蔡杰 沈云飛
摘要:龍鳳井田是一高瓦斯礦井,煤層氣資源豐富。結(jié)合井田地質(zhì)勘查資料及井下瓦斯資料,對煤巖煤質(zhì)特征、含氣量、賦存因素等方面進行研究,并用體積法估算了煤層氣資源量,并且對井田煤層氣勘探潛力進行了分析。結(jié)果顯示:龍鳳井田可采煤層4號、5號、9號、13號煤層含氣量高,尤其以5、9號煤層較高,煤層氣資源估算量為8.23×108m3。構(gòu)造和封閉條件是龍鳳井田煤層氣的主控因素。結(jié)合貴州煤層氣開發(fā)積累的工程經(jīng)驗及技術(shù),建議龍鳳井田煤層氣以5、9號煤層合層開發(fā),具有廣闊的開發(fā)前景,能為煤礦的安全生產(chǎn)帶來較大的效益。
關(guān)鍵詞:龍鳳井田;煤層氣;賦存因素;資源量;勘探潛力
1.引言
黔北地區(qū)是我國優(yōu)質(zhì)的無煙煤產(chǎn)區(qū),煤炭、煤層氣資源豐富。根據(jù)《貴州省煤層氣資源評價》(1996)結(jié)果,黔北煤田2000m以淺煤層氣資源總量為3.15×1012m3,占全省煤層氣資源總量23.45%[1]。近些年來,黔西、黔北地區(qū)受到了大量的關(guān)注,貴州省煤炭相關(guān)單位進行了一系列的工程,國內(nèi)外學者針對貴州煤層氣的賦存特征、影響因素、開發(fā)工藝等進行深入的研究[2-9]。龍鳳井田作為一高瓦斯礦井,瓦斯突出問題嚴重影響了煤礦的安全生產(chǎn)[10],進行煤層氣的相關(guān)工作顯得必要而緊迫。本文通過對龍鳳井田的煤田勘探資料,系統(tǒng)分析了該井田各煤層的分布與含氣量特征,井田構(gòu)造與封閉條件因素對煤層氣的控制等,并依據(jù)規(guī)范估算了煤層氣資源儲量,對該區(qū)煤層氣資源勘探開發(fā)潛力進行分析,龍鳳井田具有較大的開發(fā)價值。
2.概況
龍鳳井田位于金沙縣城南偏西15°,平距約10km處,行政區(qū)劃屬金沙縣新化鄉(xiāng)管轄。地理坐標:東經(jīng)106°10′41″~106°12′31″、北緯27°22′17″~ 27°23′38″,東西長3km,南北寬2.39km,面積7.1234km2。
井田位于上揚子地臺大婁山背斜南翼,構(gòu)造以褶曲為主,東側(cè)有金沙-黔西向斜,軸長約20km,走向NNE 20°,向斜寬20余千米,其軸線在平面上呈“S”形,北面變?yōu)楸睎|東向,南面為北東向,為一開闊不對稱向斜。北西翼傾角較緩,為10°~20°,發(fā)育有次級褶皺;南東翼傾角較陡,為 30°~40°左右。井田北西部有新華向斜,走向NEE 70°左右,軸長約11km,為金沙—黔西向斜北西翼的次一級褶曲,為一寬緩的不對稱向斜,軸面傾向北西,向斜寬約2km~ 4.5km。自西向東,其軸線先后穿過上二疊統(tǒng)、三疊系。北西翼地層傾角較陡,為7°~35°,一般28°;南東翼地層傾角較緩,為4°~12°,一般為9°~10°(見圖1)。
3.煤層及含氣特征
3.1煤層
井田內(nèi)含煤地層為龍?zhí)督M,屬海陸交互相沉積,厚81.98m~107.49m,平均厚98.58m。主要由細砂巖、粉砂巖、泥巖等夾泥灰?guī)r、灰?guī)r及煤層組成。含豐富的動、植物化石。含煤9層~15層,煤層總厚度8.00m~16.84m,平均11.47m,含煤系數(shù)為12%。含可采煤層2層~8層,可采總厚度3.94m~15.00m,平均8.74m,可采含煤系數(shù)為9%。可采煤層為4、5、9、13號煤層,其中分布于龍?zhí)督M上段的5、9號煤層發(fā)育較好,為主要可采煤層(見表1)。
3.2煤巖煤質(zhì)特征
井田內(nèi)主要可采煤層為黑色和黑灰色,塊狀,少量粉粒狀,煤巖成分以亮煤為主,鏡煤及暗煤次之,少量透鏡狀絲炭體。煤巖類型有半亮型、光亮-半亮型和半暗-半亮型,以半亮型為主。煤的有機組分大致分為鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組兩大類,組分界線較模糊,以鏡質(zhì)組為主,惰質(zhì)組次要。鏡質(zhì)組以基質(zhì)鏡質(zhì)體、透鏡狀、細條帶狀均質(zhì)鏡質(zhì)體為主,少量結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體、碎屑鏡質(zhì)體。含量為69.94%~90.36%,平均82.74%。惰質(zhì)組常見透鏡狀、不規(guī)則狀半絲質(zhì)體、氧化絲質(zhì)體,次為碎屑絲質(zhì)體分布于基質(zhì)鏡質(zhì)體中,少量粗粒體、微粒體,偶見分泌體。惰質(zhì)組含量為9.64%~30.06%,平均含量為17.26%。無極組分以粘土礦物為主,次為石英,少量黃鐵礦、方解石,含量為8.35%~18.34%,平均13.39%。
原煤干燥基灰分含量為11.16%~34.33%,平均20.52%,屬中灰煤(MA)。原煤干燥無灰基揮發(fā)分含量5.57%~ 13.54%,平均7.43%,均屬特低揮發(fā)分煤(SLV)。原煤干燥基全硫含量為0.45%~5.78%,平均為2.25%,中硫-高硫煤層。該礦區(qū)煤類單一,為無煙煤3號(WY3),可采煤層鏡煤最大反射率(Romax)為3.17%~3.50%,平均為3.33%。一般而言,煤層吸附瓦斯的能力隨變質(zhì)程度的增高而增大,龍鳳井田煤變質(zhì)程度高也是導致煤層瓦斯含量高的一個原因。
3.3煤層含氣量
龍鳳井田煤層氣組成主要為甲烷(CH4)、氮氣(N2)和二氧化碳(CO2),含有少量的重烴氣體(表2)。主要可采煤層 4號、5號、9號、13號煤層甲烷組分平均值分別為85.68%、82.68%、86.04%、88.20%;平均氮氣濃度為11.33%~16.75%;平均二氧化碳濃度為0.47%~0.80%。根據(jù)《煤炭資源地質(zhì)勘探規(guī)范》,該井田屬于甲烷分布帶。
各可采煤層瓦斯平均含量在12.57m3/t~14.01m3/t之間,其中4煤層為13.51m3/t、5煤層為13.49m3/t、9煤層為12.57m3/t、13煤層為14.01m3/t。各可采煤層含氣量均較高,為富甲烷煤層。
4.煤層氣賦存因素
4.1地質(zhì)構(gòu)造
地質(zhì)構(gòu)造對煤層氣儲存影響復雜,且作用顯著。在地質(zhì)歷史過程中,構(gòu)造運動使煤層產(chǎn)生較多的裂隙,尤其是在張應(yīng)力地區(qū),產(chǎn)生的裂隙不但增加煤層的滲透性,而且增加儲氣空間,在煤層受到擠壓處煤層物性變差。
礦區(qū)構(gòu)造形跡為單斜構(gòu)造,地表無斷層出露,地層走向南東-北西向,傾角7°左右,礦區(qū)西南部的淺部地區(qū)較平緩,傾角4°左右。井田內(nèi)斷層稀少,發(fā)現(xiàn)斷層11條,均為隱伏斷層,并且斷層落差均小于15m??傮w上龍鳳井田構(gòu)造形態(tài)簡單,井田內(nèi)無深大斷層切割煤層,對煤層氣的保存較為有利。
4.2封閉條件
根據(jù)煤層頂?shù)装鍘r性分析,龍鳳井田的各煤層頂板主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖;煤層底板巖性主要為粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖細砂巖。井田內(nèi)煤層頂?shù)装鍘r性均為致密、封閉的巖性,巖體結(jié)構(gòu)對象的完整,厚度普遍在10m以上,巖石的孔隙度4.52%~10.66%。上下頂?shù)装鍑鷰r的致密性和封閉性,對煤層氣的保存起到了至關(guān)重要的作用,這是井田內(nèi)煤層氣含量高的重要因素。
5.煤層氣資源量估算
龍鳳井田可采煤層為無煙煤,根據(jù)《煤層氣資源/儲量規(guī)范(DZ/T0216-2002)和《煤層氣資源勘查技術(shù)示范》(GB/ T29119-2012)規(guī)定的下限標準,龍鳳井田可采煤層含氣量均達到下限標準,可依據(jù)規(guī)范直接估算煤層氣資源量。采用體積法對4、5、9、13號共4個可采煤層進行資源量估算。估算出1500m以淺煤層氣資源量為8.23×108m3,其中以5、9號煤層的煤層氣資源量較高。龍鳳井田煤層氣地質(zhì)儲量為小型,但地質(zhì)豐度達1.16×108m3/km2為中型,具有較好的開發(fā)利用前景(見表3)。
6.勘探開發(fā)潛力
煤層氣的勘探開發(fā)受到諸多因素的限制,主要包括資源情況、構(gòu)造條件、儲層條件和開發(fā)場地等。
龍鳳井田內(nèi)可采煤層屬于富甲烷煤層,歷年鑒定的相對瓦斯涌出量為45.62m3/t~79.28m3/t,為高瓦斯礦井,且2001年發(fā)生過煤與瓦斯突出事故。結(jié)合估算的井田煤層氣資源量,為煤層氣的開發(fā)奠定了良好的資源基礎(chǔ)。
井田位于大婁山背斜南翼,為一簡單的單斜構(gòu)造,傾角為4°~7°;斷層較少發(fā)育,基本為隱伏斷層,斷層落差較小,對煤層未造成較大的破壞,有利于煤層氣的保存。
全區(qū)可采煤層5、9號煤層結(jié)構(gòu)以塊狀為主,基本保持了煤體的結(jié)構(gòu)完整性。5號煤層孔隙率為8.11%,9號煤層孔隙率為10.66%,且5、9號煤層間距平均10.16m,在現(xiàn)有煤層儲層壓裂改造技術(shù)下,結(jié)合貴州煤層賦存特征及煤層開發(fā)經(jīng)驗,采取5、9號煤層合層開發(fā)應(yīng)能取得不錯的效果。
貴州復雜的地貌,陡峭的地勢,也是對井田煤層氣開發(fā)的一大不利因素。但是隨著近些年來基礎(chǔ)設(shè)施的新建,各個村寨之間硬化水泥路互通,為煤層氣的開發(fā)提供了便利的交通和現(xiàn)場條件。
綜上所述,龍鳳井田資源量可觀,保存條件、儲層條件及現(xiàn)場條件均有利于開發(fā)。結(jié)合近些年在松河及黔西實施的工程積累的經(jīng)驗與技術(shù),可以選擇5、9號煤層進行合層開發(fā),對于降低井下瓦斯含量,瓦斯突出風險,為煤礦的安全生產(chǎn)起到一定的作用。
7.結(jié)論
(1)龍鳳井田主要可采煤層為4、5、9號煤層和15號煤層,甲烷含量平均值分別為13.51m3/t、13.49m3/t、12.57m3/t和14.01m3/t。煤層甲烷濃度在82.68%~88.20%之間。龍鳳井田煤層氣含量主要受到構(gòu)造和封閉條件的控制。
(2)全井田1500m以淺煤層氣資源量為8.23×108m3,地質(zhì)豐度為1.16×108m3/km2。結(jié)合資源量、構(gòu)造條件、儲層條件、現(xiàn)場條件,龍鳳井田5、9號煤層合層開發(fā),具有較好的開發(fā)前景,有利于降低井下瓦斯突出,保障煤礦安全生產(chǎn)。
參考文獻:
[1]易同生,等.貴州省煤層氣資源評價[R].貴陽:貴州省煤田地質(zhì)局, 1996.
[2]郭晨,秦勇,易同生,等.黔西肥田區(qū)塊地下水動力條件與煤層氣有序開發(fā)[J].煤炭學報, 2014, 39(01):115-123.
[3]黃文,徐宏杰,等.貴州省織納煤田煤層特征及煤層氣資源潛力[J].地質(zhì)勘探, 2013, 33(08):25-30.
[4]岑明峰,任波,等.貴州中西部地區(qū)煤層氣成藏特征[J].中國煤炭地質(zhì), 2012, 24(07):18-23.
[5]徐宏杰,桑樹勛,等.貴州金沙林華井田煤層氣資源分布與評價[J].中國煤炭地質(zhì), 2015, 27(04):16-20.
[6]敖顯書,曹麗文,等.黔西松河井田煤層氣合層開發(fā)層段優(yōu)選方法研究[J].煤炭科學技術(shù), 2016, 44(02):68-72.
[7]周培明,金軍,等.黔西松河井田多層疊置獨立含煤層氣系統(tǒng)[J].煤炭科學技術(shù), 2017, 45(05):66-69.
[8]王聰,吳財芳,歐正,等.黔西織納煤田少普礦區(qū)16號煤煤層氣富集的地質(zhì)控制因素[J].煤炭學報, 2011, 36(09):1486-1489.
[9]崔玉朝,滕子軍,王懷洪,等.貴州黔西龍場煤礦煤層氣資源及開發(fā)利用價值[J].天然氣地球科學, 2011, 22(02):367-372.
[10]敖嵩,等.貴州省金沙縣龍鳳煤礦資源儲量核實報告[R].貴陽:貴州林東煤業(yè)發(fā)展有限責任公司, 2009.