屯兰煤矿煤层气成藏地质影响因素分析_李帅.pdf

煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 近年来， 煤层气的开发取得了较大的进步， 以山 西太原西山煤田为例， 该煤田中煤以中 - 高变质程度 的焦煤为主， 煤层气的储量高达 820 亿 m3， 是我国煤 层气开发的重要地区之一。 煤层气的储量及储存特征受各种地质因素的影 响。煤层的赋存环境、 地层层序以及煤层的构造作用 等均对煤层气的封堵性及储气特征具有一定的影响。 本文以屯兰煤矿 2、 8 和 9 煤层的煤层气为研究对 象， 利用现有的煤层气参数及钻井资料， 从煤层埋深、 煤质特征、 地层层序、 构造热事件等多个方面入手， 研 究分析了影响煤层气成藏的主要因素， 为进一步预测 煤层气储量及揭示煤层气的成藏特征提供一定的理 论基础， 1地质概况 西山煤田位于我国华北断块吕梁太行断块、 五 台山块隆的古交掀斜地块， 煤田西部边缘为狐堰山山 字型褶皱带。 、 西山中部及清徐、 交城北部的地层以石 炭二叠系为主， 地层产状均较平缓； 煤田北部及汾河 河谷广泛出露奥陶系、 寒武系， 地层产状平缓。 局部地 段显示一些规模不大的断裂及褶皱， 构造线方向大多 呈 NE 向或 NEE 向 （如古交、 王封一带 ） ， 少数呈近东 西向或近南北向小型宽缓褶皱。东部受新华夏系控 制， 西部以经向构造为主。 主要褶皱 西部有马兰向斜 和东社向斜， 中部有石千峰向斜， 受 NW 向的土堂断 层、西铭断层和 NNE 向的晋祠断层及 NE 向的清交 大断裂控制， 煤田内部以 NE 或 NEE 向地层为主， 且 多呈地垒形式出现。 井田内含煤地层主要为石炭系上统太原组 （C3t ） 和二 叠系下统山西组 （P1s ） 。太原组沉积于本溪组之上为 海陆交互相。岩性以灰～灰黑色的泥质岩及砂岩为 主， 含灰岩和煤层。全区可采煤层为 8 号、 9 号两层 煤。本组厚度 89.90m～131.20m， 平均 122.43m。山西 组沉积于太原组之上， 由灰 ～ 灰黑色砂岩及泥质岩 组成， 含 01- 03 号、 1- 4 号、 4 下号煤层， 共 8 层煤。 本组厚度 29.40m～53.89m， 平均厚 44.90m。屯兰煤 矿 2、 8 和 9 煤层气储量及相关工业性参数见表 1 所示。 屯兰煤矿煤层气成藏地质影响因素分析 李帅 （山西焦煤集团有限责任公司屯兰矿， 山西 古交 030206 ） 摘要 为了研究煤层气成藏的地质影响因素， 本文以屯兰煤矿 2、 8 和 9 煤层为研究背景， 分析 了煤层顶底板岩性及厚度、 煤层厚度、 埋深、 煤层变质程度、 区域构造等与煤层气成藏之间的关系。得 出储层气含量与煤层顶底板厚度不具有明显的相关性； 与煤层厚度呈正相关， 与煤中灰分、 挥发分和 水分含量呈负相关。 煤层气成藏主要受煤化作用、 构造特征、 储层埋藏深度和煤层厚度影响， 是多种影 响因素综合作用的结果。 关键词 煤层气成藏 ； 相关性 ； 综合作用 ； 地质因素 中图分类号 P618.13文献标识码 A文章编号 1009- 0797 （2019 ） 05- 0096- 03 Analysis on Factors Affecting Coalbed Methane Accumulation Geology in Gaolan Coal Mine LI Shuai （Shanxi CokingCoal Xishan Coal Electricityr Group Tunlan Coal Mine ， Shanxi Gujiao 030200 ） Abstract In order tostudythe geological influencingfactors ofcoalbed methane accumulation, this paper analyzes the lithology and thickness of coal seam roof, coal seam thickness, buried depth, coal seam metamorphism degree and area by using 2, 8 and 9 coal seams in Yulan Coal Mine as background. The relationship between structure and coalbed methane accumulation. It is concluded that the reservoir gas content does not have a significant correlation with the thickness ofthe coal seam roofand floor; it is positively correlated with the coal seam thickness and negatively correlated with the coal ash, volatile matter and moisture content. Coalbed methane accumulation is mainly affected by coalifi- cation, structural characteristics, reservoir burial depth and coal seam thickness, which is the result of a combination of various influencing factors. Key words Coalbed methane accumulation ; correlation ; comprehensive effect ; geological factors 96 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 表 1屯兰煤矿 2、 8 和 9 煤层气储量及相关参数值表 2试验介绍 本论文用于研究的基础数据均取自于屯兰煤矿 煤层气参数井以及部分钻孔井等井田范围内的 10 口井， 数据都为平均值。根据 GB212- 2008 中煤的工 业性分析指标分别测定了灰分 （Ad） 、 水分 （Mad） 和挥 发分 （Vdaf） 等指标； 依据 GBT19559- 2008 中煤层气储 量的测定方法在现场解吸测试了该矿 2、 8 和 9 各煤层的瓦斯含量， 在参考钻孔资料的基础上， 在煤 层顶、 底板钻取长度不小于 2m 的岩芯， 分别在煤层 上、 中、 下部位各取瓦斯样做解吸实验。运用数学中 的统计分析法对收集到的钻孔资料及瓦斯样品的解 吸实验数据按各煤层分组进行煤层气含量单因素相 关性分析。 3生烃发展 3.1煤层的变质程度 储气煤层的煤岩组成和煤的变质程度对煤层的 吸附能力具有重要的影响。煤岩层的组成种类与煤 层的吸附效果具有一定的关系， 通常情况下， 吸附 能力与惰质组含量呈负相关， 与镜质组含量呈正相 关。煤层的变质程度在影响煤层生烃量和生烃范围 的同时， 也严重影响着煤体内的结构特征和吸附能 力。 屯兰煤矿煤层类型为焦煤和瘦煤， 2、 8 和 9 煤 层 的 镜 质 组 反 射 率 分 别 为 1.80 、 1.82 和 2.17， 显微情况下， 煤岩主要成分为镜质组， 惰质组 次之， 壳质组含量仅仅占很小部分甚至没有。 煤样的 等温吸附试验结果为 2、 8 和 9 煤层的兰氏体积 含量分别为 22.18ml/g、 23.69ml/g 和 25.16ml/g，实验 数据结果说明屯兰煤矿各煤层的吸附能力都较强， 同时兰氏体积含量随着煤层镜质组反射率的增大而 逐渐增大。 3.2构造热事件 煤层的生成量受煤层的变质程度的影响较大， 而 煤的变质程度一般是由含煤盆地的沉降埋藏史和热 史决定的。大量的实验室实验和现场观测数据表明， 煤层的变质程度在影响煤层气含量的同时， 随着煤的 变质程度的不断增大， 煤层内在的物理和化学结构的 变化以及煤层孔隙结构的改变进一步造成煤层吸附 能力的强大。屯兰煤矿 2、 8 和 9 煤层均具有较强 的吸附能力， 兰氏体积含量均大于 22ml/g， 表明其与 煤层较大程度的变质和非埋深作用造成的高地温有 很大的关系。 4影响煤层气成藏的单因素分析 4.1煤层及顶底板厚度与煤层气储气含量关系 煤层顶底板岩层的岩性及厚度是影响煤层封闭 性的主要因素。 由钻孔资料可知， 屯兰煤矿 2 煤层底 板主要为泥岩和砂质泥岩，局部区域含有细砂岩， 其 厚度变化范围为 1～5m， 变化范围较大； 煤层顶板主要 为砂质泥岩和泥岩， 厚度范围为 0.5～3m， 变化不大， 煤层顶板和底板的渗透能力都比较低。8 煤层底板 主要为砂质泥岩，泥岩稍有，其厚度变化范围为 1～4m， 变化范围较大； 煤层顶板主要为泥灰岩， 厚度 范围为 0～2.5m， 范围较大， 煤层顶板和底板的渗透能 力都比较低。 9 煤层底板主要为泥岩和砂质泥岩， 局 部区域含有细砂岩， 其厚度变化范围为 0.7～4m； 煤层 顶板主要为砂质泥岩和泥岩， 厚度范围为 0.5～3m， 极 个别钻孔显示有细砂岩， 煤层顶板和底板的渗透能力 都比较低。 上述钻孔数据说明屯兰煤矿各主采煤层的 顶底板岩性多为砂质泥岩和泥岩， 煤层具有很好的封 闭性。 图 12、 8 和 9 煤层气含量与煤厚关系散点图 图 1 显示为 2、 8 和 9 煤层煤层气的含量与煤 层顶、 底板厚度的关系， 结构表明其相关系数分别为 - 0.072 和 0.1，相关性不明显。表明煤层顶底板的厚 度对煤层气的含量的影响不是很大。2、 8 和 9 煤 层 的 厚 度 分 别 介 于 1.28～4.77m、 0.72～5.81m 和 0.43～2.28m，其平均厚度分别为 2.98m、 3.33m 和 1.64m。煤层气储量与煤层厚度之间的相关系数只有 煤层 煤层气储 量 /ml g-1 煤层 厚度 /m Mad / Ad / Vdaf / 埋深 /m 顶板 厚度 /m 底板 厚度 /m 27.642.980.6321.1520.51508.924.22.37 811.453.330.5715.6817.83583.971.352.65 99.761.640.6221.618.17588.902.541.88 97 ChaoXing 煤矿现代化2019 年第 5 期总第 152 期 0.259， 相关性很小， 说明随着煤层厚度的增加， 煤层 气的储气量虽有增加但是增加的趋势不大。 4.2煤岩层的煤质特性与煤层气含量关系 大量的研究表明， 煤层的吸附能力与煤层中水分 含量有关， 水含量越高， 煤层的吸附能力越低； 同时， 煤层的吸附能力随着煤层灰分、 挥发分含量的增加而 降低。 由表 1 可知， 屯兰煤矿 2 煤层灰分 （Ad） 生产率 范围为 21.13～25.97，均值为 21.15；煤中水分 （Mad） 含量为 0.61～0.81，均值为 0.63；挥发分 （Vdaf） 含量为 19.14～22.65， 均值为 20.51。8 煤 层灰分 （Ad） 含量为 15.68～24.95， 均值为 15.68； 水分含量为 0.59～0.81， 均值为 0.69； Vdaf 含量 为 17.56～19.85， 均值为 17.83。 2 煤层灰分 （Ad） 产率均值为 21.6， 水分 （Mad） 含量均值为 0.62， 挥 发分 （Vdaf） 含量均值为 18.17。 图 2 所示为屯兰煤矿煤层气含量与煤层水分、 灰 分和挥发分之间的关系。由图可知， 煤层气的含量与 煤层水分、 灰分和挥发分呈负相关。 图 22、 8 和 9 煤层气含量与水分、 灰分和挥发分 关系散点图 4.3埋深与煤层气含量关系 以往的研究表明， 煤层的压力随着煤层埋深的增 加而增大。 屯兰煤矿煤层的埋深以马兰向斜核部埋深 最大， 井田范围内埋深由北向南增加。图 3 所示为煤 层气含量与埋深之间的关系图， 图中变化趋势说明随 着埋深的增加， 其气含量也具有明显的增加， 与先前 研究结果相符。 图 32、 8 和 9 煤层气含量与埋深关系散点图 5结论 本文通过对屯兰煤矿 2、 8 好 9 煤层煤层气成 藏地质影响因素分析， 得到的结论如下 1 ） 煤变质程度和以构造岩浆热作用为主的煤变 质演化过程是各煤层具备较高生烃发展潜力的主要 因素。 2 ） 各煤层的顶底板封闭性相对较好，煤层顶底 板厚度与煤层气含量不具有明显的相关性； 含气量与 煤层厚度呈正相关； 含气量与灰分、 水分和挥发均呈 明显的负相关。 3 ） 煤层埋藏深度是影响煤层气含量的主要地质 因素。 由上可知， 屯兰煤矿煤层气含量可能受多种地质 因素影响， 是多种因素共同作用、 共同影响的结果。  参考文献 [1] 薛茹，毛灵涛. 沁水盆地煤层气资源量评价与勘探预测 [J]. 中国煤炭,2007（5） . 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