第2章 影响瓦斯赋存的地质条件

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1、第二章 影响瓦斯赋存的地质条件 在煤化过程中产生的瓦斯，并非都能保存下来。由于不同煤层、不同部位的地质经历不 同，因此保存的瓦斯数量也不相同。 瓦斯的形成和保存、运移与富集，同地质条件有密切关系，并受到地质条件的制约。影 响瓦斯赋存的地质条件，主要有含煤岩系的沉积环境，岩性组合特征，煤层顶、底板岩性及 其隔气、透气性能，煤的变质程度，区域地质构造，水文地质条件，岩浆作用，以及埋藏深 度等等。对于不同区域、不同煤田或不同块段，影响瓦斯赋存的地质条件存在着差异，起主 导作用的因素也有区别。下面分别讨论不同地质条件对瓦斯赋存的影响。 一、含煤岩系沉积环境和岩性特征对瓦斯赋存的影响 瓦斯是地质作用的产

2、物，它的产生、赋存、富集均受地质条件的控制。瓦斯作为一种地 质实体，主要赋存在煤层中，而煤层赋存在含煤岩系中，因此，含煤岩系的建造特征是瓦斯 形成和保存的基础条件。在瓦斯地质研究，对含煤岩系的沉积环境、岩性组合、煤层围岩岩 性特征及其对瓦斯保存降瓦斯分布的影响， 应给予足够的重视。 国内外研究人员从不同角度 发表了许多文章，都涉及或强调了含煤岩系沉积环境、煤层围岩对瓦斯保存的作用，这些工 作为进一步研究奠定了基础。 在地质发展历史中，煤在地壳中的聚积是波浪式发展的。起先是从无到有，尔后强弱交 替，出现了一系列的聚煤期。在各个聚煤期内，聚煤作用的地理分布也是不均衡的，在某此 地区集中， 而在另一

3、些地区则没有或很少。 煤聚期在时间和空间上的这种不均一性是有规律 的，是受古植物演化、古气候条件、古地理环境和地壳构造的发展变化所控制的。 阐明聚煤作用在时间和空间上的分布规律， 探索造成这种规律的各种地质因素， 不仅是 预测找煤的理论基础，也是探索瓦斯区域性分布规律的依据。 我国各地质时代都有聚煤作用发生，包括元古代、早古生代、晚古生代、中生代及新生 代。全国大多数省（区）都有大小不一、经济价值不等的煤田。各煤田的瓦斯分布状况也有 明显差异。 其中， 晚古生代含煤地层和中生代含煤地层以及部分新生代含煤地层中所含的可 采煤层， 为目前矿井开发的主要对象， 这些含煤地层的瓦斯问题也是瓦斯地质工作

4、的重点研 究范畴。 （一）含煤岩系沉积环境与瓦斯分布 随着对沉积环境和沉积模式研究的不断深入，特别是有关“聚煤的沉积模式” ，已成为 国际上含煤岩系沉积学研究的中心内容。 沉积模式是根据现代沉积环境和古代沉积相的研究以及室内模拟试验， 对古代沉积作用 机量所作的一种成因解释模型。 由于沉积环境控制着煤的形成和分布，因此，成煤模式可作为一种重要的预测手段，用 来预测煤层赋存的部位，几何形态和稳定性，煤质特征，共生的岩石类型和组合及其在横向 和垂向上的变化等，这些方面的研究对探索瓦斯区域性分布规律也是十分有益的。 瓦斯地质研究中，近年来，人们对沉积环境对瓦斯分布的影响逐渐引起了重视。然而。 瓦斯与

5、沉积环境到底有什么关系？在各种沉积环境中瓦斯的分布状况怎样？地层的垂向序 列或沉积相组合对瓦斯的形成和保存有何影响等，都是值得进一步研究和解决的问题。 瓦斯主要形成于煤层， 而煤层的赋存和分布与聚煤期有着密切的关系。 聚煤沉积环境控 制了煤层的原始分布，煤层的聚积厚度及变化等又受沉积环境的制约。因此，沉积环境是影 响瓦斯区域分布的主要因素之一，可作为瓦斯地质分析的重要依据。 聚煤前的沉积环境和聚煤后的沉积环境及期演化，影响着煤层下伏及上覆地层的岩性、 岩性组合及其厚度变化。 沉积相组合决定了含煤岩系的岩性组合， 而瓦斯的形成和保存条件 无一不是沉积环境的物质反映， 所以沉积环境对岩层的透气性，

6、 对瓦斯的保存或逸散均有着 重要的影响。 此外，沉积环境不仅控制着煤的聚集，煤层的厚度变化、延伸方向等，而且对煤质和煤 层结构也有一定的影响，它直接影响生成瓦斯的物质基础。 1聚煤期沉积环境对瓦斯生成物质基础的影响 煤层厚度及其变化与瓦斯生成量有一定的关系。 一般煤层越厚， 瓦斯生成的物质基础越 充沛。各种聚煤环境对煤的分布，对煤层厚度及其变化、煤层的稳定性等有着不同的影响， 造成了瓦斯形成条件的差异。 （1）聚煤其沉积环境影响煤层的分布及厚度的变化，因而，也必然影响煤层瓦斯生成 量。我国地域辽阔，含煤岩系具有多地质时代的特点，沉积环境也有多种类型，它们对瓦斯 形成多地质时代的特点， 沉积环境

7、也有多种类型， 它们对瓦斯形成和分布的影响也不尽相同。 近几年，在编制中国煤矿瓦斯地质图的过程中，随着资料的积累，有关人员作了一定的 分析，提出了一些初步认识。 一般来说，在三角洲、滨海平原等环境中形成的煤层，其厚度较大， 分布较广，较稳定； 滨海冲积平原、冲积平原等环境中形成的煤层，煤厚变化大，不稳定；山间盆地、泻湖等环 境中形成的煤层，煤厚也可能较大，但分布范围较小；障壁后湖坪、河口湾环境成煤厚度较 小，且多呈窄带状分布；浅海礁后泥炭成煤的分布范围有限，厚度变化也较大。不同沉积环 境对煤层分布及厚度变化的影响，也同样影响着瓦斯的生成量和区域性分布。 例如， 在对华南晚二叠世龙河潭期沉积和瓦

8、斯颁布的研究中发现， 富煤带主要分布于三 角洲环境及滨海平原环境，这些地区的矿井大部分属于高沼井和突出井。据统计，分布于华 南龙潭期三角洲环境的 89 对矿井中，高沼井和突出井有 87 对，占绝对优势；滨海平原环境 的 115 对矿井中，高沼井和突出井有 87 对，占 67.8%，而该环境中的低沼井则多分布于煤 层向陆、 向海变薄的过渡地带。 华南滨海平原型含煤岩系以赣中较为典型 （含煤岩系厚 200 700m，含煤 112 层，含煤系数为 2%。其中，老山段 B4煤层厚度 13m，稳定性好，而 且煤层围岩为透气性差的泥岩或砂质泥岩，有利于瓦斯的保存） 。位于该环境中的萍乡、英 岗岭、丰城等矿

9、区，不仅瓦斯大，而且多数生产矿井具有突出危险性（表 2- 1、图 2- 1） 。 冲积平原环境不利于煤层聚积， 煤层厚度变化较大， 加之沉积环境演化所导致的粗碎屑 盖层，有利于瓦斯的逸散，故其煤层瓦斯含量一般较低。如分布于华南东部龙潭期的福建省 冲积平原环境的煤矿，以低沼气矿井为主。 表 2- 1 华南晚二叠世龙潭期沉积环境与瓦斯分布 突出井 高沼井 低沼井 备注 沉积环境 分布点（个） 所占百分比（%） 分布点（个） 所占百分比（%） 分布点（个） 所占百分比（2.2%） 三角洲 46 51.8 41 46 2 2.2 滨海平原 30 26.1 48 41.7 37 32.2 滨海冲积平原

10、1 3.8 2 7.7 23 88.5 浅海 0 1 2.7 36 97.3 陆表海 1 5.5 3 16.7 14 77.8 不包括福建龙岩一带超高变质无烟煤矿井 浅海环境主要是藻类成煤，煤层厚度薄，且多为炭质泥岩或藻煤层。陆表海、碳酸盐岩 台地，亦属非沼泽环境的泥炭坪成煤，煤层层数少，厚度变化大，分叉灭现象显著。 这些环境中形成的煤层瓦斯生成的物质基础差，直接影响着瓦斯生成量。 由于各种聚煤环境中煤的分布及煤层厚度变化有一定规律可循， 因而通过对含煤岩系沉 积环境的分析，也可以大体预测煤层的瓦斯生成量。 （2）聚煤沼泽环境对煤的组成和性质，对瓦斯生成和保存亦有一定关系。一般来讲， 煤中的凝

11、胶化组分高，则 CH4的含量亦较高；丝炭化组分高，则 CO2含量高。 不同煤岩类型的煤，其孔隙度不等。同一煤化程度的煤，从光亮煤半亮煤半暗煤 不含丝炭的暗淡煤，也有孔隙度逐渐降低的趋势。 在强还原环境中，植物残体的凝胶化作用比较彻底，凝胶化组分高，形成主要由镜煤和 亮煤组成的光亮煤。由于凝胶体孔隙较发育，在收缩时又容易产生裂隙，同时，镜煤和亮煤 质地均匀而性脆，在后期构造运动影响下，容易破碎成棱状小块，增加了煤的表面积，故在 光亮煤中有利于瓦斯储集。 近海型煤田中，煤层大多是在咸化介质、停滞和厌氧的泥炭沼泽中形成的，多数属还原 环境，因而煤层含硫量较高，煤田瓦斯含量亦较高。 在氧化环境中，植物

12、残体经过丝炭化作用，形成丝炭化碎片体，其组分不如凝胶化组分 发育。一般情况下，形成于氧化沼泽环境的煤层，其瓦斯含量不如形成于近海还原环境的煤 层高。但具有大量丝炭的暗煤，因具有大量的细胞腔结构而增加了煤中的孔隙，故它的孔隙 度又高于光亮煤。 通过对聚煤环境的分析，可帮助我们认识煤的还原类型，了解煤岩类型，这对分析煤层 中所含气体类型和赋存状况是有益的。 2沉积环境演化对煤层瓦斯赋存和逸散的影响 聚煤期前后沉积环境及其演化，决定了煤层下伏及上覆地层的岩性、岩性组合和厚度， 关系到岩层的透气性能。 特别是煤层上覆地层的沉积面貌， 对煤层瓦斯的保存或逸散有着直 接的影响。 （1）聚煤期前后向平静水体

13、环境演化的沉积，有利于煤层瓦斯赋存。聚煤期前后平静 水体环境沉积的细碎屑岩、油页岩、硅质岩及泥灰岩等地层，岩性致密或具膨胀性能，透气 性差，致使煤层中的瓦斯沿法向透气性差，阻挡了瓦斯的逸散。 （2）聚煤前后冲积环境的沉积，不利于煤层瓦斯的赋存。冲积环境形成的砾岩、砂岩 等粗碎屑岩，透气性能好，有利于瓦斯的逸散。即使聚煤期聚煤条件优越，若聚煤后沉积环 境演化为冲积环境，煤层中瓦斯含量一般也较低。 （3）含煤岩系中沉积旋回是否完整，其性质、数量以及含煤岩系沉积之后沉积环境的 演化是否连续，对煤层瓦斯的保存都有一定的影响。由湖泊、深水湖泊沉积为主的河流相 河漫相沼泽相湖泊相组成的完整旋回，且以泥质岩

14、沉积为主时，有利于瓦斯的保存。若 含煤岩系上覆地层为河床、河流相占优势的冲积相湖泊相旋回，则由于粗碎屑岩含量高，100 80 60 40 20 0 三角洲 滨海平原 滨海冲积平原 浅海 陆表海(局限海) 碳酸盐岩台地 突出井 高沼井 低沼井 图 2- 1 华南晚二叠世龙潭煤系矿井瓦斯分布直方图 (%) 透气性好而利于瓦斯的逸散。 含煤岩系沉积之后，沉积环境是否连续演化，对煤层瓦斯的保存也有重要影响。构造运 动、事件沉积1及间歇性的火山喷发，可影响聚煤环境或聚煤期后沉积环境的正常演化，造 成沉积间断或导致沉积旋回的不完整，因而不利于瓦斯的保存。 3沉积相组合对煤层瓦斯的影响 沉积环境演化导致的沉

15、积相组合，对煤层瓦斯赋存有一定的关系，总的看来，由下而上 有如下规律： （1）滨海相三角洲相（或滨海平原相）滨海相（或内陆湖泊相）沉积相组合；山 间盆地相湖泊相湖泊充填相泥炭沼泽相深水湖泊相沉积相组合； 山间河流相、 洪冲 积扇相河流相、河漫相、扇三角洲相深水湖泊相沉积相组合，有利于煤层瓦斯的赋存。 （2） 滨海平原相滨海冲积平原相山前冲积平原相洪和扇、 冲积扇相沉积相组合， 不利于煤层瓦斯的赋存。 通过上述初步分析， 可明显地看到沉积环境与瓦斯区域性分布有着一定的关系， 也说明 了运用沉积环境分析对于瓦斯地质研究的可行性。 但由于以往这方面工作有限， 资料也不充 分，还有待进一步研究认识。矿

16、井瓦斯分布和瓦斯突出的影响因素是多方面的，除沉积环境 外，还与地质构造、煤化作用、盖层厚度、开采技术条件等有关。另外沉积环境也不是引起 煤与瓦斯突出的直接因素，在研究瓦斯赋存和瓦斯突出时，还要注意综合分析。 （二）含煤岩系及煤层围岩特征对瓦斯赋存的影响 近年来， 随着瓦斯地质研究的深入开展， 人们日益重视对含煤岩系及煤层围岩的地质特 征与煤层瓦斯关系方面的研究。 研究含煤岩系及煤层围岩的地质特征， 主要是针对它们对瓦 斯保存或逸散所起的作用进行的。 含煤岩系的地质时代、 含煤性和岩性组合特征， 影响着煤层瓦斯的赋存。 含煤时代不同， 地质经历不同，形成和保存瓦斯的条件就有所差别；含煤性的优劣，生成和保存瓦斯量的多 少也不一样；而煤系岩性及其组合特征又直接影响着瓦斯的保存和逸散。所以，不同地质时 代含煤岩系的分布，也反映了瓦斯赋存的区域性特点。它不仅影响着瓦斯的分布，而且在一 定程度上也是控制突出分布的重要条件。 因为良好的瓦斯赋存地质条件是煤与瓦斯突出的重 要