2013陕西省区域性瓦斯地质分带研究

  本文关键词：陕西省区域性瓦斯地质分带研究，由笔耕文化传播整理发布。

第41卷 第2期 2013年4月

煤田地质与勘探

COAL GEOLOGY & EXPLORATION

Vol. 41 No.2 Apr. 2013

文章编号: 1001-1986(2013)02-0012-04

陕西省区域性瓦斯地质分带研究

王 英1，范立民2，安秀煜3

(1. 西安科技大学地质与环境学院，陕西 西安 710054；

2. 陕西省地质调查院，陕西 西安 710065； 3. 陕西煤业化工技术研究院，陕西 西安 710065)

摘要: 瓦斯地质规律和瓦斯地质区划研究是煤矿瓦斯宏观管理和瓦斯资源科学利用的基础和依据。根据陕西省“三级”瓦斯地质编图成果，系统分析和研究了陕西省瓦斯地质规律。结果显示：陕西省瓦斯地质条件复杂，多样化特点明显；瓦斯赋存与分布受多种地质因素影响，其中地质构造是主控因素。文章还根据陕西瓦斯地质条件和瓦斯分布与变化特征，在全区划分出榆林单斜低瓦斯带、延安单斜低瓦斯带、黄河断褶高瓦斯带、渭北断隆高瓦斯带和秦巴构造系高瓦斯带等5个区域性瓦斯地质带。这不仅对全省煤矿瓦斯管理与煤层气开发利用具有重要的现实意义，而且对于全国瓦斯地质规律研究和丰富瓦斯地质理论与方法也有一定的理论意义。 关 键 词：瓦斯；瓦斯地质分带；构造控气；瓦斯地质图；陕西省

中图分类号：P618.11 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2013.02.003

Regional gas geological zonation in Shaanxi Province

WANG Ying1, FAN Limin2, AN Xiuyu3

(1. College of Geology and Environment, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710054, China;

2. Shaanxi Geological Survey, Xi'an 710065, China;

3. Shaanxi Coal and Chemical Technology Institute, Xi'an 710065, China) Abstract: Study on gas geological regularities and gas geologic zoning is foundation and basis of coal mine gas resources macro-management and scientific utilization. Based on the achievements of compiling gas geological maps of three levels of Shaanxi Province, the paper analyzed systematically and studied deeply the gas geological regularities in Shaanxi Province. It came to the conclusion that in Shaanxi Province gas geological conditions are complex and have significant various features. Gas occurrence and distribution have been influenced by many geological factors, among them geological structure is dominant controlling factor. On the basis of gas geological conditions and gas distribution as well as variation characteristics, 5 regional gas zones have been divided in the province. It has not only important practical significance for management and development of coal mine gas, but also some theoretical importance for research on gas geological regularities and enrichment of gas geological theo-ries and methods in China.

Key words: gas; gas geological zonation; structural control of gas; gas geological map; Shaanxi Province

煤矿瓦斯既是一种危害煤矿安全的不良因素，又是一种可抽采利用的洁净能源。瓦斯地质区划是煤矿瓦斯宏观管理和科学利用的基础，是瓦斯地质条件和瓦斯赋存规律的综合反映，是预测煤矿瓦斯含量变化和煤与瓦斯突出的依据[1-2]。

陕西省南北狭长，地跨华北陆块、秦祁昆造山系和扬子陆块等多个大地构造单元；发育有寒武系、石炭-二叠系、三叠系和侏罗系等不同地质时代、不同类型的含煤岩系；瓦斯地质背景复杂，多样化特点明

显，各煤田(矿区)瓦斯地质条件和瓦斯危害程度差异很大。

长期以来，陕西省内的瓦斯地质规律和区划研究仅局限于矿井和矿区层面，缺乏全省系统性宏观研究，这给相关主管部门和规划部门宏观管理煤矿瓦斯与规划利用瓦斯(煤层气)资源带来了一定困难。本文以2009年(国家能源局部署的)全国煤矿瓦斯地质编图工作为基础，根据陕西省矿区、矿井、采掘工作面三级瓦斯地质图编制成果，在系统研究和深入分析瓦

收稿日期:2012-03-29

基金项目: 国家能源局全国煤矿瓦斯地质编图项目(国能煤炭[2009] 117号)

作者简介: 王 英(1959—)，男，陕西蒲城人，教授，从事煤地质和矿井地质教学与研究工作.

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王 英等: 陕西省区域性瓦斯地质分带研究 · 13 ·

斯地质规律的基础上，提出了陕西省区域性瓦斯地质分带方案，总结了各瓦斯地质分带的主要特征，以期对全省煤矿瓦斯管理与治理以及煤层气开发利用提供依据，并为全国瓦斯地质规律和瓦斯地质理论研究提供参考。

1 瓦斯赋存的地质规律

1.1 地质构造对瓦斯的控制

地质构造控制煤的形成与富集，也控制着瓦斯的赋存

[3-4]

。陕西高瓦斯区域基本分布于两个地质单元

的复合过渡地带，如彬长矿区位于彬黄坳褶带与庆阳单斜的过渡地带，焦坪矿区位于彬黄坳褶带与铜韩断褶带的交接部位，黄陵矿区位于彬黄坳褶带与延安单斜的过渡地带，韩城北区位于铜韩断褶带与黄河断褶带的复合部位，这些矿区均为高瓦斯矿区。

低瓦斯区大都位于隆升构造单元的斜坡地带，如处于瓦斯风氧化带的陕北侏罗纪煤田所在的榆林单斜，实则是北部近东西向伊盟隆起西南坡的组成部分；渭北煤田低瓦斯区的铜川矿区、蒲白矿区和澄合矿区现有生产矿井也都位于渭北断隆带的斜坡地带。陕西的断裂构造多集中在渭北断隆与渭河断陷的过渡地带，并以NEE-NE向张性开放型断裂为主，，常常形成瓦斯逸散的通道，这是造成渭北煤田韩城南区以西瓦斯含量普遍偏低的主要原因，也是导致韩城矿区南低北高的主要原因，韩城南区以断层为主，而北区以褶皱为主。在渭北煤田内部北西向等其他方向的断层往往成带分布，也以正断层为主，在断层带附近，煤层瓦斯含量和矿井瓦斯涌出量往往偏低。如蒲白矿区杜康沟逆断层以南，有数条断距在100~300 m的大型正断层，呈北东向斜交于杜康沟逆断层之上；在铜川矿区和澄合矿区边浅部以及韩城矿区的边浅部和南区，张性断裂也比较发育，这些区域甲烷浓度和含量普遍较小。然而，在小断层密集区，由于煤体结构遭到了不同程度的破坏，煤层微裂隙增加，导致瓦斯相对富集，瓦斯涌出量偏高。如象山煤矿北一采区的小断层较为密集，绝对瓦斯涌出量平均9 m3

/min；而南一采区的小断层稀少, 煤体结构较为完整，瓦斯涌出量仅为3 m3/min。

褶皱构造尤其是压扭性褶皱构造较发育的地区，煤层受到强烈挤压和揉搓，煤体结构遭到破坏，变得疏松，产生大量微裂隙，使煤的孔隙度和比表面积增加，有利于煤层瓦斯的局部富集，韩城北区、黄陇侏罗纪煤田西南部偏高并多次发生瓦斯事故均与此有关。同时，在褶皱发育、断层相对稀少的地区，向斜

轴部往往压应力集中，矿井瓦斯涌出量也相对较高(图1)，加之陕西省内的褶皱构造多有长期继承性发展的特点，向斜轴部煤层和厚度较大，成气物质较多，地应力逐渐集中，导致瓦斯含量较高；而在背斜轴部部位，成气物质较少，并受到拉伸作用，构造相对发育，常常形成低瓦斯区。这一点在黄陇侏罗纪煤田的彬长、焦坪和黄陵矿区表现的尤为明显[5-6]，矿井瓦斯涌出量与煤层底板标高呈现出显著的正相关关系。大佛寺煤矿4号煤层瓦斯含量较高的钻孔，如D32、D78和D180钻孔瓦斯含量分别为6.29 m3/t、5.20 m3/t和4.42 m3/t，就位于井田内主要向斜(师家店向斜)轴部区域；瓦斯含量较低的钻孔则分布于师家店向斜轴部区域的两侧。

图1 陈家山煤矿瓦斯聚集区和喷出点在向斜轴部的分布

Fig.1 Gas accumulation area and blowout point in synclinal

axis in Chenjiashan mine

1.2 煤层顶底板岩性对瓦斯赋存的影响

当煤层顶板为泥岩、砂质泥岩、碳质泥岩等致密岩层时，在构造运动过程中，岩层多发生塑性变形，原生结构保存较为完好，对煤层瓦斯常常起到封闭作用，有利于瓦斯保存，这些区域煤层瓦斯含量和矿井瓦斯涌出量往往较高，泥岩等致密岩层越厚，越有利于瓦斯保存；而当煤层顶板为砂岩等脆性岩石时，在构造运动中多发生破裂变形，导致煤层瓦斯通过其孔隙和裂隙逸散，煤层瓦斯含量和矿井瓦斯涌出量会比较低。如焦坪矿区[7-8]，其南部的3对矿井煤层顶板以泥岩、砂质泥岩、粉砂岩等致密岩层为主，3矿井均为高瓦斯矿井；而位于北部的玉华煤矿，其井田中发育多条同声冲刷带，冲刷带内的含煤区域煤层顶板多为细砂岩或粗砂岩，瓦斯赋存量较少，为焦坪矿区大型矿井中唯一个低瓦斯矿井。

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煤田地质与勘探 第41卷

1.3 煤层厚度及煤层埋深对瓦斯赋存的影响

在一个井田或一个矿区的小范围内，煤层厚度与瓦斯之间的关系表现得更为密切，煤层厚度越大，瓦斯含量越高。陕西各矿区的大多数矿井均呈现这一特点，尤其在黄陇侏罗纪煤田表现突出。因此，煤层厚度是瓦斯涌出量预测的一个重要指标。

煤层埋深与瓦斯有着密切的关系，随着煤层埋深的增加，矿井瓦斯涌出量逐渐增大(图2)，这不仅在煤层埋深变化较大的区域(如渭北煤田、黄陇煤田和陕北石炭?二叠纪煤田)表现明显，而且在煤层埋深变化不大的陕北侏罗纪煤田中也有所表现。渭北煤田、黄陇煤田和陕北石炭?二叠纪煤田边浅部基本上属于瓦斯风化带，而向深部瓦斯明显增高。如渭北煤田的铜川、蒲白和澄合3个矿区，埋深300 m以浅，瓦斯成分以N2为主，甲烷含量一般都小于4 mL/g；而韩城矿区，煤层埋深在1 000 m左右时，甲烷含量已达到19.99 m3/t，甲烷含量随深度增加而增大的特点，在本煤田中表现得极为明显。

图2 矿井瓦斯相对涌出量与工作面埋藏深度的关系

Fig.2 The relationship between relative gas inflow and burial

depth of mining face

2 区域性瓦斯地质分带特征

根据瓦斯分布与变化特征，结合大地构造单元划分，可将陕西省煤矿瓦斯(煤层气)分布划分为榆林单斜低瓦斯带、延安单斜低瓦斯带、黄河断褶高瓦斯带、渭北断隆高瓦斯带、秦巴构造系高瓦斯带等5个带(图3)。

a. 榆林单斜低瓦斯带

该瓦斯带位于陕北北部陕、宁、蒙接壤地带，沿靖边—神木一线大致呈NE45°延展，西到陕宁交界，东止黄河断褶带，几乎涵盖整个陕北侏罗纪煤田。主体构造为榆林单斜，其东北部边缘跨伊盟隆起一角，岩层近于水平。可采及局部可采煤层9层，各煤层厚度变化均较小，煤层埋深多不足200 m，顶板岩性多为砂岩和泥岩。煤层瓦斯含量含量很小，均在瓦斯风氧化带内，矿井无瓦斯或涌出量极小，矿井绝对瓦斯涌出量基本都在2 m3/min以下，相对瓦斯涌出量不足1.5 m3/t。

图3 陕西省瓦斯地质分区略图

Fig.3 Gas geological zonation in Shaanxi province

b. 延安单斜低瓦斯带

该瓦斯带基本位于陕北黄土高原腹地、延安及其周边区域，北邻榆林单斜低瓦斯带，南与渭北断隆相接，基本涵盖整个三叠纪煤田，带内发育三叠纪煤系，主体构造为榆林单斜，东北部边缘跨伊盟隆起一角，岩层近于水平。目前，该瓦斯带主要处于资源勘查阶段，未参加本次瓦斯地质编图，勘查资料显示，其瓦斯含量不高。c. 渭北断隆高瓦斯带

该瓦斯带位于陕北黄土高原南缘、桥上以北地区，北邻延安单斜低瓦斯带，南与渭河断陷毗邻，呈北东东向展布，渭北煤田、黄陇煤田均分布于此带内。发育石炭-二叠系和侏罗系两套含煤地层，侏罗纪煤系主要赋存于其北部的彬黄坳褶带内，石炭?二叠纪煤系分布于南部铜韩断褶带内。彬黄坳褶带主要由一系列北东向排列、北西向分隔的串珠状含煤坳陷群所组成，断层稀少；铜韩断褶带主体呈向北西倾斜的挠褶构造，断层主要沿挠褶构造的顶部边沿呈近东西向分布，挠褶部底断层稀少，煤层平缓，一般在10°以下。该瓦斯带东西两端均为高瓦斯区，中部为低瓦斯

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王 英等: 陕西省区域性瓦斯地质分带研究 · 15 ·

区。西端彬长矿区最大绝对瓦斯涌出量77.71 m3/min，相对涌出量67.82 m3/t；东端最大绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量分别为17.4 m3/min和143.17 m3/t，陕西的煤与瓦斯突出矿井也均集中于该瓦斯带东端。其中，彬长矿区、韩城矿区及以北的宜川勘查区是瓦斯地面抽采的有利地段。

d. 黄河断褶高瓦斯带

该瓦斯带沿晋陕边界呈南北向展布，由一系列近南北向断裂与褶皱构成，东与山西台隆相邻，西接榆林单斜、延安单斜、铜韩断褶带，在陕西境内基本表现为低强度断隆构造，陕北石炭?二叠纪煤田即沿此带分布。位于其中的陕西北部的府谷矿区，煤系地层向西倾斜，边部地层较陡，向西逐渐变缓甚至近于水平。目前所有矿井均在浅部开采，矿井瓦斯涌出量较低，最大瓦斯绝对涌出量和相对涌出量均不大于2 m3/min和2 m 3/t，但根据煤层瓦斯含量和已采区梯度法预测，随着向深部推进，相对瓦斯涌出量最高可达15 m3/t以上。故将该带定为高瓦斯带。

e. 秦巴构造系高瓦斯带

陕南秦巴山区煤层赋存范围小，成煤时代多，分布零星，煤矿大多为小窑式开采，开采深度不大，矿井瓦斯等级普遍不高。但仍有些煤矿的瓦斯相对涌出量高达15 m3/t以上，如镇坪县大河煤矿相对瓦斯涌出量绝对瓦斯涌出量为0.50~1.10 m3/min。为7.20~15.84 m3/t，

考虑到秦巴山区秦岭造山带的地质构造、煤层厚度、煤层埋深、煤层围岩特征以及水文地质条件等变化大，瓦斯赋存条件复杂，故将其定为高瓦斯带。

瓦斯赋存既与聚煤期和成煤条件有关，又受煤质、煤级、地质构造、水文地质和煤层埋深、煤层厚度等多

种地质因素所影响。

b. 陕西省瓦斯赋存与分布主要受控于地质构造的发育与分布特征。韩城矿区以压扭性构造为主，瓦斯相对富集，多形成高瓦斯、煤与瓦斯突出矿井；蒲白、澄合和铜川矿区以张性断裂构造为主，有利于瓦斯逸散，矿区均为瓦斯矿井；彬长、旬耀和焦坪矿区以褶皱构造为主，向斜轴部煤层厚度大，瓦斯含量高，常形成高瓦斯矿井。

c. 根据陕西瓦斯地质条件和瓦斯分布与变化特征，可在全省范围内划分出榆林单斜低瓦斯带、延安单斜低瓦斯带、黄河断褶高瓦斯带、渭北断隆高瓦斯带和秦巴构造系高瓦斯带等5个区域性瓦斯地质带。

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4 结 论

a. 陕西省瓦斯地质条件复杂，多样化特点明显。

(上接第11页)

晚三叠世曲线下降，斜率大，代表盆地快速大幅沉降；侏罗纪—白垩纪，曲线上升—下降—上升，反映盆地在燕山期小幅抬升—沉降—大幅隆升剥蚀；新生代以来，曲线继续上升后又下降，反映盆地在喜马拉雅期抬升剥蚀后又继续沉降。

b. 沁水盆地中北部地区沉降作用具有明显的迁移规律：自晚古生代至新生代，沉降作用总体自南向北迁移；晚古生代沉降作用在西南部交口地区最为显著，中生代迁移至中部榆社—来远地区，新生代继续向北迁移至西北部窑子头地区。

江汉石油学院学报，2010，32(5)：199?203.

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