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摘要 ：通过对四川省川南煤田古叙矿区煤层与煤层气富集的关系，分析评价了影响煤层气富集的几种主要因素。着重评价了煤层对煤层气富集的影响。
关键词： 煤层气 储层 煤层 含气量 古叙矿区
影响煤层气富集的主要因素有煤层、围岩、构造、水文地质条件等。其中煤层既是生气层，又是储气层，因而它与煤层气的富集密切相关。影响煤层气富集的因素主要表现在以下几方面。
1 煤层
1.1 煤层厚度
煤层的几何状态，即三维空间的展布对煤层气资源评价具有重要意义。煤层厚度、稳定性对煤层的生气量和资源量规模起着决定性作用，而且煤层气井产气量与煤层厚度密切相关。煤是煤层气的母质，在同等条件下，煤层愈厚，生气量愈大，煤层气丰度（单位面积的煤层气资源量）也愈高。区内C19、C25煤层厚度较大，稳定性好，分布面积广，资源量亦大（分别为1554136m3、897261 m3，占总资源量的37.1%和21.4%）。
古叙矿区内（以下简称“区内”）各煤层平均可采厚度0.96～1.95m，其中最大为C19煤层（平均厚1.95m），C20煤层最小（平均厚0.96m）。区内除C23煤层含气量较高，资源丰度较高外，其它煤层厚度与资源丰度均表现出较显著的正相关关系，即煤层厚度大，资源丰度亦高（插图1），各矿段平均可采煤层厚度2.58～7.88m，最高为石屏～岔角滩段，厚7.88m。各矿段平均可采煤层总厚与资源丰度亦存在显著的正相关关系（见插图2），其中古蔺矿段石屏～滩角岔段、大村、石宝矿段可采煤层总厚较大，资源量亦大，资源丰度也较高，是区内煤层气资源的富集地段。
1.2 煤的物质成分
煤中的有机物质是煤层气生成的物质基础，其基本要素是有机质丰度。有机质丰度越高，生气性能越好。煤中有机质丰度可直接用灰分产率和煤岩显微组分来评价。
各煤层平均灰分产率为2l～30%，其相应的近似有机质丰度为70～79%，有机质丰度较高。各煤层煤的有机组分含量为72～93%，绝大部分在80%以上，因此，区内各煤层煤的有机质丰度较高。煤层气生成物质基础较好，是本区含气量普遍较高的重要原因之一。
由于各煤层灰分产率不同，有机质含量则不同，因此，各煤层含气量也不同，灰分与含气量呈显著的负相关关系。灰分升高，有机质减少，含气量降低，反之，含气量升高。C19、C23煤层含气量较高，C24煤层含气量较低，有机质含量的多少是重要的地质原因。C25煤层灰分较低，有机质含量高，而含气量却较低，显然是受到其它控制因素的影响。
同一煤层在不同的矿段内，含气量与灰分亦存在显著的负相关关系（插图3）。
1.3 煤的变质程度
煤的变质程度对煤层气含量的影响主要是通过对煤的生气量和吸附能力的控制作用来体现。大量的研究证明，煤的生气量随着煤变质程度的增加而增大，对甲烷的吸附能力也逐渐增大。
区内各煤层均为无烟煤（03号），具有较高的变质程度，实测含气量平均为12.36 m3/t.煤，含气量较高。等温吸附试验最大吸附量（a′）22.208～37.985 m3/t，具有较强的吸附能力。
1.4 煤储层孔隙及裂隙发育程度
孔隙及裂晾为煤层气提供储存空间和运移通道。煤储层中孔隙及裂隙发育程度与煤层气富集密切相关。
区内煤层孔隙率为3.23～15.6l%，平均8%左右。煤的变质程度较高，内生裂隙较发育；本区经历了多期构造作用，外生裂隙也较发育。因此，区内煤储层为煤层气的储集准备了较为充分的空间，是煤层气富集的有利因素之一。
1.5 煤层埋深
煤储层埋深是控制煤层含气性很重要的地质因素，直接影响到煤储层的压力和保存条件。
区内煤层含气量总体上随埋深的增加而增大，但受多种控制因素的影响，其相关性较差。在接近露头埋深较浅的地段，风化裂隙发育，地下水活动强烈，煤层气一部分沿裂隙向大气逸散，一部分溶于地下水被带走，形成煤层气风化带，含气量低，绝大部分在4 m3/t.煤以下。在风化带以下，随着上述条件的改变，含气量明显增高（实测含气是平均12.6m3/t.煤）。因此，区内各煤层在风化带以下至埋深1500m范围内具有较高含气量。
2 圍岩（煤层的封盖性能）
围岩封盖性能的好坏，决定了煤层气的保存和逸散条件，而封盖性能又与围岩的岩石类型及组合密切相关。因此，了解围岩的类型及组合，可以从宏观上评价封盖性能的好坏。
C13、C14煤层顶板在古蔺复背斜的北翼以粉～砂岩类为主，封盖性能相对较差；南翼以泥岩为主，封盖性能较好。C19、C25煤层顶板以粉～砂岩类为主，封盖性能较差。C20煤层顶板在背斜北翼以泥岩为主，封盖性能较好；南翼以粉～砂岩类为主，封盖性能较差，C23煤层顶板以泥岩类为主，封盖性能较好。C24煤层在大村矿段顶板以泥岩类为主，封盖性能较好，其余地段以粉～砂岩类为主，封盖性能相对较差。各煤层底板均以泥岩为主，封盖性能均较好。值得注意的是，砂岩类顶板由于具有丰富的孔隙，也是煤层气良好的储集层，在今后的煤层气勘探中应对那些厚度大、分布面积广的砂岩引起足够的重视。
含煤岩系的岩性由砂岩、泥岩及煤层组成，属砂泥岩互层类型围岩。砂泥岩互层围岩随泥质含量增加，最大孔隙直径和优势孔减小，其封盖能力增强。按泥岩类所占砂泥岩互层组合比例可以分为非均质（泥岩类<50%）和均质围岩（泥岩类>50%）。区内围岩中泥类含量46～62%（见插表1），为均质围岩或接近均质围岩，封盖性能较好。
3 构造对煤层气的控制
构造因素直接或间接控制着含煤岩系形成和煤层气的生成聚集，是地质因素中最为重要而直接的控气因素。在聚煤时期，构造控制着含煤岩系和煤层形成发育的特征，控制着煤层气的生、储、盖潜势；在聚煤后期，构造特征及其演化通过对构造变形和热历史的限定，不仅对煤层气生、储、盖性能产生影响，而且直接控制煤层气的运、聚、保特征，从而决定着特定地区煤层资源的开发潜力。 本区含煤岩系及媒层的形成发育史，煤层生气史与构造演化史之间有良好的配置关系，使本区具有煤层气保存较有利的构造条件，因此，区内煤层中含气量普遍较高。
现将区内控制层气的褶皱和断裂叙述如下：
3.1 褶皱
落叶坝背斜轴部施工的3个钻孔各煤层（C25煤层受下部茅口组含水层影响，含气量普遍较低未参与统计）平均含气量6.60 m3/t.煤，低于背斜两翼的沈家山、落叶坝井田I11.50 m3/t.煤的平均值。堡子山背斜轴部及附近施工的5个钻孔各煤层（除C25煤层）平均含气量为7.83 m3/t.煤，亦低于全矿段14.96 m3/t.煤的平均值。与此相反，主体构造为二郎坝向斜的大村矿段，其平均含气量为13.73 m3/t.煤，高于区内各矿段，位于向斜翘起端的45—33号孔，各煤层平均含气量达17.30 m3/t.煤，又高于全矿段的平均值，因此，向斜翘起端是煤层气的富集部位。以石宝向斜为主体构造的石宝矿段，其平均含气量为10.02 m3/t.煤，相对其它矿段要低。造成这种现象的原因，是该矿段含气量数据较少（仅5个），且全部分布在埋深400m以浅。石宝矿段的煤层发育情况及构造、水文地质条件与大村矿段相似，可以推断其含气量也应与大村矿段接近。
综上所述，背斜构造张性裂隙相对发育，地下水向两翼迳流，活动较强烈，易于造成煤层气的逸散，含气量比翼部相对较低。向斜构造压性裂隙相对发育，地下水在两翼接受补给，向轴部迳流，对煤层气起到一定的封堵作用，因而含气量较高。但不同的构造部位其含气性存在较大的差异。
3.2 斷裂
区内断裂构造总体上不太发育，且以压性断裂为主，总体上对煤层气保存有利，但在一些区域性张性断裂对煤层的富集影响较大。而压性断裂附近煤层气含量则无明显变化。
大村矿段F60、F68断层均为走向正断层，规模较大，破碎带宽，两侧羽状断裂发育。断层均切穿了长兴组、茅口组石灰岩含水层，与含煤岩系发生了水力联系，断层含水性和导水性均较强，造成了煤层气大量散失。断层附近施工的3个孔各煤层（除C25煤层）平均含气量为6.87 m3/t.煤，低于全矿段14.891 m3/t.煤（除C25煤层）的平均值，尤其是8—7号孔揭露的各煤层含气量几乎为0。
4 水文地质条件对煤层气的影响
水文地质条件是影响煤层气保存的重要因素之一，在不同的水文地质条件下，煤层气的保存状态有很大的差异。
区内含煤岩系均出露地表形成地下水的地表补给区，煤储层暴露于地表或距地表较近，风化剥蚀较为严重，风化裂隙发育，煤层气沿裂隙向大气逸散。由于大气降水（或地表水）沿裂隙向煤储层深部运移，在地下水的运移过程中，将溶于水的煤层气带走，是煤层气散失的又一通道。因此，在补给区内煤层气的散失速度和散失量都很大，含气量极低。
补给区以下，地下水沿地层倾斜方向向深部迳流，形成地下水的迳流区，在这一区域，煤储层中的煤层气溶于水而被带走，煤层气含量也会降低。在浅部地下水迳流强度大，含气量较低，随着深度的增加，迳流强度减弱，含气量逐渐增高。
含煤岩系被河流切割时，地下水往往在河谷中以泉的形式排泄，形成地下水排泄区，这一区域煤层气的散失特点与处于补给区的情况类似，即煤层气被地下水携带和沿裂隙逸散，含气量也较低。
在各次级水文地质单元河流标高以下，地下水处于缓慢迳流或滞流状态，静水压力增大，煤层气被封闭于煤储层中，散失量微弱，因而含气量普遍较高。
含煤岩系与上覆长兴灰岩之间除浅部风化裂隙发育带和局部构造断裂发育带发生水力联系外，相互问水力联系微弱，对煤层气富集的影响不大。含煤岩系下伏茅口灰岩，在各次级水文地质单元河流标高以下，由于岩溶、裂晾发育和基底不平等原因，使含煤岩系底部隔水层常常遭到破坏，甚至发生陷落，造成茅口组与含煤岩系发生水力联系，导致含煤岩系底部C25煤层含气量普遍偏低，风化带下限比其它煤层深。堡子山背斜张性裂隙发育，茅口灰岩对C25煤层的影响更为突出，在侵蚀基准面之上，含气量普遍小于4 m3/t.煤。
茅口组含水层对C25煤层的影响，鉴于现阶段拥有的资料限制，还有待进一步研究。
综上所述，区内长兴灰岩与含煤岩系水力联系不大，茅口灰岩岩溶发育，对C25煤层有较大影响。河流侵蚀基准面以上，含气量普遍偏低。含煤岩系以砂泥岩互层为主，含水性地下水活动均较微弱。在浅部迳流强度大，煤层气含量较低，向深部地下水迳流缓慢或处于滞流状态，地下水以静水压力把煤层气封闭于煤储层中，有利于煤层气的富集。
关键词： 煤层气 储层 煤层 含气量 古叙矿区
影响煤层气富集的主要因素有煤层、围岩、构造、水文地质条件等。其中煤层既是生气层，又是储气层，因而它与煤层气的富集密切相关。影响煤层气富集的因素主要表现在以下几方面。
1 煤层
1.1 煤层厚度
煤层的几何状态，即三维空间的展布对煤层气资源评价具有重要意义。煤层厚度、稳定性对煤层的生气量和资源量规模起着决定性作用，而且煤层气井产气量与煤层厚度密切相关。煤是煤层气的母质，在同等条件下，煤层愈厚，生气量愈大，煤层气丰度（单位面积的煤层气资源量）也愈高。区内C19、C25煤层厚度较大，稳定性好，分布面积广，资源量亦大（分别为1554136m3、897261 m3，占总资源量的37.1%和21.4%）。
古叙矿区内（以下简称“区内”）各煤层平均可采厚度0.96～1.95m，其中最大为C19煤层（平均厚1.95m），C20煤层最小（平均厚0.96m）。区内除C23煤层含气量较高，资源丰度较高外，其它煤层厚度与资源丰度均表现出较显著的正相关关系，即煤层厚度大，资源丰度亦高（插图1），各矿段平均可采煤层厚度2.58～7.88m，最高为石屏～岔角滩段，厚7.88m。各矿段平均可采煤层总厚与资源丰度亦存在显著的正相关关系（见插图2），其中古蔺矿段石屏～滩角岔段、大村、石宝矿段可采煤层总厚较大，资源量亦大，资源丰度也较高，是区内煤层气资源的富集地段。
1.2 煤的物质成分
煤中的有机物质是煤层气生成的物质基础，其基本要素是有机质丰度。有机质丰度越高，生气性能越好。煤中有机质丰度可直接用灰分产率和煤岩显微组分来评价。
各煤层平均灰分产率为2l～30%，其相应的近似有机质丰度为70～79%，有机质丰度较高。各煤层煤的有机组分含量为72～93%，绝大部分在80%以上，因此，区内各煤层煤的有机质丰度较高。煤层气生成物质基础较好，是本区含气量普遍较高的重要原因之一。
由于各煤层灰分产率不同，有机质含量则不同，因此，各煤层含气量也不同，灰分与含气量呈显著的负相关关系。灰分升高，有机质减少，含气量降低，反之，含气量升高。C19、C23煤层含气量较高，C24煤层含气量较低，有机质含量的多少是重要的地质原因。C25煤层灰分较低，有机质含量高，而含气量却较低，显然是受到其它控制因素的影响。
同一煤层在不同的矿段内，含气量与灰分亦存在显著的负相关关系（插图3）。
1.3 煤的变质程度
煤的变质程度对煤层气含量的影响主要是通过对煤的生气量和吸附能力的控制作用来体现。大量的研究证明，煤的生气量随着煤变质程度的增加而增大，对甲烷的吸附能力也逐渐增大。
区内各煤层均为无烟煤（03号），具有较高的变质程度，实测含气量平均为12.36 m3/t.煤，含气量较高。等温吸附试验最大吸附量（a′）22.208～37.985 m3/t，具有较强的吸附能力。
1.4 煤储层孔隙及裂隙发育程度
孔隙及裂晾为煤层气提供储存空间和运移通道。煤储层中孔隙及裂隙发育程度与煤层气富集密切相关。
区内煤层孔隙率为3.23～15.6l%，平均8%左右。煤的变质程度较高，内生裂隙较发育；本区经历了多期构造作用，外生裂隙也较发育。因此，区内煤储层为煤层气的储集准备了较为充分的空间，是煤层气富集的有利因素之一。
1.5 煤层埋深
煤储层埋深是控制煤层含气性很重要的地质因素，直接影响到煤储层的压力和保存条件。
区内煤层含气量总体上随埋深的增加而增大，但受多种控制因素的影响，其相关性较差。在接近露头埋深较浅的地段，风化裂隙发育，地下水活动强烈，煤层气一部分沿裂隙向大气逸散，一部分溶于地下水被带走，形成煤层气风化带，含气量低，绝大部分在4 m3/t.煤以下。在风化带以下，随着上述条件的改变，含气量明显增高（实测含气是平均12.6m3/t.煤）。因此，区内各煤层在风化带以下至埋深1500m范围内具有较高含气量。
2 圍岩（煤层的封盖性能）
围岩封盖性能的好坏，决定了煤层气的保存和逸散条件，而封盖性能又与围岩的岩石类型及组合密切相关。因此，了解围岩的类型及组合，可以从宏观上评价封盖性能的好坏。
C13、C14煤层顶板在古蔺复背斜的北翼以粉～砂岩类为主，封盖性能相对较差；南翼以泥岩为主，封盖性能较好。C19、C25煤层顶板以粉～砂岩类为主，封盖性能较差。C20煤层顶板在背斜北翼以泥岩为主，封盖性能较好；南翼以粉～砂岩类为主，封盖性能较差，C23煤层顶板以泥岩类为主，封盖性能较好。C24煤层在大村矿段顶板以泥岩类为主，封盖性能较好，其余地段以粉～砂岩类为主，封盖性能相对较差。各煤层底板均以泥岩为主，封盖性能均较好。值得注意的是，砂岩类顶板由于具有丰富的孔隙，也是煤层气良好的储集层，在今后的煤层气勘探中应对那些厚度大、分布面积广的砂岩引起足够的重视。
含煤岩系的岩性由砂岩、泥岩及煤层组成，属砂泥岩互层类型围岩。砂泥岩互层围岩随泥质含量增加，最大孔隙直径和优势孔减小，其封盖能力增强。按泥岩类所占砂泥岩互层组合比例可以分为非均质（泥岩类<50%）和均质围岩（泥岩类>50%）。区内围岩中泥类含量46～62%（见插表1），为均质围岩或接近均质围岩，封盖性能较好。
3 构造对煤层气的控制
构造因素直接或间接控制着含煤岩系形成和煤层气的生成聚集，是地质因素中最为重要而直接的控气因素。在聚煤时期，构造控制着含煤岩系和煤层形成发育的特征，控制着煤层气的生、储、盖潜势；在聚煤后期，构造特征及其演化通过对构造变形和热历史的限定，不仅对煤层气生、储、盖性能产生影响，而且直接控制煤层气的运、聚、保特征，从而决定着特定地区煤层资源的开发潜力。 本区含煤岩系及媒层的形成发育史，煤层生气史与构造演化史之间有良好的配置关系，使本区具有煤层气保存较有利的构造条件，因此，区内煤层中含气量普遍较高。
现将区内控制层气的褶皱和断裂叙述如下：
3.1 褶皱
落叶坝背斜轴部施工的3个钻孔各煤层（C25煤层受下部茅口组含水层影响，含气量普遍较低未参与统计）平均含气量6.60 m3/t.煤，低于背斜两翼的沈家山、落叶坝井田I11.50 m3/t.煤的平均值。堡子山背斜轴部及附近施工的5个钻孔各煤层（除C25煤层）平均含气量为7.83 m3/t.煤，亦低于全矿段14.96 m3/t.煤的平均值。与此相反，主体构造为二郎坝向斜的大村矿段，其平均含气量为13.73 m3/t.煤，高于区内各矿段，位于向斜翘起端的45—33号孔，各煤层平均含气量达17.30 m3/t.煤，又高于全矿段的平均值，因此，向斜翘起端是煤层气的富集部位。以石宝向斜为主体构造的石宝矿段，其平均含气量为10.02 m3/t.煤，相对其它矿段要低。造成这种现象的原因，是该矿段含气量数据较少（仅5个），且全部分布在埋深400m以浅。石宝矿段的煤层发育情况及构造、水文地质条件与大村矿段相似，可以推断其含气量也应与大村矿段接近。
综上所述，背斜构造张性裂隙相对发育，地下水向两翼迳流，活动较强烈，易于造成煤层气的逸散，含气量比翼部相对较低。向斜构造压性裂隙相对发育，地下水在两翼接受补给，向轴部迳流，对煤层气起到一定的封堵作用，因而含气量较高。但不同的构造部位其含气性存在较大的差异。
3.2 斷裂
区内断裂构造总体上不太发育，且以压性断裂为主，总体上对煤层气保存有利，但在一些区域性张性断裂对煤层的富集影响较大。而压性断裂附近煤层气含量则无明显变化。
大村矿段F60、F68断层均为走向正断层，规模较大，破碎带宽，两侧羽状断裂发育。断层均切穿了长兴组、茅口组石灰岩含水层，与含煤岩系发生了水力联系，断层含水性和导水性均较强，造成了煤层气大量散失。断层附近施工的3个孔各煤层（除C25煤层）平均含气量为6.87 m3/t.煤，低于全矿段14.891 m3/t.煤（除C25煤层）的平均值，尤其是8—7号孔揭露的各煤层含气量几乎为0。
4 水文地质条件对煤层气的影响
水文地质条件是影响煤层气保存的重要因素之一，在不同的水文地质条件下，煤层气的保存状态有很大的差异。
区内含煤岩系均出露地表形成地下水的地表补给区，煤储层暴露于地表或距地表较近，风化剥蚀较为严重，风化裂隙发育，煤层气沿裂隙向大气逸散。由于大气降水（或地表水）沿裂隙向煤储层深部运移，在地下水的运移过程中，将溶于水的煤层气带走，是煤层气散失的又一通道。因此，在补给区内煤层气的散失速度和散失量都很大，含气量极低。
补给区以下，地下水沿地层倾斜方向向深部迳流，形成地下水的迳流区，在这一区域，煤储层中的煤层气溶于水而被带走，煤层气含量也会降低。在浅部地下水迳流强度大，含气量较低，随着深度的增加，迳流强度减弱，含气量逐渐增高。
含煤岩系被河流切割时，地下水往往在河谷中以泉的形式排泄，形成地下水排泄区，这一区域煤层气的散失特点与处于补给区的情况类似，即煤层气被地下水携带和沿裂隙逸散，含气量也较低。
在各次级水文地质单元河流标高以下，地下水处于缓慢迳流或滞流状态，静水压力增大，煤层气被封闭于煤储层中，散失量微弱，因而含气量普遍较高。
含煤岩系与上覆长兴灰岩之间除浅部风化裂隙发育带和局部构造断裂发育带发生水力联系外，相互问水力联系微弱，对煤层气富集的影响不大。含煤岩系下伏茅口灰岩，在各次级水文地质单元河流标高以下，由于岩溶、裂晾发育和基底不平等原因，使含煤岩系底部隔水层常常遭到破坏，甚至发生陷落，造成茅口组与含煤岩系发生水力联系，导致含煤岩系底部C25煤层含气量普遍偏低，风化带下限比其它煤层深。堡子山背斜张性裂隙发育，茅口灰岩对C25煤层的影响更为突出，在侵蚀基准面之上，含气量普遍小于4 m3/t.煤。
茅口组含水层对C25煤层的影响，鉴于现阶段拥有的资料限制，还有待进一步研究。
综上所述，区内长兴灰岩与含煤岩系水力联系不大，茅口灰岩岩溶发育，对C25煤层有较大影响。河流侵蚀基准面以上，含气量普遍偏低。含煤岩系以砂泥岩互层为主，含水性地下水活动均较微弱。在浅部迳流强度大，煤层气含量较低，向深部地下水迳流缓慢或处于滞流状态，地下水以静水压力把煤层气封闭于煤储层中，有利于煤层气的富集。