煤中有機(jī)總量占71.19%～88.65%，一般在81%～88%之間，主要由鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組組成，其中鏡質(zhì)組含量80%～87.82 %，平均84.24%；惰質(zhì)組含量12.18%～19.38%，平均15.76%。煤中無(wú)機(jī)組分總量占11.35% - 28.21% ，一般在 11%～19%之間。以黏土礦物為主、次為石英、方解石，少量黃鐵礦。鏡質(zhì)體反射率（Ro）在3.58%～3.86%，平均3.67%，隨埋深增加而增加。

3 煤層含氣性

3.1 煤層氣組分

區(qū)塊內(nèi)煤層瓦斯自然組分主要為CH4、N2、CO2和重?zé)N，另外外來(lái)CO、O2。CH4含量為69.42%～94.11%，平均83.39%。重?zé)N含量為0.30%～0.75%，平均為0.38%，各煤層差值不大。N2含量 在 4.11% ～26.87% ，平 均 13.57% 。 CO2含 量 為0.61%～1.40%，平均為1.02%。區(qū)塊內(nèi)埋藏最淺煤層距地表大于300m，且烴類氣體含量一般大于70%，屬于甲烷帶，煤層未遭受風(fēng)化，煤層氣保存條件好。

3.2 含氣量

煤層氣解吸量是評(píng)價(jià)煤層含氣性最直觀的參數(shù)。利用研究區(qū)5 層可采煤層共50 個(gè)煤樣的解吸氣含量和各氣體組分?jǐn)?shù)據(jù)，經(jīng)換算顯示，甲烷含量為11.26～18.56m3/t，平均16.20m3/t。5層可采煤層中，除8# 煤因解析樣品少，無(wú)統(tǒng)計(jì)意義外，其他4層煤層甲烷含氣量均超過(guò)8m3/t 的煤層氣資源量/儲(chǔ)量的起算標(biāo)準(zhǔn)。綜上，研究區(qū)煤層氣含氣量高，勘探潛力大。

3.3 吸附氣量

煤吸附甲烷的等溫線與單分子層吸附等溫線一樣，具有第I 類吸附等溫曲線特征，因此，煤的吸附甲烷量一般用Langmuir 方程來(lái)表示[5]。根據(jù)Langmuir 單分子層吸附理論，在相同溫度、不同壓力條件下進(jìn)行吸附實(shí)驗(yàn)，計(jì)算出蘭氏體積（VL）和蘭氏壓力（PL），以此定量評(píng)價(jià)煤層氣資源潛力。研究區(qū)全區(qū)可采煤層4# 煤和9# 煤共計(jì)7 塊樣品等溫吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，蘭氏體積在 34.55～39.70m3/t，平均 36.554m3/t；蘭氏壓力在5.52～9.35MPa，平均6.96 MPa。蘭氏體積高，煤吸附能力強(qiáng)，說(shuō)明研究區(qū)具有較高的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)潛力。

4 煤層氣資源評(píng)價(jià)

研究區(qū)尚未開(kāi)展過(guò)煤層氣勘查開(kāi)發(fā)工作，僅依靠煤炭勘查取得的成果進(jìn)行綜合分析，其資源量屬待發(fā)現(xiàn)的資源量，類別為推測(cè)級(jí)。根據(jù)《煤層氣資源/儲(chǔ)量規(guī)范》（DZ/T0216- 2010）[6]，采用體積法計(jì)算煤層氣資源/儲(chǔ)量。對(duì)于全區(qū)可采煤層的4#和9# 煤，算量邊界以煤礦礦權(quán)邊界為界；局部可采煤層5#、8# 和12#煤，算量邊界由煤炭算量邊界和煤礦礦權(quán)邊界共同圈定。起算標(biāo)準(zhǔn)為空氣干燥基含氣量≥8m3/t。根據(jù)估算，研究區(qū)煤層氣4#、5#、8#、9# 和12# 煤層潛在資源量為60.4×108m3，地質(zhì)儲(chǔ)量豐度為1.68×108m3/km2（表2）。研究區(qū)煤層埋深0～1000m，大部煤層埋深400～800m，區(qū)塊綜合評(píng)價(jià)為Ac 類II級(jí)的煤層氣區(qū)塊。

5 結(jié)論

研究區(qū)4 號(hào)和9 號(hào)煤為全區(qū)可采煤層，煤層穩(wěn)定程度為全區(qū)穩(wěn)定、煤質(zhì)變化小，構(gòu)造復(fù)雜程度為中等，平均煤層干燥無(wú)灰基可燃?xì)夂繛?6.20m3/t，煤體結(jié)構(gòu)為原生～碎裂結(jié)構(gòu)，地面開(kāi)發(fā)條件為中等，煤層氣區(qū)塊地質(zhì)資源量60.4×108m3，地質(zhì)儲(chǔ)量豐度為1.68×108m3/km2，煤層埋深0～1000m，大部煤層埋深400～800m，區(qū)塊綜合評(píng)價(jià)為Ac 類II 級(jí)的煤層氣區(qū)塊，具有較大的煤層氣資源開(kāi)發(fā)潛力。