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摘 要：我国蕴藏着丰富的煤矿资源，煤炭产量充足，但同时也是世界上煤矿瓦斯灾害最严重的国家之一。通过对潘庄区块地质构造、煤层概况、煤岩特性等进行研究，分析煤层气赋存影响因素，总结该区块煤层气赋存规律，为该区块的煤层气地面预抽采工作提供依据，也为矿井瓦斯治理工作提供重要指导。
关键词：煤层气；地质因素；赋存
我国是一个矿产资源大国，煤炭作为主要能源占一次能源的70%以上，煤炭产量占世界煤炭产量的50%左右，但煤炭工业在保障国家经济快速增长的同时，也使煤炭开采条件不断恶化，瓦斯灾害日趋严重[1]。影响矿井瓦斯含量的因素复杂，为了科学指导煤矿瓦斯灾害防治工作，合理开采煤层气资源，必须掌握开采煤层的瓦斯赋存规律。煤层气含量的多少主要取决于保存的条件，而不是生成煤层气量的多少，也就是说不仅取决于煤质牌号，更主要的是取决于储存煤层气的地质条件[2]。
一、区域地质概况
潘庄区块位于山西省晋城市西北，为晋煤集团寺河矿的一部分，其所在的沁水盆地总体表现为被周缘断裂所围限的矩形断块，主体部分呈北北东向展布，为一大型复式向斜。地质构造相对比较简单，仅在盆地边缘发育一些较大规模断裂，内部以次级褶皱为主，断裂以北东、北北东和北东东向高角度正断层为主，集中分布于盆地的西北部、西南部以及东南部边缘，盆地东北部及腹部地带断裂稀少。
二、区域煤储层概况
潘庄区块稳定发育的主要煤层有3#煤层、9#煤层和15#煤层，其中3#和15#煤层最稳定，该区主要可采煤层特征详见表1。
三、煤层气赋存规律影响因素
（一）地质构造
地质构造附近往往会出现瓦斯异常涌出，导致瓦斯超限，甚至发生瓦斯突出事故：一方面，开放型的地质构造有利于瓦斯排放，封闭型的地质构造有利于瓦斯封存；另一方面，地质构造附近煤层松软破碎，构造煤发育，比表面积增大，瓦斯吸附能力强，放散速度快[3]。
潘庄区块属典型的单斜构造，区内构造简单，主要以褶皱为主，断层稀少。区内褶皱主要为宽缓的背斜和向斜，褶皱形态宽缓、两翼基本对称，倾角较小，多为5～15°，褶皱轴线在平面上总体为近南北向，但多表现出“反S形”。主要断层为西北边界的寺头断层。寺头正断层走向为NE60°，倾向NW，倾角70°，落差为350m，延伸长度约10km。该断层对工作区内煤层气成藏有一定控制作用，是潘庄区块地下水动力条件的一个重要边界。
（二）煤层厚度
本区含煤地层为石炭—二叠系的太原组和山西组，总厚度约127～178m，平均146m，含煤21层，总厚度9.9～17.8m，平均13.4m，含煤系数9.10%，煤层厚度都具有从北到南逐渐变厚的趋势，其中3#煤层稳定较厚，煤厚6.02～6.73m，平均6.18m，含气量16.32～27.96m3/t，平均21.92m3/t，具有中部含气量较高，周边含气量逐渐降低的分布状况。
（三）煤层埋深
本区煤层在华北盆地奥陶系在经历了长期的风化剥蚀后，于晚石炭世开始沉降并接受沉积，并依次经历了印支、燕山和喜马拉雅三次构造运动，形成了被断裂切割成一系列断块构造形态，从而改变了煤层的原有埋藏深度，在阶梯断块的翘起端和地垒中，煤层埋深变浅；在阶梯状断块的倾斜端和地堑中，沉降幅度大，上覆第三、四系厚度大，煤层埋藏较深。通过对潘庄区块多口煤层气井的3#煤的埋深统计，得出本区3#煤埋深为327.42～429.42m，平均为347.23m，整体上具有从西向东逐渐增厚的趋势，但3#煤层含气量呈现中部偏高、周边逐渐降低的分布，因此，煤层埋藏深度与含气量之间没有具体规律可循。
（四）煤的变质程度
研究表明，在其他条件相同的情况下，煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越大。在同一煤田，煤吸附瓦斯的能力随变质程度的提高而增大。因此，在同一温度和压力条件下，变质程度高的煤层通常能保存更多的瓦斯[3]。本区煤属腐植型无烟煤，煤岩成份以亮煤和暗煤为主，其次为镜煤。煤中显微组分以镜质组为主，其次为惰质组。煤的镜质组反射率（Rmax）为3.80～4.25%，属于高煤级无烟煤，煤化程度较高，煤层具有较大的煤层气吸附量。
（五）顶底板岩性
本区3#煤层底板为泻湖沼泽相的具菱铁质结核的泥岩，有时相变为粉砂岩，一般厚10m；直接顶板多为三角洲分流间湾相的含菱铁质结核的泥岩、粉砂岩，厚度变化较大，一般在3m左右。3#煤层顶底板的泥岩及粉砂岩比较致密坚硬，渗透率低，有利于煤层气赋存于煤层中。本区15#煤层一般有0.48m的泥岩伪顶，直接顶为K2灰岩，厚6.49～12.92m，一般9.9m；底板为泥岩，全区稳定。K2灰岩为裂隙岩溶含水层，单位涌水量0.0008～0.561/s.m，含水性弱，透气性差，渗透率低，因此15#煤层的气含量一般高于3#煤层。本区9#煤层顶板主要为泥岩、粉砂岩和粉砂质泥岩，底板主要为泥岩和粉砂岩，围岩封闭条件好，有利于煤层气的保存。
（六）水文地质条件
本区地下水文地质系统属阳城延河泉域，位于地下水滞留区，水文地质条件属简单类型。本区煤系中主要含水层与煤层间多存在直接的水力联系，其中与山西组煤层有水力联系的是砂岩裂隙含水层（如K8砂岩）；与太原组煤层有水力联系的是太原组灰岩裂隙岩溶含水层（如K2灰岩）；煤系下伏的奥灰岩溶含水层，由于存在峰峰组弱含水层和本溪组铝土质岩地层阻隔，其对煤层气储集和开采的影响仅仅是潜在性的。煤系储水层渗透性差，含水性和流动性都很弱，有利于煤层气的保存。
四、结论
影响煤层气赋存的因素是多方面的，在分析各种因素对潘庄区块煤层气赋存的影响后，可以得到如下结论：
（一）潘庄区块的寺头断层对工作区内煤层气成藏有一定控制作用，其单斜的简单地质构造也利于煤层气赋存。
（二）潘庄区块总体煤层条件良好，为煤层气的赋存提供了物质基础，其中3#煤层稳定较厚，具有中部含气量较高，周边含气量逐渐降低的分布状况，但3#煤层埋深与含气量总体关系复杂，没有具体规律可循。
（三）潘庄区块煤属腐植型无烟煤，变质程度高，同时，煤层顶底板围岩封闭条件好，均对煤层气的保存十分有利。
（四）潘庄区块水文地质条件简单，含水层发育，且位于地下水滞流区，煤系储水层渗透性差，含水性和流动性都很弱，有利于煤层气的保存。
关键词：煤层气；地质因素；赋存
我国是一个矿产资源大国，煤炭作为主要能源占一次能源的70%以上，煤炭产量占世界煤炭产量的50%左右，但煤炭工业在保障国家经济快速增长的同时，也使煤炭开采条件不断恶化，瓦斯灾害日趋严重[1]。影响矿井瓦斯含量的因素复杂，为了科学指导煤矿瓦斯灾害防治工作，合理开采煤层气资源，必须掌握开采煤层的瓦斯赋存规律。煤层气含量的多少主要取决于保存的条件，而不是生成煤层气量的多少，也就是说不仅取决于煤质牌号，更主要的是取决于储存煤层气的地质条件[2]。
一、区域地质概况
潘庄区块位于山西省晋城市西北，为晋煤集团寺河矿的一部分，其所在的沁水盆地总体表现为被周缘断裂所围限的矩形断块，主体部分呈北北东向展布，为一大型复式向斜。地质构造相对比较简单，仅在盆地边缘发育一些较大规模断裂，内部以次级褶皱为主，断裂以北东、北北东和北东东向高角度正断层为主，集中分布于盆地的西北部、西南部以及东南部边缘，盆地东北部及腹部地带断裂稀少。
二、区域煤储层概况
潘庄区块稳定发育的主要煤层有3#煤层、9#煤层和15#煤层，其中3#和15#煤层最稳定，该区主要可采煤层特征详见表1。
三、煤层气赋存规律影响因素
（一）地质构造
地质构造附近往往会出现瓦斯异常涌出，导致瓦斯超限，甚至发生瓦斯突出事故：一方面，开放型的地质构造有利于瓦斯排放，封闭型的地质构造有利于瓦斯封存；另一方面，地质构造附近煤层松软破碎，构造煤发育，比表面积增大，瓦斯吸附能力强，放散速度快[3]。
潘庄区块属典型的单斜构造，区内构造简单，主要以褶皱为主，断层稀少。区内褶皱主要为宽缓的背斜和向斜，褶皱形态宽缓、两翼基本对称，倾角较小，多为5～15°，褶皱轴线在平面上总体为近南北向，但多表现出“反S形”。主要断层为西北边界的寺头断层。寺头正断层走向为NE60°，倾向NW，倾角70°，落差为350m，延伸长度约10km。该断层对工作区内煤层气成藏有一定控制作用，是潘庄区块地下水动力条件的一个重要边界。
（二）煤层厚度
本区含煤地层为石炭—二叠系的太原组和山西组，总厚度约127～178m，平均146m，含煤21层，总厚度9.9～17.8m，平均13.4m，含煤系数9.10%，煤层厚度都具有从北到南逐渐变厚的趋势，其中3#煤层稳定较厚，煤厚6.02～6.73m，平均6.18m，含气量16.32～27.96m3/t，平均21.92m3/t，具有中部含气量较高，周边含气量逐渐降低的分布状况。
（三）煤层埋深
本区煤层在华北盆地奥陶系在经历了长期的风化剥蚀后，于晚石炭世开始沉降并接受沉积，并依次经历了印支、燕山和喜马拉雅三次构造运动，形成了被断裂切割成一系列断块构造形态，从而改变了煤层的原有埋藏深度，在阶梯断块的翘起端和地垒中，煤层埋深变浅；在阶梯状断块的倾斜端和地堑中，沉降幅度大，上覆第三、四系厚度大，煤层埋藏较深。通过对潘庄区块多口煤层气井的3#煤的埋深统计，得出本区3#煤埋深为327.42～429.42m，平均为347.23m，整体上具有从西向东逐渐增厚的趋势，但3#煤层含气量呈现中部偏高、周边逐渐降低的分布，因此，煤层埋藏深度与含气量之间没有具体规律可循。
（四）煤的变质程度
研究表明，在其他条件相同的情况下，煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越大。在同一煤田，煤吸附瓦斯的能力随变质程度的提高而增大。因此，在同一温度和压力条件下，变质程度高的煤层通常能保存更多的瓦斯[3]。本区煤属腐植型无烟煤，煤岩成份以亮煤和暗煤为主，其次为镜煤。煤中显微组分以镜质组为主，其次为惰质组。煤的镜质组反射率（Rmax）为3.80～4.25%，属于高煤级无烟煤，煤化程度较高，煤层具有较大的煤层气吸附量。
（五）顶底板岩性
本区3#煤层底板为泻湖沼泽相的具菱铁质结核的泥岩，有时相变为粉砂岩，一般厚10m；直接顶板多为三角洲分流间湾相的含菱铁质结核的泥岩、粉砂岩，厚度变化较大，一般在3m左右。3#煤层顶底板的泥岩及粉砂岩比较致密坚硬，渗透率低，有利于煤层气赋存于煤层中。本区15#煤层一般有0.48m的泥岩伪顶，直接顶为K2灰岩，厚6.49～12.92m，一般9.9m；底板为泥岩，全区稳定。K2灰岩为裂隙岩溶含水层，单位涌水量0.0008～0.561/s.m，含水性弱，透气性差，渗透率低，因此15#煤层的气含量一般高于3#煤层。本区9#煤层顶板主要为泥岩、粉砂岩和粉砂质泥岩，底板主要为泥岩和粉砂岩，围岩封闭条件好，有利于煤层气的保存。
（六）水文地质条件
本区地下水文地质系统属阳城延河泉域，位于地下水滞留区，水文地质条件属简单类型。本区煤系中主要含水层与煤层间多存在直接的水力联系，其中与山西组煤层有水力联系的是砂岩裂隙含水层（如K8砂岩）；与太原组煤层有水力联系的是太原组灰岩裂隙岩溶含水层（如K2灰岩）；煤系下伏的奥灰岩溶含水层，由于存在峰峰组弱含水层和本溪组铝土质岩地层阻隔，其对煤层气储集和开采的影响仅仅是潜在性的。煤系储水层渗透性差，含水性和流动性都很弱，有利于煤层气的保存。
四、结论
影响煤层气赋存的因素是多方面的，在分析各种因素对潘庄区块煤层气赋存的影响后，可以得到如下结论：
（一）潘庄区块的寺头断层对工作区内煤层气成藏有一定控制作用，其单斜的简单地质构造也利于煤层气赋存。
（二）潘庄区块总体煤层条件良好，为煤层气的赋存提供了物质基础，其中3#煤层稳定较厚，具有中部含气量较高，周边含气量逐渐降低的分布状况，但3#煤层埋深与含气量总体关系复杂，没有具体规律可循。
（三）潘庄区块煤属腐植型无烟煤，变质程度高，同时，煤层顶底板围岩封闭条件好，均对煤层气的保存十分有利。
（四）潘庄区块水文地质条件简单，含水层发育，且位于地下水滞流区，煤系储水层渗透性差，含水性和流动性都很弱，有利于煤层气的保存。