黃祖波 郭明強(qiáng) 顧嬌楊 吳建光

(1. 江西省煤田地質(zhì)勘察研究院，江西 330001；2. 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司，北京 100016)

1 地質(zhì)背景

1.1 含煤地層

江西地層出露良好，發(fā)育較齊全，從元古代一新生代皆有分布。研究區(qū)內(nèi)分布地層有中元古界雙橋山群；石炭系下統(tǒng)梓山組、上統(tǒng)黃龍組；二疊系中統(tǒng)棲霞組、茅口組，上統(tǒng)樂(lè)平組，長(zhǎng)興組；三疊系下統(tǒng)大冶組，上統(tǒng)安源組；侏羅系下統(tǒng)林山群；白堊系下統(tǒng)石溪組，上統(tǒng)贛州群；第四系。區(qū)內(nèi)主要含煤地層為上二疊統(tǒng)的樂(lè)平組、上三疊統(tǒng)的安源組，樂(lè)平組的煤系地層多分布于鳴山礦區(qū)、橋頭坵礦區(qū)、鐘家山等礦區(qū)，安源組的煤系地層多分布于涌山礦區(qū)、洪門口礦區(qū)。

1.2 構(gòu)造特征

研究區(qū)位于萍鄉(xiāng)-樂(lè)平復(fù)式向斜的東部，總體上為進(jìn)賢-樂(lè)平復(fù)向斜的一部分，呈北東東-北東向，區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為北東向。向斜受斷層切割破壞，并為第四系及白堊系紅層覆蓋，多為不完整的向斜，構(gòu)造線呈北東向。復(fù)向斜走向上連續(xù)性差，主要呈現(xiàn)斷塊形式出現(xiàn)。向斜翼部產(chǎn)狀陡，局部有倒轉(zhuǎn)，因推覆構(gòu)造影響，部分含煤地層被老地層覆蓋(圖1)。受到區(qū)域上的逆沖推覆構(gòu)造的影響，褶皺多保存不全，常呈現(xiàn)為殘缺不全的半邊向斜。從煤層氣成藏特征表現(xiàn)向斜軸部中和面與兩翼煤層氣易于保存，涌山礦區(qū)以及鳴山礦區(qū)較有利于煤層氣勘探。

1.3 巖漿巖

基礎(chǔ)地質(zhì)資料和鉆孔資料顯示，巖體在樂(lè)平地區(qū)煤系地層區(qū)分布較少，僅局部可鉆遇小型的巖體，多呈巖脈產(chǎn)出。侵入巖巖性多為閃長(zhǎng)玢巖、輝綠玢巖，多為燕山早期的巖漿活動(dòng)的產(chǎn)物。其分布及規(guī)模并不規(guī)則，局部巖體呈巖床展布，導(dǎo)致煤的變質(zhì)程度存在差異性，局部煤層被侵入巖體給全部侵蝕。評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)零星分布的巖床、巖脈、巖蓋或者巖株對(duì)煤層煤質(zhì)有一定影響。

2 主力煤層及展布特征

研究區(qū)內(nèi)主力煤層主要分布在涌山和鳴山兩個(gè)礦區(qū)，其中，涌山礦區(qū)主力煤層有三套，為八2、八1和七2煤層；鳴山礦區(qū)主力煤層B3煤。

2.1 涌山礦區(qū)

本區(qū)含煤地層主要為安源組，含煤層數(shù)可達(dá)18層，主要煤層為二、三1、三2、四、五、七2、八1、八2、九1、十、十一、十四、十五煤，共計(jì)13層煤，累計(jì)可采煤層總厚度為18.61m，其他煤層賦存不穩(wěn)定，多為局部可采煤層。其中，八2、八1和七2煤層為本區(qū)主力煤層。

八2煤層：根據(jù)涌山礦區(qū)八2煤層等值線圖分析(圖2)，煤層厚度0～4.36m，平均煤層厚度1.46m，該煤層分布穩(wěn)定，為全區(qū)可采煤層。

八1煤層：上距八2煤層6.55m，煤層厚度0～6.02m，平均煤層厚度1.89m，為全區(qū)可采煤層；

七2煤層：上距八1煤層24.95m，煤層厚度0～7.14m，平均煤層厚度1.28m，為全區(qū)可采煤層。

2.2 鳴山礦區(qū)

本區(qū)主力煤層為樂(lè)平組的B3煤層，煤層厚度在0.22～5.82m之間，煤厚多在2m左右，平均厚度為2.26m，B3煤層變異系數(shù)為55%，屬于中厚層煤層。煤層傾角相對(duì)較小，一般在10°～35°之間，平均傾角為19.5°。

圖2 涌山礦區(qū)八2煤層厚度等值線圖

研究表明B3煤層在東西方向上煤厚變化不大(圖3)，而在南北方向煤厚變化相對(duì)較大，中北部社老橋地區(qū)煤層厚度較大，均大于2m以上，平均厚度達(dá)2.5m，儲(chǔ)層發(fā)育非常穩(wěn)定。研究區(qū)向南煤層厚度逐漸變薄，為不穩(wěn)定煤層，煤厚在1.0m左右。從主力煤層發(fā)育情況顯示，北部區(qū)域煤層發(fā)育穩(wěn)定是煤層氣優(yōu)先勘探區(qū)。

圖3 鳴山礦區(qū)B3煤層厚度等值線圖

3 煤巖特征

收集的資料顯示安源組多套煤層各煤層有機(jī)顯微組分以鏡質(zhì)組為主，含量高達(dá)90.0%左右，殼質(zhì)組和惰質(zhì)組則相對(duì)較少。

樂(lè)平組B3煤層較特殊，有機(jī)組分含量占比94.0%～97.5%之間，無(wú)機(jī)組分在2.5%～6.0%之間。有機(jī)組分中，以殼質(zhì)組為主，含量通常在50%以上，鏡質(zhì)組(半鏡質(zhì)組)通常低于30%，惰質(zhì)組一般低于20%，半鏡質(zhì)組則以碎片狀基質(zhì)體分布于鏡質(zhì)基質(zhì)體中(表1)。顯微組分(表2)構(gòu)成表明鏡質(zhì)組含量并不高，為區(qū)內(nèi)典型的晚二疊世樹(shù)皮煤。樹(shù)皮煤煤層中樹(shù)皮體含量較高，樹(shù)皮體一般腐植煤相比具有類脂組含量高、揮發(fā)分高、氫含量高、全硫及有機(jī)質(zhì)含量高等特點(diǎn)。殼質(zhì)組木栓質(zhì)體為主，木栓質(zhì)體是煤中較好的一種生烴母質(zhì)，具備較強(qiáng)的生烴潛力，是煤層氣勘探有利的煤巖組成條件。

表1 樂(lè)平地區(qū)樂(lè)平組樹(shù)皮煤的顯微煤巖組成

表2 樂(lè)平樹(shù)皮煤的主要物理化學(xué)特征

4 煤儲(chǔ)層埋深

4.1 涌山礦區(qū)

研究區(qū)北側(cè)以逆沖推覆構(gòu)造為界，受逆沖推覆構(gòu)造影響，涌山向斜的北翼被破壞而呈現(xiàn)為一單斜，向斜傾伏方向?yàn)镾W，埋深范圍一般小于1000m，局部地區(qū)可達(dá)1250m左右。以區(qū)內(nèi)主力煤層八2煤為例，介紹煤層埋深的特征，其他煤層埋深具有相似性。八2煤層露頭線位于向斜南翼，八2煤層由南向北煤層逐漸變深。東部仙槎礦區(qū)八2煤層埋深相對(duì)較淺，最大僅為650m，從仙槎-沿溝-涌山礦區(qū)八2煤層埋深略有變大，在涌山礦區(qū)八2煤層埋深可達(dá)780m(圖4)。埋深范圍非常適合于煤層氣勘探開(kāi)發(fā)。

圖4 涌山礦區(qū)八2煤層埋深等值線圖

4.2 鳴山礦區(qū)

研究區(qū)東部勘探程度較高，西部勘探程度較低，鉆孔少，僅利用二維地震、電磁等資料進(jìn)行對(duì)B3煤層的埋深進(jìn)行初步的預(yù)測(cè)。根據(jù)基礎(chǔ)地質(zhì)資料，繪制了鳴山礦區(qū)B3煤層埋深等值線圖(圖5)，東部埋深較淺，大多小于1000m，西部埋深較大，多在1000～2500m之間。在射老橋-饒埠一帶鉆孔較多，埋深控制精度相對(duì)較高，在饒埠-梓埠-桐山一帶鉆孔較少，埋深控制程度較低，而在梓埠-桐山-三廟前一帶無(wú)鉆孔控制，控制精度低。因此，根據(jù)該區(qū)埋深范圍顯示東部較西區(qū)有利，即建議優(yōu)選勘探埋深小于1000m有利區(qū)。

圖5 鳴山地區(qū)B3煤層埋深等值線圖

5 煤儲(chǔ)層含氣性

5.1 安源組

區(qū)內(nèi)煤層氣勘探很少，主要以煤田勘探的鉆孔瓦斯含量數(shù)據(jù)為主，收集到涌山和沿溝兩個(gè)礦區(qū)資料。

(1)涌山礦區(qū)：收集到5個(gè)樣品主要測(cè)試七2、六1和三1煤層，烷烴含量5.22～20.88m3/t，平均為14.65m3/t。除了三1煤層含氣量5.22m3/t較小外，六1煤層和七2煤層含量均較大。通過(guò)涌山16-6、15-9-3煤田鉆孔數(shù)據(jù)分析顯示，瓦斯含量與深度具有較好的正相關(guān)性(圖6)。

圖6 涌山礦區(qū)鉆孔瓦斯含量與深度關(guān)系圖

(2)沿溝礦區(qū)：收集到樣品9件，主要測(cè)試煤層為安源組峽口段煤層和白衣沖段二煤層(圖7)，從圖上可以看出含氣量最大的為八煤層，測(cè)試值分別為12.5m3/t、13.22m3/t，其次為六煤和九煤，測(cè)試值均大于10m3/t，七、十煤層的測(cè)試數(shù)據(jù)主要分布在5～10m3/t之間，最小的為二煤層，測(cè)試值僅為5.37m3/t。

圖7 沿溝礦區(qū)各煤層瓦斯含量分布圖

通過(guò)沿溝礦0-2-4鉆孔數(shù)據(jù)分析(圖8)，瓦斯含量測(cè)試值5.10～10.98m3/t，瓦斯含量與煤層標(biāo)高具有較好的正相關(guān)性。因此，初步推測(cè)深部煤層含氣量更高，具有一定的煤層氣勘探潛力。

圖8 沿溝礦區(qū)0-2-4孔瓦斯含量分布圖

5.2 樂(lè)平組

樂(lè)平組主力煤層為B3煤，收集到鳴山礦區(qū)5個(gè)煤礦采區(qū)的回采工作面瓦斯涌出資料，根據(jù)各基本瓦斯涌出源的瓦斯涌出規(guī)律，計(jì)算相對(duì)瓦斯涌出量如圖9所示，從數(shù)據(jù)可以看出，鳴山礦各水平B3煤層瓦斯相對(duì)涌出量2.38～4.30m3/t，平均3.27m3/t，對(duì)比分析，標(biāo)高-600m以深的瓦斯相對(duì)涌出量與-600m以淺相比有增大的趨勢(shì)，但整體較低。

從煤儲(chǔ)層含氣性分析，總體顯示安源組煤層比樂(lè)平組煤層好。安源組煤層可作為區(qū)內(nèi)煤層氣優(yōu)選勘探層系，樂(lè)平組煤層可作為接替層系。

圖9 鳴山礦區(qū)瓦斯含量與深度關(guān)系圖

6 煤變質(zhì)程度

樂(lè)平組主力煤層B3煤，鏡質(zhì)體反射率一般在0.69%～0.74%之間，屬于低變質(zhì)煤，主要為氣肥煤和氣煤。

安源組煤層變質(zhì)程度受多種因素的影響，導(dǎo)致煤的變質(zhì)程度有一定的差異。例如，安源組底部白衣沖段的二煤層，涌山礦區(qū)東側(cè)二煤層鏡質(zhì)體反射率為4.33%，變質(zhì)階段為無(wú)煙煤二階段，涌山礦區(qū)西側(cè)鏡質(zhì)體反射率可達(dá)6.05%，達(dá)到無(wú)煙煤三階段，變質(zhì)程度從東側(cè)往西側(cè)有加強(qiáng)的趨勢(shì)，說(shuō)明同一地區(qū)變質(zhì)程度差異大。

根據(jù)涌山礦區(qū)煤層埋深、煤類和含氣量關(guān)系(表3)，表明變質(zhì)程度最高的無(wú)煙煤含氣量最大，最大值為16.83m3/t，貧煤含氣量次之，在7.19～12.53m3/t之間，氣煤含氣量最低?？傮w顯示煤層變質(zhì)程度和含氣量呈正相關(guān)關(guān)系，即煤變質(zhì)程度越高含氣量越大特征。

表3 涌山礦區(qū)鉆孔煤層含氣量數(shù)據(jù)表

7 頂?shù)装逄卣?/h2>

煤層頂?shù)装鍘r性特征對(duì)煤層氣保存與富集具有十分重要的作用，良好的封蓋層可以減少煤層氣的滲流和擴(kuò)散散失。一般來(lái)說(shuō)，泥巖類頂板結(jié)構(gòu)相對(duì)致密，滲透性差，作為煤層氣成藏的良好蓋層。致密砂巖層也可以作為較好的蓋層，例如粉砂巖、細(xì)砂巖等。

7.1 涌山礦區(qū)

研究區(qū)各煤層頂、底板以粉砂巖、泥巖為主(表4)，頂?shù)装搴穸容^大，厚度一般在4.0～8.0m之間。因此，區(qū)內(nèi)各煤層頂?shù)装鍘r性較為致密，厚度也較大，作為煤層直接蓋層具有較好封蓋條件，能減緩煤層氣的散失，有利于煤層氣保存。

表4 安源組煤層頂?shù)装鍘r性表

7.2 鳴山礦區(qū)

資料顯示主力煤層B3煤層直接頂板為泥灰?guī)r、泥巖，厚度一般在1m以上，底板巖性多為粉砂巖及泥巖，蓋層條件較好，為煤層的保存提供了巖性封蓋條件。但與安源組煤層頂板巖層厚度相比，厚度相對(duì)較薄，因此，從煤層頂板巖性封閉條件分析，樂(lè)平組B3煤層頂板巖性封閉條件較安源組煤層頂板巖性封閉條件稍差。整體上B3煤層圍巖條件較好，有利于煤層氣的保存。