贵州文家坝一矿水文地质条件对煤层气成藏控制分析

唐长根

（贵州煤矿地质工程咨询与地质环境监测中心，贵州 贵阳 550008）

1 井田概况

文家坝一矿井田位于织金县城西北侧，规划生产规模240×104t/a。全井田呈北东—南西向向斜状延展，走向长约10.88～11.44km，倾向宽约1.8～3.19km，面积28.4328km2。矿区内800m以浅无烟煤保有资源量3.29×108t，采用体积法估算获煤层气预测的地质储量27.88×108m3。

井田处于特提斯构造域与滨太平洋构造域连接复合处，位于阿弓向斜中段，呈不对称向斜构造形态，轴线呈北东向，两翼平缓开阔，断裂方向多与轴向一致，以近东西向的压扭性断裂规模最大，一般为高角度的逆冲断层。

井田地形为正地形向斜盆地构造单元，翼部以剥蚀、侵蚀作用为主的中高山地形；轴部沟谷纵横，剥夷台阶鳞次栉比，零星分布溶蚀残留的碳酸盐岩孤峰。

井田水文地质单元属阿弓向斜北段补给区，位于长江流域乌江水系六圭河上游支流地带。井田范围内及附近由下至上地层有中二叠统茅口组、上统峨眉山玄武岩组、龙潭组及长兴组、下三叠统飞仙关组及第四系，其中含煤地层为龙潭组及长兴组。中二叠统茅口组组成向斜盆地边缘，山坡及坡囇地带由上二叠统峨眉山玄武岩组、龙潭组及长兴组等构成，下三叠统飞仙关组构成向斜盆地轴部。

2 井田含、隔水层

2.1 井田含水层

2.1.1 含煤地层下伏含水层

含煤地层下伏含水层为中二叠统茅口组岩溶水含水层。岩性为厚层状灰岩，溶洞、漏斗、落水洞等岩溶地貌极发育，有利于吸收大气降水及地表水。该地层受地壳不断上升，侵蚀基准面急剧下降，不均匀发育成层岩溶，地下水具有埋藏深、循环深、水力联系遥远、水量丰富、排泄条件好等特征。该地层含岩溶水，为区内强含水层。

2.1.2 含煤地层含水层

上二叠统龙潭组为井田内主要含煤地层单元，出露于向斜两翼。龙潭组为海陆交互相沉积地层，岩性为粉砂质泥岩、泥岩、粉砂岩、细砂岩等，含煤21～22层，其中可采煤层6层，底部为含泥质铝土岩与中二叠统茅口组地层分界，夹薄层状泥质灰岩、灰岩及硅质菱铁岩等多层标志层，平均厚282.83m。该地层中含水层主要由数层细砂岩及灰岩组成，受砂岩体沉积厚度、海进及海退多旋回影响，含水岩层厚度、位置不稳定，含碎屑岩裂隙水为主，少量裂隙溶洞水。在龙潭组地层出露地带地下水形成潜水，向斜轴部变为承压水，岩性、节理裂隙及地形等影响其运移。据井田水文钻孔抽水试验成果，该含水层单位涌水量低于0.05L/s·m；在靠近向斜轴部、阿烈小溪两岸时，标三上、标三下、标四等灰岩、含铁质硅质岩等富水性较强，但其厚度相对较薄，含水量不大，其他砂泥岩含水性相对弱。细砂岩及灰岩等含水岩层间受粉砂质泥岩、泥岩等隔水岩层阻隔，水力联系弱。综上，龙潭组岩层总体以隔水性能良好的砂泥岩层为主，地下水类型为碎屑岩裂隙水，含水性不强，为弱含水层。

上二叠统长兴组为井田内次要含煤地层单元，位于龙潭组地层之上，仅含1号不可采煤层，主要为中至厚层状燧石灰岩，夹薄层状钙质粉砂岩、粉砂质泥岩，含裂隙溶洞水。受地层中燧石灰岩含水岩层厚薄不均影响，形成弱—中等不均匀富水性的中等含水层。

2.1.3 含煤地层上覆含水层

含煤地层长兴组上覆从下至上由下三叠统飞仙关组二、三、四段裂隙溶洞水和五段溶洞裂隙水、永宁镇组一段裂隙溶洞水及第四系孔隙水含水层组成。

下三叠统飞仙关组二、三及四段地层岩性为灰岩等碳酸盐岩类，溶沟、溶槽、落水洞、地下暗河、岩溶管道等典型喀斯特溶蚀地貌特征发育，含碳酸盐岩裂隙溶洞水，地下水极丰富，为区内强含水层；飞仙关组五段由钙质泥岩与灰岩互层组成，零星出露于矿区山顶，厚度薄，地下水贫乏，未见泉点出露，地下水类型为溶洞裂隙水，含水性弱。

永宁镇组一段出露于向斜轴部，由白云质灰岩等碳酸盐岩组成。落水洞、溶蚀漏斗等负地形是大气降水汇聚、径流及下渗形成并补给地下水的有利通道。该含水层中地下水运移距离长，埋藏深，地表泉眼稀少，主要在地势低洼或河谷两岸以岩溶大泉、暗河等方式排泄出地表。该含水层地下水类型为裂隙溶洞水，含水极丰富，为区内强含水层。

第四系由砂土、碎石土、粘性土等残、坡积物组成，厚0～20m。该地层岩性疏散，孔隙率高，透水性强，地下水类型为孔隙水，大气降水补给，含水性弱，属弱含水层。

2.2 井田隔水层

上二叠统峨眉山玄武岩组为龙潭组含煤地层与下伏中二叠统茅口组强岩溶含水层间良好隔水层，由致密坚硬中厚层状的拉斑玄武岩等组成，岩石致密、完整，厚度大，一般厚200m。泉点流量为0.003L/s。钻进过程中未出现涌水、冲洗液漏失现象，地层隔水性优越。

下三叠统飞仙关组一段为长兴组含煤地层与上覆下三叠统飞仙关组二段含水层与间良好隔水层，上部为钙质粉砂岩、泥岩、细砂岩间夹泥灰岩薄层，下部为钙质泥岩，一般厚150m。泉点流量为0.014～0.222L/s。该地层岩石致密，节理、裂隙发育极少，隔水性能好。

3 含煤地层与上覆及下伏含水层水力联系

井田地下水主要补给水源为大气降水，含煤地层的顶、底部所发育的下三叠统飞仙关组一段、上二叠统峨眉山玄武岩组隔水层，阻止上覆及下伏含水层与含煤地层间发生水力联系。含煤地层主要由大气降水补给，地下水在浅部经短距离径流之后，便以泉水形式排泄于沟谷之中。

4 对煤层含气性的影响

国内外学者作了大量的研究工作认为，水文地质条件对煤中煤层气的含气量及运移、富集成藏过程等起到决定性控制作用。

井田内含煤地层在露头区接受大气降水补给形成地下水，受向斜构造形态、地层岩性及自身重力共同影响和作用下往向斜轴部径流，向斜轴部地层平缓地下水形成滞流承压水，径流过程中地下水会溶解煤层气中的甲烷并随地下水运移至向斜轴部，导致径流区煤层气含量低，向斜轴部滞流区煤层气含量高，且轴部地下水具承压性质，水动力弱，煤层气受水压作用而吸附于煤层中，导致向斜轴部煤中煤层气含量高并富集（图1）。

图1 6号煤层煤层气含量分布图

5 对煤层气成藏的控制作用

井田构造形态为向斜构造贮水单元，含煤地层在翼部出露地带接受大气降水补给形成地下水，并由翼部向轴部径流，水力作用逐渐减弱，最终在向斜核部形成地下水滞留区，地下水径流对煤层气逸散产生水力封堵作用，向斜核部地区利于煤层气富集成藏。

井田内煤层盖层为致密的粉砂质泥岩等碎屑岩，孔隙及裂隙弱发育，对煤层气起到良好封、堵、盖作用。且含煤地层中地下水受碎屑岩岩性及地层倾角较小影响流动很局限并微弱，形成中—弱径流区，煤层气被水及盖层封堵，易形成承压水封堵煤层气藏（图2）。

图2 矿区煤层气成藏模式示意图

6 结论

（1）井田内含水层为中二叠统茅口组、上二叠统龙潭组及长兴组、下三叠统飞仙关组、永宁镇组一段及第四系；隔水层为下三叠统飞仙关组一段、上二叠统峨眉山玄武岩组。下伏中二叠统茅口组、上覆下三叠统飞仙关组、永宁镇组一段含水层与含煤地层间受隔水层阻隔而水力联系极弱。

（2）含煤地层地下水径流方向与煤层气运移方向相反，对煤层气产生水力封堵作用，向斜核部地区利于煤层气的成藏。

（3）向斜的翼部斜坡地带和核部为地下水中—弱径流区，煤层盖层为致密的粉砂质泥岩等碎屑岩，孔隙及裂隙弱发育，对煤层气起到良好封、堵、盖作用，易形成承压水封堵煤层气藏。