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第 22 卷第 6 期 辽宁工程技术大学学报 2003 年 12 月 Vol.22 No.6 Journal of Liaoning Technical University Dec. 2003 收稿日期2003-05-12 作者简介张俊宝（1956-） ，男，吉林 辽源人，高级工程师。本文编校唐巧凤 文章编号1008-0562200306-0764-03 对阜新煤田刘家区影响煤层气地质因素的分析 张俊宝 （东北煤田地质局 一 O 七勘探队，辽宁 阜新 123000） 摘 要刘家区具有丰富的煤炭资源和较高的煤层气含量，因此被列为煤层气开发的重点靶区。根据刘家区煤层气勘探与开发的实 际，论述了有关地质因素对煤层气开发的影响。认为在诸多的地质因素中，岩浆岩、地质构造、水文地质、围岩是主要地质因素。对 岩浆岩特征、地质构造特征、水文地质特征、围岩特征以及对煤层气的影响作了叙述。 关键词刘家区；煤层气；煤层气地质因素 中图号TE 132.2 文献标识码A Analysis on geological influence factors of foal bed gas in Liujia in Fuxin coal field ZHANG Jun-bao 107 Geological Exploration Team, Northeast Coal Field Bureau of Geology, Fuxin 123000,China AbstractLiujia is listed as the emphased area where coal bed gas is produce, because of its abundance of coal resources and high coal bed gas storage. This paper discusses the geological factors that affect the coal bed gas development .Among the factors the magma tic rocks geological structure, hydrographic geology, adjoining rock are more important, This paper describes the features of these factors and their influence on coal bed gas. Key wordsLiujia area；coal bed gas；coal bed gas geological factors 0 引 言 煤层气是生于煤层、储于煤层中的非常规天然 气，主要成分是甲烷。作为一种新型、潜在的能源 已被世界各国所关注。 刘家区位于阜新煤田中部，即五龙煤矿南部。 由于该区具有丰富的煤炭资源和较高的煤层气含 量，因此被列为煤层气开发的重点靶区。经国土资 源部批准，东北煤田地质局一○七勘探队于 19982001 年，在该区施工了 8 口煤层气参数及实 验井， 通过排采实验， 单井日产量最高达 5 000 m3， 平均在 3 000 m3左右，甲烷成分 98左右。目前阜 新市已经正式开发利用这一煤层气资源，每天可向 市区供气 2105 m3（甲烷成分 98左右） 。 煤层气资源的开发利用受诸多地质因素的影 响，如煤层的物性特征、地质构造、岩浆岩、水文 地质、煤质、煤阶、围岩等。在诸多的煤层气地质 因素中，刘家区主要受岩浆岩、地质构造、水文地 质、围岩的影响比较大。 1 凰煤层气地质因素 1 . 1 岩浆岩 岩浆岩只有辉绿岩一种，为第三纪喜山期产 物。由于辉绿岩以多种形式产出，有岩床、岩墙、 岩株、岩瘤等，不同程度地侵入到岩、煤层中。根 据邻近矿井和钻探资料，共有 10 带辉绿岩墙，近 东西走向，其中β3、β6、β8-5 带辉绿岩墙规模 最大，对煤层的影响也最严重。辉绿岩的侵入，不 仅破坏了煤层的连续性，而且对煤层气的生成、储 集、运移都有很大的影响。 1.1.1 对煤层气生成的影响 煤层气的含量随煤变质程度的增高而增加。辉 绿岩的侵入使煤产生了接触变质作用，使煤的变质 第 6 期 张俊宝对阜新煤田刘家区影响煤层气地质因素的分析 765 程度大大提高，从而增加了煤的生气能力，既二次 生气作用。刘家区煤层气资源丰富，其主要原因是 由于辉绿岩侵入的结果。该区煤类以长焰煤为主， 深部有少量气煤，由于辉绿岩侵入的影响，使辉绿 岩体附近的煤层变为天然焦和高变质煤。据有关资 料， 从长焰煤到无烟煤每吨煤可生成 200 m3左右的 甲烷气。据“辽宁省阜新市刘家区煤矿勘探报告” ， 刘家区天然焦储量为 6.223107 t， 那么这些天然焦 生 成 的 同 时 可 产 生 大 约 6.223 107 t 200 m3/t1.24461010 m3甲烷气体。据有关资料估计， 煤层在成煤作用和变质作用过程中生成的甲烷气 体只有大约 10保留在煤层中。据此计算，刘家区 除正常成煤作用形成的煤层甲烷外，还因辉绿岩侵 入增加煤层甲烷约 1.244 6109m3。 1.1.2 对煤层气储集的影响 由于辉绿岩的烘烤和动力作用，改变了煤层的 结构与构造。如辉绿岩墙向两侧依次形成天然焦、 高变质煤、多节理煤和正常煤的分带现象，越靠近 岩墙，煤的物化性质变化越严重。天然焦和高变质 煤是正常煤受接触变质作用的产物，并且孔隙率、 渗透率明显增大，因此煤层气的储集方式明显不同 于正常煤层。一般来说，煤层气主要以吸附状态和 少量的游离状态储存在煤的孔隙和割理中，而天然 焦中煤层气主要以游离状态储存在孔隙和节理中， 高变质煤则吸附气和游离气并存，但游离气的含量 明显高于吸附气的含量。据邻近的矿井中凡是掘进 到天然焦或辉绿岩体附近时，普遍瓦斯增大。如五 龙矿在掘进至β3 带辉绿岩墙附近时，突然瓦斯猛 增，只好中止掘进。王营子矿 1985 年 12 月 3 日， 当-650 大巷掘进至β8-5 带辉绿岩墙附近时，发生 重大瓦斯突出，造成了重大的人员伤亡和财产损 失。这说明辉绿岩体附近的天然焦和高变质煤中的 游离高压瓦斯含量明显高于正常煤层。煤层经天然 焦化后，大大增强了自身的生、储能力，因此天然 焦的分布区域是煤层气富集区。 1.1.3 对煤层气运移的影响 在自然状态下，煤层气顺煤层由深部向浅部， 由压力大的部位向压力小的部位，由浓度高的部位 向浓度低的部位扩散、运移。辉绿岩的侵入破坏了 煤层气正常的运移规律。首先在辉绿岩的侵入过程 中，煤层受辉绿岩烘烤，产生大量甲烷气体，使辉 绿岩体附近煤层中的气体压力明显升高，因而使煤 层气背向辉绿岩体方向运移。其次由于辉绿岩本身 结构致密，透气性差，对煤层气良好的阻隔体。一 般来说，被辉绿岩体分割的区块，煤层气不能穿过 辉绿岩体，只能在区块内运移。另外由于辉绿岩墙 延伸到浅部或地表，使煤层气顺岩体和围岩之间的 裂隙向浅部或地面运移，这对煤层气的储存是不利 因素。 1 . 2 地质构造特征 地质构造对煤层气的影响较大。断层可能截 断煤层的接触关系，使之与非渗透性岩石接触，阻 止或减缓了煤层气的运移，或者以断层为通道逸 散。褶曲则可能造成封闭的储集场所。一般局部构 造也可能改变煤层厚度和结构，这些都可能形成煤 层气的局部富集地段。因此断层和褶曲的性质和规 模及封闭性能，对煤层气的赋存有着一定的控制作 用。褶皱和断裂对煤层气具有释放和聚集的双重作 用。传统的油气地质理论认为背斜是良好的油气储 集构造，向斜一般不被作为储油气地质构造。但刘 家区向斜两翼倾角较缓，向斜影响宽度较大，从而 形成向斜覆盖大部分区域的格局。这一向斜构造为 煤层气的赋存储集创造了有利的条件。向斜构成的 岩层应力分布状态，呈上部岩层为压应力，下部岩 层为张应力的状态。这样煤岩层由于张应力作用， 使割理、节理、微孔隙得以扩张，形成良好的煤层 气储集空间，空间的扩大降低了解吸压力，也有助 于煤层中吸附气的吸出，有利于煤层气的产出。这 些扩张的裂隙系统大大提高了煤层的渗透率，为煤 层气的运移提供了通道。另一方面，上部压紧区的 煤岩层中，由于压应力的作用，使存在于煤层中的 裂隙和孔隙被压密、压实而闭合，阻止了煤层气向 上的逸散，为保存下部的煤层气提供了良好的盖 层，有利于煤层气的富集。刘家区煤层气含量较高 证实了这一点。 断裂构造与煤层气的生、储、运的关系更为密 切。由于晚白垩世和新生代构造应力场的变化，使 原来的张性转为压性、压扭性活动，断层带内充填 有较宽的糜棱岩化带、断层泥砾岩带，呈现出挤压 作用下的闭合状态，从而对煤层气顺层运移起到了 阻隔作用，也阻止了煤层气向外运移。而井田边界 断层，由于规模较大，可能会使煤层气逸散，使断 层附近的煤层气含量降低。刘家区 LJ-7、LJ-8 井均 施工在平安 F2 号断层附近，因此单井产量很低。 1 . 3 水文地质对煤层气的影响 煤层气主要以吸附状态赋存于煤层中，而地下 辽宁工程技术大学学报 第 22 卷 766 水水分子也吸附在煤体的孔裂隙表面，如果煤层本 身含水量较大，虽然对煤层气可以形成圈闭，但水 本身又占居了煤层气储存的空间，使气含量减少， 而煤层气井需要进行大量的排水才能产气。另外其 它层位含水层的水也可能通过断层、裂隙、钻井等 通道进入到煤层的割理、裂隙中，使煤层气井的排 水量加大。 刘家区共有 4 个含水层，由上而下为下白垩 统孙家湾组含水层；下白垩统阜新组第一含水层 （孙家湾组地层底界水泉煤层顶界） ；下白垩统阜 新组第二含水层水泉煤层底界孙家湾煤层顶界； 下白垩统阜新组第三含水层（中间煤层以下） 。这 4 个含水层中，阜新组第一、第二、第三含水层对煤 层气的影响比较大。在煤层气勘探过程中，钻遇含 水层段均出现了不同程度的钻井液漏失现象，给钻 井施工和后期的排采工作带来一定的困难。如 LJ-2 井由于孙家湾煤层顶部含水层固井质量差，使地下 水进入到煤层中，从而增大了该井的排水量，也使 单井产量降低。因此 LJ-7 号井考虑到此因素，对孙 家湾煤层没有进行压裂，从而减少了单井产量。因 此水文地质条件如流体流动、压力状态、水量、含 水层的发育情况等对煤层气开发意义重大。 1 . 4 围岩特征 对煤储层来说，围岩主要指煤层的顶、底板岩 石。煤层的顶、底板岩石的性质对煤层气的保存起 到了重要的作用。刘家区的围岩性质总的来看比较 好，煤层顶底板岩性多为粉砂岩、泥岩、炭质泥岩， 封闭条件良好，对煤层气的保存比较有利。但在局 部也有因古河床冲蚀，在煤层顶板或以上形成了粗 碎屑岩类，造成了煤层气的逸散，使煤层中含气量 降低。如孙家湾煤层顶部在局部形成了古河床冲蚀 范围，岩性为砾岩、砂砾岩、粗砂岩和中砂岩，施 工在该范围内的 LJ-1 井， 经测试孙家湾煤层的含气 量为 7.07 m3/t，而其它煤层的含气量均高于此层， 说明了孙家湾煤层顶部粗碎屑岩不利于煤层气的 保存，是煤层气含量偏低的主要原因。 2 结 论 刘家区煤层气资源条件比较好，具有面积小、 煤层层数多、厚度大、 含气量较高、小而肥的特点， 是煤层气开发的重要前提，但诸多影响煤层气勘探 与开发的地质因素也是至关重要的。从上述煤层气 地质因素分析，岩浆岩对煤层气的影响最大。它不 仅对煤层气的生成、储集、运移有较大的影响，而 且破坏了煤层的连续性，使煤层气可采量减少，同 时也给勘探工程的布置带来一定的影响。因此刘家 区应根据实际地质情况，因地制宜的进行不同区块 的煤层气勘探与开发工作。 参考文献 [1] 张俊宝,刘秀茹,何玉梅.辽宁省阜新市刘家区煤矿勘探报告[R].阜新 东北煤田地质局一○七勘探队,1993. [2] 赵明鹏,曹立刚.辽宁煤层气找矿及开发研究[R]. 阜新辽宁工程技 术大学,1999. [3] 张俊宝,刘秀茹,何玉梅.辽宁省阜新盆地煤层气找矿及资源开发评价 报告[R].阜新东北煤田地质局一○七勘探队,2001.