贵州文家坝一矿水文地质条件对煤层气成藏控制分析.pdf

1632019 年第 7 期 贵州文家坝一矿水文地质条件 对煤层气成藏控制分析 唐长根 （贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心，贵州 贵阳 550008） 摘 要 根据井田内地质勘探资料，分析了井田内地层含、隔水层水文地质特征。结果表明向斜翼部地下水向轴部径 流过程中溶解煤层气中的甲烷在轴部聚集，导致翼部煤层含气量低；向斜轴部地下水滞流形成承压水环境，水动力弱，煤 层气受水压作用而吸附于煤层中，导致煤层气含量富集于向斜轴部，形成承压水封堵煤层气藏。 关键词 水文地质条件 煤层气成藏 控制分析 文家坝一矿 中图分类号 P618.13 文献标识码 A doi10.3969/j.issn.1005-2801.2019.07.061 Control Analysis of Hydrogeological Conditions on CBM Reservoir ation in Wenjiaba No.1 Coal Mine in Guizhou Tang Chang-gen Geological Engineering Consultation and Geological Environment Monitoring Center of Guizhou Coal Mine, Guizhou Guiyang 550008 Abstract Based on the geological exploration data in the mine field, the hydrogeological characteristics of the aquifer and aquifer in the mine field are analyzed. The results show that methane dissolved in coalbed methane accumulates in the axis during the process of groundwater runoff from the syncline wing, resulting in low gas content in the coalbed; the stagnation of groundwater in the syncline axis s a confined water environment with weak hydrodynamic force, and coalbed methane is adsorbed in the coalbed by water pressure, resulting in the concentration of coalbed methane in the syncline axis and the ation of confined water plugging coalbed methane reservoir. Key words hydrogeological condition CBM reservoir ation control analysis No.1 Coal Mine of Wenjiaba 收稿日期 2019-01-01 作者简介 唐长根 1975-，男，贵州松桃县人，满族，毕业于合 肥工业大学地质矿产勘查专业，中国矿业大学工程硕士学位，高 级工程师，现长期从事煤田地质勘探和技术管理工作。 1 井田概况 文家坝一矿井田位于织金县城西北侧，规划 生产规模 240104t/a。全井田呈北东南西向向 斜状延展，走向长约 10.8811.44km，倾向宽约 1.83.19km，面积 28.4328km2。矿区内 800m 以浅 无烟煤保有资源量 3.29108t，采用体积法估算获 煤层气预测的地质储量 27.88108m3。 井田处于特提斯构造域与滨太平洋构造域连接 复合处，位于阿弓向斜中段，呈不对称向斜构造形 态，轴线呈北东向，两翼平缓开阔，断裂方向多与 轴向一致，以近东西向的压扭性断裂规模最大，一 般为高角度的逆冲断层。 井田地形为正地形向斜盆地构造单元，翼部以 剥蚀、侵蚀作用为主的中高山地形；轴部沟谷纵横， 剥夷台阶鳞次栉比，零星分布溶蚀残留的碳酸盐岩 孤峰。 井田水文地质单元属阿弓向斜北段补给区，位 于长江流域乌江水系六圭河上游支流地带。井田范 围内及附近由下至上地层有中二叠统茅口组、上统 峨眉山玄武岩组、龙潭组及长兴组、下三叠统飞仙 关组及第四系，其中含煤地层为龙潭组及长兴组。 中二叠统茅口组组成向斜盆地边缘，山坡及坡囇地 带由上二叠统峨眉山玄武岩组、龙潭组及长兴组等 构成，下三叠统飞仙关组构成向斜盆地轴部。 2 井田含、隔水层 2.1 井田含水层 2.1.1 含煤地层下伏含水层 含煤地层下伏含水层为中二叠统茅口组岩溶水 1642019 年第 7 期 含水层。岩性为厚层状灰岩，溶洞、漏斗、落水洞 等岩溶地貌极发育，有利于吸收大气降水及地表水。 该地层受地壳不断上升，侵蚀基准面急剧下降，不 均匀发育成层岩溶，地下水具有埋藏深、循环深、 水力联系遥远、水量丰富、排泄条件好等特征。该 地层含岩溶水，为区内强含水层。 2.1.2 含煤地层含水层 上二叠统龙潭组为井田内主要含煤地层单元， 出露于向斜两翼。龙潭组为海陆交互相沉积地层， 岩性为粉砂质泥岩、泥岩、粉砂岩、细砂岩等，含 煤 2122 层，其中可采煤层 6 层，底部为含泥质 铝土岩与中二叠统茅口组地层分界，夹薄层状泥质 灰岩、灰岩及硅质菱铁岩等多层标志层，平均厚 282.83m。该地层中含水层主要由数层细砂岩及灰 岩组成，受砂岩体沉积厚度、海进及海退多旋回影 响，含水岩层厚度、位置不稳定，含碎屑岩裂隙水 为主，少量裂隙溶洞水。在龙潭组地层出露地带地 下水形成潜水，向斜轴部变为承压水，岩性、节理 裂隙及地形等影响其运移。据井田水文钻孔抽水试 验成果，该含水层单位涌水量低于 0.05L/sm；在靠 近向斜轴部、阿烈小溪两岸时，标三上、标三下、 标四等灰岩、含铁质硅质岩等富水性较强，但其厚 度相对较薄，含水量不大，其他砂泥岩含水性相对 弱。细砂岩及灰岩等含水岩层间受粉砂质泥岩、泥 岩等隔水岩层阻隔，水力联系弱。综上，龙潭组岩 层总体以隔水性能良好的砂泥岩层为主，地下水类 型为碎屑岩裂隙水，含水性不强，为弱含水层。 上二叠统长兴组为井田内次要含煤地层单元， 位于龙潭组地层之上，仅含 1 号不可采煤层，主要 为中至厚层状燧石灰岩，夹薄层状钙质粉砂岩、粉 砂质泥岩，含裂隙溶洞水。受地层中燧石灰岩含水 岩层厚薄不均影响，形成弱中等不均匀富水性的 中等含水层。 2.1.3 含煤地层上覆含水层 含煤地层长兴组上覆从下至上由下三叠统飞仙 关组二、三、四段裂隙溶洞水和五段溶洞裂隙水、永 宁镇组一段裂隙溶洞水及第四系孔隙水含水层组成。 下三叠统飞仙关组二、三及四段地层岩性为灰 岩等碳酸盐岩类，溶沟、溶槽、落水洞、地下暗河、 岩溶管道等典型喀斯特溶蚀地貌特征发育，含碳酸 盐岩裂隙溶洞水，地下水极丰富，为区内强含水层； 飞仙关组五段由钙质泥岩与灰岩互层组成，零星出 露于矿区山顶， 厚度薄， 地下水贫乏， 未见泉点出露， 地下水类型为溶洞裂隙水，含水性弱。 永宁镇组一段出露于向斜轴部，由白云质灰岩 等碳酸盐岩组成。落水洞、溶蚀漏斗等负地形是大 气降水汇聚、径流及下渗形成并补给地下水的有利 通道。该含水层中地下水运移距离长，埋藏深，地 表泉眼稀少，主要在地势低洼或河谷两岸以岩溶大 泉、暗河等方式排泄出地表。该含水层地下水类型 为裂隙溶洞水，含水极丰富，为区内强含水层。 第四系由砂土、碎石土、粘性土等残、坡积物 组成，厚 020m。该地层岩性疏散，孔隙率高，透 水性强，地下水类型为孔隙水，大气降水补给，含 水性弱，属弱含水层。 2.2 井田隔水层 上二叠统峨眉山玄武岩组为龙潭组含煤地层与 下伏中二叠统茅口组强岩溶含水层间良好隔水层， 由致密坚硬中厚层状的拉斑玄武岩等组成，岩石致 密、 完整， 厚度大， 一般厚200m。 泉点流量为0.003L/ s。钻进过程中未出现涌水、冲洗液漏失现象，地层 隔水性优越。 下三叠统飞仙关组一段为长兴组含煤地层与上 覆下三叠统飞仙关组二段含水层与间良好隔水层， 上部为钙质粉砂岩、泥岩、细砂岩间夹泥灰岩薄 层，下部为钙质泥岩，一般厚 150m。泉点流量为 0.0140.222L/s。该地层岩石致密，节理、裂隙发育 极少，隔水性能好。 3 含煤地层与上覆及下伏含水层水力联系 井田地下水主要补给水源为大气降水，含煤地 层的顶、底部所发育的下三叠统飞仙关组一段、上 二叠统峨眉山玄武岩组隔水层，阻止上覆及下伏含 水层与含煤地层间发生水力联系。含煤地层主要由 大气降水补给，地下水在浅部经短距离径流之后， 便以泉水形式排泄于沟谷之中。 4 对煤层含气性的影响 国内外学者作了大量的研究工作认为，水文地 质条件对煤中煤层气的含气量及运移、富集成藏过 程等起到决定性控制作用。 井田内含煤地层在露头区接受大气降水补给形 成地下水，受向斜构造形态、地层岩性及自身重力 共同影响和作用下往向斜轴部径流，向斜轴部地层 平缓地下水形成滞流承压水，径流过程中地下水会 溶解煤层气中的甲烷并随地下水运移至向斜轴部， 1652019 年第 7 期 导致径流区煤层气含量低，向斜轴部滞流区煤层气 含量高，且轴部地下水具承压性质，水动力弱，煤 层气受水压作用而吸附于煤层中，导致向斜轴部煤 中煤层气含量高并富集（图 1）。 图 1 6 号煤层煤层气含量分布图 5 对煤层气成藏的控制作用 井田构造形态为向斜构造贮水单元，含煤地层 在翼部出露地带接受大气降水补给形成地下水，并 由翼部向轴部径流，水力作用逐渐减弱，最终在向 斜核部形成地下水滞留区，地下水径流对煤层气逸 散产生水力封堵作用，向斜核部地区利于煤层气富 集成藏。 井田内煤层盖层为致密的粉砂质泥岩等碎屑 岩，孔隙及裂隙弱发育，对煤层气起到良好封、堵、 盖作用。且含煤地层中地下水受碎屑岩岩性及地层 倾角较小影响流动很局限并微弱，形成中弱径流 区，煤层气被水及盖层封堵，易形成承压水封堵煤 层气藏（图 2）。 图 2 矿区煤层气成藏模式示意图 6 结论 （1）井田内含水层为中二叠统茅口组、上二 叠统龙潭组及长兴组、下三叠统飞仙关组、永宁镇 组一段及第四系；隔水层为下三叠统飞仙关组一段、 上二叠统峨眉山玄武岩组。下伏中二叠统茅口组、 上覆下三叠统飞仙关组、永宁镇组一段含水层与含 煤地层间受隔水层阻隔而水力联系极弱。 （2）含煤地层地下水径流方向与煤层气运移 方向相反，对煤层气产生水力封堵作用，向斜核部 地区利于煤层气的成藏。 （3）向斜的翼部斜坡地带和核部为地下水中 弱径流区，煤层盖层为致密的粉砂质泥岩等碎屑岩， 孔隙及裂隙弱发育，对煤层气起到良好封、堵、盖 作用，易形成承压水封堵煤层气藏。 【参考书目】 ［1］ 洪愿进，唐长根 . 贵州省织金县文家坝一矿煤 层气资源及控气因素分析 [J]. 中国煤炭地质， 2015，27（06）22-25. ［2］ 唐长根 . 贵州省织金县文家坝一矿煤层气成藏特 征研究 [R]. 徐州中国矿业大学 .2015． ［3］ 唐长根，李峰，陆四海，等 . 贵州省织金县文家 坝一矿资源储量核实及勘探报告 [R]. 贵阳贵州 煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心 .2012． ［4］ 叶建平，武强，王子和 . 水文地质条件对煤层气 赋存的控制作用 [J]. 煤炭学报，2001，26（05） 459-462． ［5］ 秦胜飞，宋岩，唐修义，等 . 水动力条件对煤层 气含量的影响煤层气滞流水控气论 [J]. 天然气 地球科学，2005，16（02）149-152． ［6］ 吴鲜，廖冲，叶玉娟，等 . 水文地质条件对煤层 气富集的影响 [J]. 重庆科技学院学报（自科学 版）,2011，13（05）78-81. ［7］ 傅雪海，秦勇，王文峰，等 . 沁水盆地中南部 水文地质控气特征 [J]. 中国煤田地质，2001，13 （01）31-34. （上接第 155 页） 底板造成的危害。在加固后的工作面回采过程中顶 底板围岩的完整性也得到了提高，整体来说取得了 很好的治理效果。 【参考文献】 ［1］ 王强 . 潞安矿区破碎煤岩体注浆加固技术研究及 工程应用 [D]. 煤炭科学研究总院，2018. ［2］ 张喜传，周玉军，张海波 . 基于新型注浆材料的 工作面过破碎断层措施 [J]. 煤矿安全，2018，49 （09）187-189193. ［3］ 买魁 . 无线电波坑透仪在晋华宫矿 8218 工作面的 实践应用 [J]. 山东煤炭科技，2018（05）123- 124127.