威宁县阳关寨勘查区构造对瓦斯赋存的控制作用

王利选　刘静

摘 要： 在系统分析勘查区构造发育特征的基础上，结合勘查区瓦斯实测参数，以区域构造演化和勘查区构造的控制作用为基础，对勘查区的构造对瓦斯赋存控制作用进行了探讨。结果表明：勘查区的瓦斯赋存的特征嚴格受构造控制，断层倾向多与地层倾向大致一致，以逆断层为主。断层落差较大，导致煤系地层的不同程度重复或者缺失，浅部含煤地层的完整性被严重的破坏了。复杂的构造特征致使瓦斯赋存条件由轴部到两翼逐渐变差且南西翼好于北东翼。

关键词： 阳关寨勘查区； 构造特征； 瓦斯赋存； 控制作用

瓦斯是与煤有关的有害气体，是影响煤矿安全生产的重要因素[1]。以往的研究成果表明，矿井瓦斯赋存特征受控于构造、水文、煤阶及煤层埋深等综合控制的结果[2，3]，特别是地质构造是最基本的和最重要的，它不仅直接控制瓦斯的生成、运移和聚集的各个环节，并且通过间接的控制其他地质因素起作用[4]，然后控制煤矿瓦斯突出危险区的分布，也是地质构造直接地控制了煤矿瓦斯的赋存与矿井瓦斯的突出[5，6]，因此，研究结构的煤矿区瓦斯赋存的控制作用很必要的。以威宁杨村勘探区为研究对象，利用瓦斯赋存构造控制理论，在分析构造特征的基础上，弄清调查区瓦斯分布规律，对瓦斯预测和瓦斯治理具有非常重要的意义。

1. 地质构造特征

1.1 区域构造

勘查区大地构造位于扬子陆块（一级构造单元）黔北隆起（二级构造单元）六盘水断陷（三级构造单元）。区域内断层及褶皱较为发育，发育了以水城断裂为主的NW向断裂和褶皱，其次是NE向的断裂和褶皱，发育了少量的南北褶皱和断裂。区域内次一级的控煤构造为格木底向斜和威水背斜。

1.2 勘查区构造

勘查区的整体结构特征包括23个断层和4个褶皱，23条断层中正断层11条，逆断层12条，断层主要分布于勘查区的中东部地区，走向以北西—南东向为主，4条褶皱中背斜1条，向斜3条，其中以阳关寨背斜为主要褶皱构造，位于勘查区中部，贯穿勘查区南北，为勘查区内的主要控煤构造，共同形成了该地区丰富的地质特征[6]。勘探区位于东翼龙场斜坡，平斜北翼通过眼底到位于杨村中部背斜的包围区域的西北段，通过勘探区域（图1）。结构优先考虑到NW到勘探区域，主要发展在东部和中部，包括格子网底线，杨村背斜，平坦开放斜线和共生断层和褶皱；在勘探区，近SN的结构主要发生在西部，包括龙场的断层和相关生命的结构。在勘探区其他地区，中国中部和东部地区也发展了内蒙古的断层结构。勘探区形成NW-SE方向，阳关寨背斜北东翼地层倾向南东，倾角为10°～20°；南西翼倾向为南西，倾角为10°～25°。

2. 勘查区瓦斯赋存规律

瓦斯主要自然成分为甲烷，标准状态下干燥无灰基（甲烷+重烃）浓度为27.15%～98.28%，全勘查区平均为75.44%。其次为氮浓度，标准状态下干燥无灰基N2浓度1.16%～35.90%，全勘查区平均为17.81%。少量二氧化碳，标准状态下干燥无灰基CO2浓度0.29%～64.09%，全勘查区平均为6.74%。

本文以5号煤层为例，描述了勘查区瓦斯赋存规律。根据煤层瓦斯含量数据，绘制了5号煤层中瓦斯含量分布图（图2）。根据图中的结果可以发现瓦斯赋存受到断层的影响是比较明显的。

井田的整体是被F1、F2、F6、F16四个断层切割封闭性断层压性或压扭性，深部煤层和地表的联系被它切断了，能够防止煤层瓦斯的排放，从而提高了煤层瓦斯含量，这种情况在F1、F2断层附近的902、903及1001孔瓦斯含量可以得到验证，煤层在此处瓦斯含量均呈现不同程度的上升，而在一些小型断层附近，

如804孔附近，瓦斯含量相对较低，这主要是由于密集型小断层的发育，导致煤层围岩透气性增加，不利于瓦斯的赋存。断层对瓦斯含量的影响在904、905孔附近表现的不是很明显，这主要是由于煤层埋藏深度是决定煤层瓦斯含量的主要因素，煤层浅，地面应力低，煤层透气性和围岩较差，煤吸附瓦斯量少，而且瓦斯向地表面的移动距离也短，以上因素都不利于煤层瓦斯的储存，导致瓦斯的含量相对较低。

3. 地质构造对瓦斯赋存的影响

瓦斯的形成和成煤物质、成煤过程密切相关，煤层本身是多种地质作用的综合结果。因此，瓦斯是地质作用的结果，瓦斯的赋存和输送受到多种地质因素的影响。影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素是地质构造、岩浆作用、煤变质程度，煤层埋藏深度及上覆有效地层厚度、煤层厚度及其变化、围岩类型及破碎程度、地下水活动、地温等，其中地质构造是所有地质因素中最为重要而直接的控气因素。

3.1 褶皱构造对瓦斯赋存的影响

闭合完整的背斜或穹隆和盖层的密闭地层是一种良好的储气构造，其轴部煤层往往积聚高压瓦斯，形成了“气顶”。在倾伏背斜的轴部，通常也高于同一深度的翼部的瓦斯的含量[ 8，9 ]。

研究区发育的最主要控煤构造为阳关背斜，其背斜轴部位于勘查区乐居—阳关寨—姑住一线，背斜长约16km，宽约11km，轴向NW-SE。核部最老地层为二叠系上统宣威组（P3x）的深灰色泥质粉砂岩，粉砂岩夹泥岩及煤层，两翼主要由三叠系飞仙关组，永宁镇组及关岭组地层组成，两翼岩层倾角15°～30°。阳关寨背斜枢纽斜穿5-11勘查线。在该地区穿过的阳关背斜核部的902个钻孔，采取的煤样瓦斯含量分析测试结果见表1。能够从表中的统计数据得出结论，在阳关背斜的轴部，各个煤层的瓦斯含量都大于平均值，所以阳关背斜轴部的瓦斯含量是比较高的，是瓦斯的富集带。

3.2 断裂构造对瓦斯赋存的影响

煤层瓦斯含量受断层的影响是比较复杂的，一方面取决于断层（带）的封闭性。另一方面，它取决于煤层接触地层的渗透性。煤层瓦斯含量受断层有两种不同的影响。煤层排放瓦斯的通道是开放性的断层（一般是张性、张扭性或者导水断层），无论是直接与地表面是否直接的联通，断层周围的煤层瓦斯含量都会被引起降低。当与煤层接触的对盘地层的渗透性大时，气体含量降低得更大。闭合断层（一般是压性、压扭性、不导水、现在仍受挤压处于封闭状态的断层）并且与煤层接触的对盘地层渗透性低时，能够防止煤层瓦斯的排放，因此煤层瓦斯含量增加。

（1）勘查区内断层共有23条，其中正断层11条，逆断层12条，逆断层占52%，其中规模较大断层皆为逆断层，这些逆断层为闭合断层，封堵了瓦斯逸出通道，有利于瓦斯的保存，从而提高瓦斯含量。表2为902的瓦斯含量的鉴定结果，瓦斯含量较高，主要是因为J902位于F1断层的附近。F1断层属于压扭性断层，断层的断距是110m～220m，导气性能比较的差，不方便于瓦斯的逸散，是造成这个钻孔中瓦斯的含量较高的主要因素。

（2）在一些断层密集部位附近，煤体结构较为破碎，煤中裂隙发育，由于煤层埋藏较浅，地应力减小，煤层与围岩的透气性都变好，煤吸附的瓦斯量也减小，同时瓦斯向地表运移的距离也变短，不利于煤层瓦斯的储存。所以在它的附近的瓦斯含量一般较低。

如804号钻孔中3、4、7、10号煤层被两条小型断层F8041和F8042所切，其瓦斯含量除10号煤层的瓦斯含量高于平均值外，其余煤层的瓦斯含量均低于其平均值（表2）。出现此现象的主要原因是由于两条断层组成一张性破碎带，煤层埋深也较浅，总体主应力较小，瓦斯含量及压力相对较低，煤的吸附量减小，瓦斯含量较低。

3.3 构造演化对瓦斯赋存的影响

燕山早期紫云—水城断裂带受构造运动影响，发生反旋剪切，从而对断裂带南部包括本勘查区在内的区域产生NE-NNE的挤压，形成了格目底向斜、阳关寨背斜、开坪向斜以及区域上的威水背斜。并且其顶部岩层透气性较差，往往形成较好的瓦斯储存构造；在形成褶皱构造的同时形成了NW方向和NE-NEE方向共轭逆冲断裂组，故本勘查区NW向的褶皱组同NW方向和NE-NEE方向共轭逆冲断裂组是具有成生联系的同期构造，这些良好的储瓦斯构造加上压性逆冲断裂组，煤层瓦斯更加难以逸散，形成瓦斯富集带；燕山运动中、晚期紫云—水城断裂带发生正旋剪切，从而对本勘查区所在区域产生近EW方向挤压，从而形成了龙场向斜以及F3、F20正断裂，龙场向斜是较好储瓦斯构造，但两条张性正断层形成两条瓦斯运移通道，导致瓦斯含量有所下降；燕山运动之后，本区域可能受区域伸展作用的影响，从而形成了NWW向的张性正断层组，煤体原生结构受到破坏，煤层瓦斯得以逸散，其附近瓦斯相对较小。

4. 结语

（1）阳关寨背斜是本勘查区的主要的控煤构造，也是最主要的控气构造，同时煤层上部的岩层的封闭性比较好，使得阳关寨背斜轴部的瓦斯含量远远高于它的两翼。

（2）张性正断层是煤层排放瓦斯的通道，有利于瓦斯的运移及逸散，瓦斯含量普遍偏低；压性逆断层多为封闭性断层，其割断了深部煤层与地表的联系，可以阻止煤层瓦斯的排放，并且附近的煤层受到了破坏，应力相对较为集中，比较方便于瓦斯的聚集，瓦斯的含量大部分都较高； 断层比较密集的地方，应力集中，煤结的结构破碎，裂隙发育多，而且煤层的埋深浅，地应力减小，煤层和周围岩石渗透性变好，煤吸附的瓦斯量降低，而且瓦斯向地表运移的距离也变短，不利于煤层瓦斯的封存，瓦斯含量较低。

参考文献：

[1] 朱连山. 煤与瓦斯突出机理浅析[J]. 矿业安全与环保， 2002， 29（2）：23-25.

[2] 申建， 傅雪海， 秦勇，等. 平项山八矿煤层底板构造曲率对瓦斯的控制作用[J]. 煤炭学报， 2010， 35（4）：586-589.

[3] 韩军， 张宏伟. 构造演化对煤与瓦斯突出的控制作用[J]. 煤炭学报， 2010， 35（7）：1125-1130.

[4] 王怀勐， 朱炎铭， 李伍，等. 煤层气赋存的两大地质控制因素[J]. 煤炭学报， 2011， 36（7）：1129-1134.

[5] 陈尚斌， 朱炎铭， 袁伟，等. 开滦唐山矿逆冲推覆构造及其控煤作用[J]. 煤田地质与勘探， 2011， 39（2）：7-12.

[6] 王陆超， 李磊， 汪吉林. 苏南地区区域構造演化及其对煤层赋存的控制[J]. 煤炭科学技术， 2011， 39（7）：93-97.

[7] 陈康， 黄文， 唐显贵，等. 贵州威宁阳关寨勘查区构造分析[J]. 煤炭工程， 2016， 48（10）：96-98.

[8] 姜利民. 临涣矿区东南缘瓦斯赋存构造控制特征及防治技术研究[D]. 中国矿业大学， 2014.

[9] 李鸿磊. 贵州省织金县戴家田井田构造对瓦斯赋存的控制作用[J]. 贵州地质， 2016（3）：225-229.