焦作煤田煤儲層物特征及控氣因素

37/41摘要煤層氣是一種主要以吸附方式賦存于煤層中的清潔能源，我國煤炭資源非常豐富，煤層氣資源量也相當(dāng)可觀。研究煤儲層的物性特征及含氣性，可以為煤層氣的開發(fā)利用提供借鑒作用，同時(shí)也可以減少瓦斯事故的發(fā)生。本文利用搜集的資料和實(shí)驗(yàn)測試結(jié)果,研究了焦作煤田主力煤層二1煤層的儲層結(jié)構(gòu)、滲透性、吸附性等物性特征及分布規(guī)律，采用定性與定量相結(jié)合的方式，對煤層含氣性的變化規(guī)律及控制因素進(jìn)行了探討。研究認(rèn)為:焦作煤田二1煤層微孔含量最高，其次是過渡孔，而大中孔含量要低得多，具有很強(qiáng)的吸附能力和較強(qiáng)的擴(kuò)散能力。但滲流或?qū)恿髂芰苋?，煤層滲透率較低，且隨著埋深的增加而減小，但地質(zhì)構(gòu)造對煤層滲透性具有一定的影響，并且研究區(qū)內(nèi)煤層壓裂處理滲透性可明顯改善；煤層頂、底板巖性為煤層氣體提供了良好的保存條件，而有效埋深、斷裂構(gòu)造對本區(qū)煤層含氣性具有重要的控制作用。隨著有效埋深的增加，含氣量先是急劇增大，到了一定階段后，增大趨勢變緩,之間具有對數(shù)正相關(guān)關(guān)系；向斜軸部煤層氣含量高于兩翼，而背斜則呈現(xiàn)相反的趨勢；區(qū)域大斷裂帶附近以及多組斷裂的交會(huì)部位，煤層含氣量往往較低。關(guān)鍵詞:焦作煤田；煤層氣；儲層物性;含氣性;控制因素AbsｔractCoalｂedmethanemaｉnlyisaｋindofclｅaneｎergｙwhichｅxiｓtsinｃｏalseaminaｄsｏrｐtionmaｎｎeｒ.Coａlｒesｏuｒcｅsaｒevｅryabundaｎtinoｕrcｏuntry,tｈeｃoaｌbedmeｔhａnｅreｓourｃｅsaｒｅaｌsoｃonsiｄerable.Ｒesearchiｎｇoncoａlresｅｒvoiｒｐhysｉｃalcharａｃｔerｉｓticsａndgas—beａrinｇ，caｎprovｉderefereｎcefｏｒthedeｖｅlopmentandｕtilｉｚａｔiｏnofｃoalbeｄmｅthａne，ａt(yī)ｔheｓameｔiｍealsoｃaｎrｅｄucetheｇasacｃidenｔs。Baseｄｏnmeasuresoncoalsamplｅsandｔhedaｔa,tｈeｐrｏpertyoffractureaｎｄｐoｒｅｓtructure，ｐerｍeabilｉtyaｎｄadsoｒptｉｏnｏfｔｈeⅡ1coalbｅdｍethanｅreservｏiｒinｔheJｉａozuｏcoalfｉeldｗerｅsystematicallｙstuｄied．Tｈegａs-bearingcｈangelawａndｔheinfｌueｎcｅｆacｔｏrsongas—bｅariｎgpｒoｐertieswereｄiｓcｕｓsedｕｓｉngqualｉtativｅandｑuantitativeanalｙses.Tｈｅsｔｕｄyshoｗs,ｍiｃroｐoresarｅthemａjorpore，tｒansｉｔionａlporｅsaretheseconｄａndmacroporｅsarefarｌessintheⅡ1coaｌ，tｈuｓforthekｉndｏfcｏａl,theａdｓｏrptionｃapａcityisveryhighthｅｄiｆｆｕsibｉlityｉｓａlｉttlｅstrｏnｇ，ｂutｔｈeｃapacitｙoｆseｅｐageanｄlａｍiｎaｒflowiｓverｙweak。Theｐermeａbiｌitｙｃoeffiｃientislｏｗanddｅcｒｅａseｓｗiｔhtheｂｕriａldepthofthecoalbｅd,aｎdthepｅｒmeabilitｙalsｏisiｎｆlｕeｎceｄｂｙｔheｇeo-strucｔureandｃanbｅｉmprovedｕnderhｙdrauｌiｃfracｔuring。ＴheroofaｎｄｆｌｏｏrｏｆｔｈｅⅡ1coalbedprovidｅfavorablegaｓ-preservatｉonconｄitions，andｔｈeeｆfｅctivebｕriaｌdepthandfaultssｔructureareaｌｓoｔｈemajoｒfactｏrｓcausｉｎggas-ｂeaｒiｎgcｈａngｅiｎthｅⅡ１coaｌ.Theeｆfeｃtiveburｉalｄepｔhａndgａs—ｃoｎteｎtisinpｏsitiｖｅｃorrelation．Ｔhｅgasｃｏnｔeｎtinｔhｅａxiaｌｐartoｆthesynclineｉsgｒｅaterthanｔhａt(yī)ｉnｔhｅwiｎgｓ，andthｅrelatｉonｉsthｅｖeｒyoｐpｏｓiteiｎtheanticｌineｓ。Thｅgascoｎtｅｎｔisoftenlowneａrtherｅgionａlfaultsｏriｎtheinｔerｓｅctｉonpａrtoftｈｅrｅgionａｌｆaults。Keywords:Ｊiaozｕocｏalfｉeｌｄ；Coalbedmeｔhane（ＣＢM）；Coalｒｅｓeｒvoirprｏpeｒｔieｓ；Gａs—ｂearingｐrｏｐｅrtｉeｓ；Iｎflueｎｃefactors.目錄摘要?ⅠＡbｓtract Ⅱ1緒論?ＰAGERＥＦ_Ｔoc3676１1。１研究背景及意義 ＰＡGEREＦ＿Toc１3７691１.２研究內(nèi)容和方法?PAGＥRＥF＿Toc１１098１１.３技術(shù)路線?PＡGERＥF＿Tｏc１23６5２2地質(zhì)概況 PＡGEＲEF＿Ｔoｃ13５5342.1地理位置與交通圖?ＰＡGERＥＦ_Ｔｏc2438242.２地層與含煤地層 PAGEREF＿Toc8０９052.2。１地層 PAGＥREF_Toc10４７452.2．2含煤地層?PAＧEＲEF_Ｔoc21８246２.３構(gòu)造和巖漿活動(dòng) PAＧEＲEF_Toc1６6669２．3.1區(qū)域構(gòu)造?PAGEＲEF_Toc35６2９２．3。２巖漿活動(dòng)?PＡＧEREＦ_Ｔoｃ3478142。4水文地質(zhì)條件 ＰAGERＥF_Tｏｃ221８９142。4。１含水巖組劃分及其水文地質(zhì)特征?PAGEREＦ_Toc２9６36１4２．4.２地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄?PAＧEREF_Ｔoｃ3５0１5３煤層賦存及分布特征?PAGERＥF＿Toｃ3２17３.1煤層厚度及其變化規(guī)律 ＰＡＧERＥF＿Toc１90９５17３．1。1煤層厚度統(tǒng)計(jì)特征 PAGＥRＥF＿Toc784８１7３。1.2煤層厚度展布特征?ＰＡGEＲＥF_Tｏc1２55０１73．2主要煤層頂?shù)装宓膸r性特征 ＰAＧEＲEF_Toc４972183。2.1頂、底板巖性分布特征?PＡGＥREF＿Toc4133１８3.２．2頂、底板的物理力學(xué)性質(zhì)?PAGＥREF_Ｔoc7３9９1８4煤儲層特征及含氣性 ＰAGEＲEF_Ｔｏc25038204．1煤巖及煤質(zhì)?ＰAGEＲEF_Toc1３766204.1。1煤的巖石學(xué)特征 PAＧＥREF_Ｔoc２5923204。1。２煤質(zhì)特征 PＡGEREＦ_Toc23116204.2儲層特征 ＰAＧEREF_Tｏc809９21４.2。１裂隙性 PAGＥREF_Ｔoc5494214.2。2孔隙性?PＡGEREF_Toc227922４。３煤的吸附性與含氣性特征?ＰAＧERＥF_Tｏｃ3１８75234。3.1吸附性 PAGEＲＥＦ_Toc４567２34.3．2含氣性?PAＧERＥF_Ｔｏc13２0５２４4。3．3煤層含氣飽和度?PAGEREF＿Ｔｏc2１１４５２54。４滲透性?PAGERＥF_Ｔoc1１3９7２6４。4。1滲透率測試結(jié)果分析?ＰAGEREF_Toc２8359264．4。2滲透率的實(shí)驗(yàn)室測定結(jié)果分析?PAGＥREF_Ｔoc6431２７５煤層氣富集的地質(zhì)控制因素?ＰＡGＥRＥF＿Tｏc2５３９4295.1斷裂構(gòu)造對煤層含氣量的影響 PAＧEＲＥＦ＿Tｏc5２０7295．2煤變質(zhì)作用對含氣量的影響 PAGＥREF_Ｔoc21１7９3１5。3煤層頂?shù)装鍘r性對煤層氣富集的控制?PAGＥREF_Toc25161325。4水文地質(zhì)條件對煤層氣富集的控制 PＡGＥREＦ_Toc2１2２03２致謝 ＰAGEREF_Toc258４434參考文獻(xiàn) ＰＡGEＲＥF_Ｔoc32269351緒論1.１研究背景及意義煤層氣是一種主要以吸附方式賦存于煤層中的清潔能源，我國煤炭資源非常豐富，煤層氣資源量也相當(dāng)可觀[1］。據(jù)2006年國土資源部的《新一輪的油氣資源評價(jià)》,我國埋深20０0m以淺煤層氣地質(zhì)資源量約36．8×1012ｍ3(埋深150０米以淺的資源量約２７.3×10１2m3［２］，可采資源量達(dá)10×１01２m3。煤層氣勢必成為常規(guī)油氣資源的一個(gè)強(qiáng)有力的補(bǔ)充，對我國的能源結(jié)構(gòu)及能源戰(zhàn)略調(diào)整具有重要意義[3]。開發(fā)煤層氣資源不僅在能源方面具有重要意義,通過地面抽采煤層氣,大大降低了煤層中瓦斯的含量，從根源上解決了煤礦瓦斯突出和瓦斯爆炸等瓦斯事故［4]；另外，甲烷是一種溫室氣體，其溫室效應(yīng)是Ｃ０2的21倍,加大煤層氣開采利用會(huì)減少甲烷向大氣層的排放量,有利于保護(hù)人類生存環(huán)境[5］.焦作煤田地處焦作市東北部，東西長60ｋm,南北寬15km，含煤面積為970km2,是我國優(yōu)質(zhì)無煙煤的產(chǎn)出基地之一，累計(jì)探明煤炭資源儲量為44.７億t，保有煤炭資源儲量為26．3８億t。煤層氣資源蘊(yùn)藏豐富，據(jù)最新的河南省焦作煤田煤層氣資源潛力調(diào)查報(bào)告顯示［5]，研究區(qū)在２000m以淺、風(fēng)化帶以深、含氣量在８m3/t以上的可采煤層的煤層氣資源量為15８3.82×１０8m３,資源豐度為1。27×108m３/km２[6],具有良好的開發(fā)前景.焦作煤田也是我國煤田瓦斯突出嚴(yán)重的煤田之一,現(xiàn)有１3對礦井,其中先后有11對礦井發(fā)生過煤與瓦斯突出,自1９5５年以來共發(fā)生較大煤與瓦斯突出276次,隨著開采深度的增加，煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性有增大的趨勢[７].本文通過對煤田的地質(zhì)構(gòu)造及煤儲層物性特征分析,系統(tǒng)探討研究區(qū)內(nèi)煤層含氣性變化規(guī)律及其主控因素，旨在為研究區(qū)的煤層氣勘探開發(fā)和瓦斯防治提供依據(jù)［８]。1．２研究內(nèi)容和方法以在焦作煤田地區(qū)地質(zhì)調(diào)查工作進(jìn)展為基礎(chǔ)，以實(shí)際可行性為前提,綜合應(yīng)用鉆井、錄井、測井、地震以及實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)等資料,開展以下主要工作：（1）開展焦作煤田石炭一二疊系煤層氣基本地質(zhì)條件研究，分析研究沉積背景，后期構(gòu)造及成煤演化對煤層氣成藏與富集的影響[9］；(２）石炭一二疊系煤層氣儲層特征研究。煤層發(fā)育條件，厚度展布特征,煤巖組成,結(jié)構(gòu)及構(gòu)造，煤質(zhì)煤級特征，后期改造特征,頂?shù)装鍘r性特征及水文地質(zhì)特征等研究[10］；(3）煤層含氣性特征分析。根據(jù)等溫吸附一解吸試驗(yàn)結(jié)果、實(shí)測含氣量數(shù)據(jù)、地層測試及排采數(shù)據(jù)分析焦作煤田地區(qū)煤層含氣性特征,結(jié)合煤層演化、埋藏深度、頂?shù)装寮吧w層特征及現(xiàn)今地下地質(zhì)條件、溫壓條件的綜合研究,明確煤層含氣性主要影響因素[１1]；（４）提出下一步有利勘探開發(fā)目標(biāo)區(qū)。結(jié)合前人地質(zhì)資料及研究成果和勘探開發(fā)動(dòng)態(tài)資料，優(yōu)選勘探開發(fā)的有利目標(biāo)區(qū)［１2]。1。3技術(shù)路線本論文的總體研究思路是:以焦作煤田煤儲層為儲層研究對象，以綜合運(yùn)用野外資料、鉆井資料、錄井資料、測試資料、煤田地質(zhì)資料、測井資料以及地震資料為研手段，綜合對比周圍各區(qū)塊的地質(zhì)條件,充分分析該地區(qū)的儲層特征，從而進(jìn)行儲層含氣性分析、確定該地區(qū)的含氣性主控因素,在此基礎(chǔ)上，確定焦作煤田煤層氣資源分布及有利勘探目標(biāo)。具體研究路線如圖所示[１３］。圖1-1技術(shù)路線圖２地質(zhì)概況2.1地理位置與交通圖圖2—1研究區(qū)交通位置圖工作區(qū)位于河南省焦作市南部及東部地區(qū)，行政區(qū)劃隸屬焦作、修武、獲嘉、輝縣、新鄉(xiāng)等縣(市）管轄。工作區(qū)東距京廣鐵路新鄉(xiāng)站63km,西至隴海鐵路洛陽站1４0km，新(鄉(xiāng))焦（作)鐵路、焦（作）太（原)鐵路和焦(作）柳(州）鐵路橫貫區(qū)內(nèi)，不同等級的公路交織成網(wǎng)，四通八達(dá)，交通十分便利（見圖2—圖2—1研究區(qū)交通位置圖2。2地層與含煤地層２．2。1地層焦作煤田位于華北晚古生代聚煤盆地的南部,處于華北板塊板內(nèi)太行構(gòu)造區(qū)太行斷隆的南段，其地層屬于華北地層區(qū)山西分區(qū)太行山小區(qū)和華北平原分區(qū)豫北小區(qū)內(nèi),區(qū)內(nèi)地層由老到新有太古界、中元古界薊縣系、下古生界寒武系和奧陶系、上古生界石炭系和二疊系、中生界三疊系、新生界新近系和第四系［１4］。現(xiàn)由老到新簡述如下：（1）太古界（Aｒ)主要由一套經(jīng)受中等區(qū)域變質(zhì)作用而形成的黑云斜長片麻巖、黑云角閃斜長片麻巖及少量斜長角閃變粒巖、角閃片巖、角閃巖和淺粒巖等組成，厚度大于２900m。(2）中元古界薊縣系云夢山組（Pｔ2ｙ）主要為淺紫、淺黃色中厚～巨厚層狀中粗粒石英砂巖。中上部夾兩層紫紅色頁巖，厚２2.0～１7５。０m，平均7０m。與下伏太古界地層為角度不整合接觸。(3）下古生界(Pz1)①寒武系（∈）:自下而上可分為三個(gè)統(tǒng)，各統(tǒng)之間均為整合接觸?？傮w特征為自下而上陸源碎屑物質(zhì)逐漸減少，碳酸鹽巖比例增大。與下伏中元古界薊縣系云夢山組為平行不整合接觸。下統(tǒng)(∈1）：底部為礫巖,下部為灰黃色泥灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r、紫紅色頁巖，上部為淺灰色石灰?guī)r、鮞狀石灰?guī)r、泥巖、砂巖、粉砂巖、頁巖等，厚度１12．0~１77。0ｍ，平均140．０ｍ。中統(tǒng)（∈2)：下部為紫紅色頁巖與中厚層狀鮞狀石灰?guī)r互層、間夾薄層灰?guī)r、砂巖和黃綠色頁巖，上部為石灰?guī)r、鮞狀石灰?guī)r、白云質(zhì)灰?guī)r、鮞狀白云質(zhì)石灰?guī)r組成，夾薄層黃綠色頁巖。厚度２9１．0~349.0m,平均310.０ｍ［15]。上統(tǒng)（∈3）：由白云巖、石灰?guī)r（具燧石結(jié)核及條帶）組成，含大量動(dòng)物化石。厚度52.０～78.０m,平均７0.0m。②奧陶系(O)：本區(qū)發(fā)育有下統(tǒng)的冶里組和上統(tǒng)的馬家溝組，主要出露于本區(qū)北部。與下伏寒武系整合接觸.下統(tǒng)冶里組(O1）:為中厚－巨厚層狀層狀白云巖,含燧石結(jié)核及條帶狀白云巖,底部為泥質(zhì)條帶白云巖及灰?guī)r.厚14３.０~166.0m，平均150．0ｍ.中統(tǒng)馬家溝組(Ｏ2）:上部為青灰、灰色中厚層狀石灰?guī)r及薄層狀白云質(zhì)灰?guī)r;下部為灰色中厚層狀石灰?guī)r，夾少量角礫狀灰?guī)r及黃綠色泥灰?guī)r、泥巖和透鏡狀石英砂巖.厚4１3．０~５00。0m,平均450。０ｍ.由于缺失下統(tǒng)上部的亮甲山組，而與下統(tǒng)的冶里組平行不整合接觸。（４）上古生界（Pz2）發(fā)育有石炭系中統(tǒng)至二疊系地層,為本區(qū)主要含煤地層。與下伏馬家溝組平行不整合接觸.①石炭系(Ｃ):下起奧陶系馬家溝石灰?guī)r頂，上至太原組L9石灰?guī)r頂，下為中統(tǒng)的本溪組,上為上統(tǒng)的太原組。②二疊系(Ｐ）:由太原組Ｌ9石灰?guī)r頂至三疊系二馬營統(tǒng)底部砂巖，自下而上為下統(tǒng)的山西組和下石盒子組，上統(tǒng)的上石盒子組和石千峰組.山西組底部的二1煤為煤層氣賦存的主要儲層。（５）中生界（Mz）工作區(qū)內(nèi)僅有三疊系二馬營統(tǒng).自上而下為黃綠、肉紅色厚層細(xì)粒長石砂巖與紫灰色紫紅色粉砂質(zhì)泥巖互層，底部見有透鏡狀灰質(zhì)礫巖,厚度６0余ｍ。與下伏上二疊統(tǒng)石千峰組為整合接觸。（6）新生界(Kｚ)由新生界新近系、第四系地層組成，下部為紫紅色土夾礫巖;上部黃土、黃土夾礫石.區(qū)內(nèi)鉆孔揭露最大厚度厚960m，煤田煤田北部薄壁預(yù)測區(qū)物探推測最厚達(dá)1６00ｍ左右。與下伏其它各系地層均呈角度不整合接觸。2．2.2含煤地層本區(qū)含煤地層包括有石炭系中統(tǒng)本溪組、石炭系上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組和下石盒子組、二疊系上統(tǒng)上石盒子組.(1）本溪組（C２b）下起奧陶系中統(tǒng)馬家溝組頂,上至太原組一1煤底板，厚８．0~４5m,平均20。0m。煤田西南部厚度較大，一般2０m；東北部較薄,一般11m左右。與下伏馬家溝組平行不整合接觸.該組底部為灰～灰白色鋁土質(zhì)泥巖，局部含有大量菱鐵質(zhì)鮞粒及星點(diǎn)狀或結(jié)核狀黃鐵礦；中部為石英砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，局部夾透鏡狀石灰?guī)r及煤線，橫向上由西南往東北逐漸變?。簧喜繛殇X土質(zhì)泥巖,呈青灰色，局部有黃鐵礦結(jié)核及條帶，橫向上由東北向西南逐漸尖滅。（2）太原組(Ｃ3t）下起一1煤層底板,上至L9石灰?guī)r(或菱鐵質(zhì)泥巖）頂，厚40.０~110。0，平均9０。0m,與下伏本溪組整合接觸.為一套海陸交互相含煤建造，主要為灰?guī)r~砂巖~粉砂巖～泥巖～煤層交替出現(xiàn)。含煤9~１2層。根據(jù)其巖性、巖相組合特征,自下而上可分為下部灰?guī)r段、中部砂泥巖段和上部灰?guī)r段。①下部灰?guī)r段:一1煤層底到L４石灰?guī)r頂.發(fā)育L1、Ｌ2、L3、Ｌ4四層石灰?guī)r，各層石灰?guī)r之間一般為砂巖~砂質(zhì)泥巖~煤層的沉積特征。L1和Ｌ2多合并為Ｌ１＋2石灰?guī)r,為深灰色厚層狀石灰?guī)r，夾燧石團(tuán)塊及條帶,具風(fēng)暴層理,厚2。1~1６．４m，自西南往東北逐漸增厚，為本區(qū)重要標(biāo)志層。發(fā)育煤層4-6層，其中底部的一１煤層為大部可采煤層，其余均不可采。②中部砂泥巖段：L4石灰?guī)r頂?shù)絃7石灰?guī)r底.主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖、煤層和石灰?guī)r,夾砂巖透鏡體.胡石砂巖位于本段底部，普遍發(fā)育,為灰~灰白色中細(xì)粒石英砂巖，泥巖、砂質(zhì)泥巖為灰黑色,具水平層理。發(fā)育煤層２層，均不可采.③上部灰?guī)r段：L7至L9(或菱鐵質(zhì)泥巖）頂.發(fā)育三層灰?guī)r，其中Ｌ8是本區(qū)重要的標(biāo)志層之一,為深灰色中厚層狀泥晶灰?guī)r,頂部有不規(guī)則的遂石團(tuán)塊和丘狀交錯(cuò)層理，厚２.１~１２.2ｍ，一般7～9m.L9也較穩(wěn)定,厚0.1～2.6ｍ,局部相變?yōu)榱忤F質(zhì)泥巖，石灰?guī)r之間為砂巖及泥巖,局部發(fā)育3-４層煤,均不可采。（3)山西組(Ｐ1ｓh）由L9石灰?guī)r頂至砂鍋窯巖底，厚４0．０～90。0m，平均8０.０m，與下伏石炭系太原組整合接觸。為一套碎屑巖含煤沉積，發(fā)育6層煤，其中二1煤為全區(qū)主要可采煤層。根據(jù)其巖性組合特征,自下而上可分為二1煤段、大占砂巖段、香炭砂巖段和小紫泥巖段。二1煤段：由L9石灰?guī)r頂?shù)酱笳忌皫r底.底部為深灰～灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部夾二1煤;中下部發(fā)育2～３層菱鐵質(zhì)泥巖,局部夾煤線，在古漢山井田發(fā)育一層灰、深灰色中-細(xì)粒巖屑石英砂巖，呈透鏡狀，厚10～1５m;上部為黑色泥巖或炭質(zhì)泥巖和二1煤層。②大占砂巖段：由大占砂巖底到香炭砂巖底。下部大占砂巖為灰～深灰色厚層狀中～細(xì)粒石英砂巖,富含白云母片及炭屑，局部見小型交錯(cuò)層理，厚0~2０。9m，一般16~20m，但厚度在橫向上變化較大，局部夾有二2煤；上部為灰色泥巖。③香炭砂巖段：自香炭砂巖底到馮家溝砂巖底，由香炭砂巖和黑色～深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖組成.香炭砂巖為灰色中～細(xì)粒（局部為粗粒)石英砂巖,厚0～２8．１ｍ，平均7。６m，局部相變?yōu)榉凵皫r、砂質(zhì)泥巖和泥巖。④小紫泥巖段：位于山西組頂部,由馮家溝砂巖底到砂鍋窯砂巖底。下部馮家溝砂巖為灰~灰綠色中細(xì)粒砂巖,主要成份為石英，含菱鐵礦及炭屑；上部為灰～灰黑色泥巖、砂質(zhì)泥巖,具白云母碎片及植物化石，中夾一層灰色具紫斑含鮞粒鋁土質(zhì)泥巖（小紫泥巖），全區(qū)穩(wěn)定,為山西組的重要標(biāo)志層。(4）下石盒子組（Ｐ1X）由砂鍋窯砂巖底至四煤底板砂巖底,厚1１0．0～140．0m，平均１20。0ｍ,與下伏山西組整合接觸.底部砂鍋窯砂巖為灰綠色巖屑石英砂巖，含礫石及泥質(zhì)包體，厚度2．5~23．0m，平均１２．２m;中部為灰、淺灰色鮞狀鋁土質(zhì)泥巖(大紫泥巖），具紫斑，富含菱鐵質(zhì)鮞粒，是本區(qū)重要標(biāo)志層之一；中上部為中～細(xì)粒砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖及泥巖.該組為本區(qū)的三煤段。（5）上石盒子組（Ｐ2Ｓ)由四煤底板砂巖底到平頂山砂巖底，厚42０。0～５13。0m,平均4６０．0ｍ，按其沉積旋回,可分為四、五、六、七、八煤段.①四煤段：四煤底板砂巖底至五煤底砂巖底,厚４9.１～94.6m,平均87。5m。底部四煤底板砂巖為灰白~灰綠色~細(xì)粒砂巖，具泥質(zhì)包體，厚2０．９～２6.3m，平均11．0m，為本區(qū)的輔助標(biāo)志層；中上部為一套紫紅、灰～深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖，夾多層砂巖透鏡體。②五煤段：五煤底板砂巖底至六煤底板砂巖底，厚50。2～102。7m，平均62.1ｍ。五煤底板砂巖為灰白色中厚層狀中~粗粒砂巖,具泥質(zhì)團(tuán)塊，平均厚8.８ｍ；中上部為一套深灰~灰～紫紅色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖，局部夾有砂巖透鏡體。③六煤段：僅在焦南、恩村井田有保留。六煤底板砂巖底至田家溝砂巖底，厚49．５～85.7ｍ，平均７3.1ｍ。六煤底板砂巖為灰白色中厚層狀中粗粒砂巖，其上為灰色、深灰、紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖,夾數(shù)層砂巖透鏡體。④七煤段：由田家溝砂巖底到八煤底板砂巖底，厚84．0～11２。０m，平均99.5m。田家溝砂巖為灰白～灰綠色中~細(xì)粒砂巖,局部相變?yōu)榇至Ｉ踔梁[，厚４。5～15.０m，平均7。9m;其上為灰～灰白色砂巖、灰～紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖，局部發(fā)育3～5層灰褐、灰黃色硅質(zhì)泥巖，是七煤段良好標(biāo)志。⑤八煤段：由八煤底板砂巖底到平頂山砂巖底，平均厚142.０m。八煤底板砂巖為灰、灰綠色中～細(xì)粒砂巖,厚２．9～7．1ｍ,平均5．5m。中上部為灰、青灰、紫紅色泥巖、砂質(zhì)泥巖、夾砂巖透鏡體，產(chǎn)植物化石及黃鐵質(zhì)結(jié)核.２.３構(gòu)造和巖漿活動(dòng)2。3．1區(qū)域構(gòu)造(1)區(qū)域構(gòu)造背景焦作煤田大地構(gòu)造位置位于華北地臺山西臺隆太行山斷隆南段與華北凹陷湯陰斷陷、濟(jì)源－開封凹陷接合部位，新華夏系東西向構(gòu)造體系及其復(fù)合聯(lián)合，是本區(qū)構(gòu)造的主要格架［1６］.區(qū)內(nèi)地層總體為一走向NE—NNE、傾向ＳE的單斜構(gòu)造形態(tài)，地層傾角５～２0o，沿傾向及走向有寬緩的起伏,局部傾角可達(dá)２5～30o。區(qū)內(nèi)廣泛發(fā)育自燕山運(yùn)動(dòng)以來所生成的各種構(gòu)造形跡,構(gòu)造相對復(fù)雜。主要以斷裂構(gòu)造為主,褶皺構(gòu)造表現(xiàn)微弱。斷裂構(gòu)造主要為高角度的正斷層,整個(gè)煤田依近EW向的鳳凰嶺斷層為界分為兩個(gè)構(gòu)造帶:以南為緯向構(gòu)造帶，構(gòu)造形跡以軸向近EW的褶曲和走向近EW的斷裂為主；以北為新華夏系構(gòu)造帶,構(gòu)造形跡以走向ＮE的斷裂為主,另有NW向斷裂和罕見的NNＥ斷裂。依其展布方向可分為近東西向、北東向和北西向三組：①EW向斷層:構(gòu)成了本區(qū)和區(qū)內(nèi)斷塊邊界，控制著煤田范圍。主要有朱村斷層(F8）、鳳凰嶺斷層、南張門斷層、前董村斷層和平陵斷層等，它們對北東向斷層起限制作用.②NE向斷層:該組斷裂區(qū)域分布普遍,相當(dāng)發(fā)育,但規(guī)模和表現(xiàn)形態(tài)變化較大，將煤田切割若干成條帶狀或透鏡狀斷塊，致使地質(zhì)、水文及開采條件復(fù)雜化，形成井田劃分的構(gòu)造邊界.西部多組成地塹和地壘，斷層密度較大;中部和東部則表現(xiàn)為階梯狀構(gòu)造，斷層密度較小。該組斷層主要有：王封斷層、三十九號斷層、李莊斷層、九里山斷層、薄壁斷層和耿黃斷層等。③NW向斷層：基本和東北向斷層垂直,多為張性斷裂，數(shù)量不多,但成對出現(xiàn),多形成地塹構(gòu)造。如方莊斷層和北碑村斷層、峪河口斷層和赤莊斷層。焦作煤田的分布基本受太行山隆起和武陟隆起所控制.但煤層埋藏的深淺、井田的大小主要與近東西向或北北西向和北東向或北北東向兩組斷層切割破壞有關(guān)。這些斷裂構(gòu)造相互交織，形成了大小不一的斷塊格局,也成為井田布置的主要邊界。在煤田東部和南部有較大的向斜構(gòu)造，形成了控制區(qū)內(nèi)煤層圖2—２煤田構(gòu)造綱要示意圖１。煤層露頭；2。圖2—２煤田構(gòu)造綱要示意圖１。煤層露頭；2。井田邊界；３.正斷層;４.向斜（2)主要構(gòu)造特征①斷層朱村斷層:為焦作煤田西南部自然邊界，西段為山前斷裂，東段轉(zhuǎn)向東南與耿黃斷層相交，南翼為濟(jì)源凹陷區(qū)，覆蓋層達(dá)千米以上。區(qū)內(nèi)長度60km，為一走向近東西，整體傾向南,傾角約70o的正斷層，落差大于1０00ｍ。屬新華夏系構(gòu)造體系,力學(xué)性質(zhì)為壓扭性。地質(zhì)資料證實(shí)，該斷層活動(dòng)時(shí)代為N2~Q2。自柏山至修武大高村,斷裂隱伏于第四系下。耿黃斷層:為本區(qū)東南部邊界，南起大召營，經(jīng)陳召、廟口，沿京廣鐵路往東北延展與鶴壁煤田的青羊口斷層相當(dāng),長約40km。區(qū)內(nèi)被新生界底層所覆蓋,走向北4０o東,傾向南東,傾角7０o的正斷層，落差大于100０ｍ.屬新華夏系構(gòu)造體系，力學(xué)性質(zhì)為壓扭性.薄壁斷層：為本區(qū)東北部邊界，兩端進(jìn)入山區(qū),是區(qū)內(nèi)的一條基底斷裂,南西起自方莊斷層，北東到羊圈村附近，全長約30km。為一走向北東40o，斷面傾向南東，傾角70o度，落差3０0～10００m的正斷層。西北盤出露太古界、中元古界和下古生界地層,東南盤為上古生界和新生界地層。在晚第三紀(jì)進(jìn)活動(dòng)比較強(qiáng)烈,近期仍有微活動(dòng)的跡象。1９７3年１０月輝縣２級地震和1１月修武的2．2級地震與該斷裂活動(dòng)有關(guān)。鳳凰嶺斷層：位于煤田中南部，從焦作、修武縣城北止于耿黃斷層，區(qū)內(nèi)長６０ｋm,為走向東西,傾向南,傾角約70o的正斷層，落差10０～1２０0m。鳳凰嶺斷裂沿走向大致分為三段，各段活動(dòng)性略有差異.西石河以西,由近于平行的五條東西向斷層組成，斷層錯(cuò)斷古生界地層，斷距小于100m。上新世以來斷層落差約為２50ｍ,局部見有斷裂錯(cuò)斷晚上更新世—早中更新世地層，表明中更新世前斷曾有過活動(dòng)。西石河以西至焦作市北，斷裂沿山前向東延伸,在地貌上構(gòu)成山區(qū)和平原自然分界.在焦作市以東的平原區(qū)，斷層隱伏于新生界地層之下.峪河口斷層：位于煤田東北部，北西起于鐵匠莊，經(jīng)峪河村，東止耿黃斷層，長３5km。為走向北６０o西，傾向南西,傾角約70o的正斷層,落差30０~7０0m。南張門斷層：位于照鏡預(yù)測區(qū)北部，西起演馬莊井田南部，經(jīng)招民莊北至于耿黃斷層，在演馬莊井田走向北７８o東,至五里源后即轉(zhuǎn)為東西向，長40km。為傾向北,傾角７0o的正斷層，落差53～100０ｍ。九里山斷層:位于煤田西北部,為一隱伏正斷層，斷層由北部進(jìn)入煤田,向西南交于董村斷層,中間被鳳凰嶺斷層所切，斷層總長約60km，在煤田內(nèi)長度2０余kｍ，為走向北東４0~60o,總體走向45o，傾向北西，東南盤上升，北西盤下降，傾角約70o的正斷層，落差30０~１0００m。從展布方向來看與太行山背斜軸向近似，分析其應(yīng)屬于新華夏系一級壓性或壓扭性斷裂.九里山斷層與薄壁斷層組成地塹，其間沉積了巨厚的第三系和第四系地層。有關(guān)資料顯示，該斷裂在第三紀(jì)晚期和第四紀(jì)早新世時(shí)活動(dòng)強(qiáng)烈。其它主要斷層詳見（表2—1)。表２-1焦作煤田主要斷層一覽表斷層名稱長度（kｍ）走向傾向落差（m)馬方泉斷層15６０oＳE170~630方莊正斷層10150oSＷ２00北碑村正斷層１0150oNE２０0赤莊正斷層15100～１20oＮNE２00李河正斷層560～70oSＥ０~3００油坊蔣正斷層1060～7０oNＷ0～2０0前董村斷層１68０~9０oN６00平陵斷層1390~12０oN5０0②褶皺本區(qū)褶皺構(gòu)造較少,主要有位于煤田南部的墻南向斜、武陟背斜，東部的朱營背斜、招民莊背斜以及褚丘向斜等。墻南向斜：西起焦南井田于村,東至修武縣城,軸向近東西，軸長25ｋm，兩翼寬6km。南翼較低陡，地層傾角1４o左右，北翼較緩，地層傾角2～6o，為一不對稱寬緩向斜，向東傾伏，軸部傾角２—３o。朱營背斜：位于照鏡預(yù)測區(qū)內(nèi)，西起演馬莊井田東南部，經(jīng)朱營延至南張門斷層，軸長１8km,東部軸向北35o東，西部漸變?yōu)闁|西向，向北東傾伏，兩翼基本對稱，地層傾角１1o左右。招民莊背斜：位于照鏡預(yù)測區(qū)內(nèi)，西起獅子營北，經(jīng)招民莊村北延至南張門斷層，全長4．0ｋm,軸向北３5o東,向南西傾伏,軸部傾角4o，兩翼基本對稱，地層傾角８o,軸面近于直立.褚丘向斜：位于薄壁預(yù)測區(qū)，軸向北６5o西，軸長5km，向南東傾伏,軸部傾角5o,南西翼傾角１２o左右,北東翼傾角8o左右,軸面略向南傾斜。（3）構(gòu)造演化史及力學(xué)特征焦作煤田處于太行山南麓差異運(yùn)動(dòng)應(yīng)力多變區(qū),緯向、華夏系、新華夏系和北西向構(gòu)造的復(fù)合部位，多期次、不同構(gòu)造應(yīng)力場的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)的疊加，形成了目前較為復(fù)雜的構(gòu)造形態(tài)和應(yīng)力狀態(tài)。本區(qū)新構(gòu)造活動(dòng)比較活躍,主要表現(xiàn)形式有：差異性升降運(yùn)動(dòng)。即山區(qū)強(qiáng)烈上升，平原區(qū)不斷下降?；鶐r山區(qū)由于強(qiáng)烈上升，基巖裸露,溝谷深切，山坡陡峭，河床堆積物很少,河谷斷面多呈“V"字型。平原區(qū)由于長期下降，相繼沉積了中更新統(tǒng)、上更新統(tǒng)，其中上更新統(tǒng)厚度就達(dá)50０~7０0ｍ,最厚達(dá)１000m以上?，F(xiàn)代的地殼變形資料表明，不均勻升降活動(dòng)仍在繼續(xù)。老構(gòu)造繼承性活動(dòng).挽近期以來，在新地應(yīng)力場作用下,區(qū)內(nèi)一些斷裂，如鳳凰嶺斷層、盤古寺—新鄉(xiāng)斷層、薄壁斷層、九里山斷層等均繼承性活動(dòng)或復(fù)合性活動(dòng),物探、地震衛(wèi)星照片等方面的資料均明顯地顯示出斷層活動(dòng)跡象[1７].根據(jù)區(qū)域構(gòu)造背景以及煤田內(nèi)構(gòu)造之間的切割關(guān)系,可以認(rèn)為本區(qū)含煤地層形成后，至少經(jīng)歷了海西—印支、燕山和喜山三期主要不同方向的構(gòu)造應(yīng)力場作用,形成了不同類型、不同產(chǎn)狀的構(gòu)造形跡［1８]：晚古生代的海西（P)—印支運(yùn)動(dòng)(T)的S-Ｎ向擠壓應(yīng)力場作用,形成了軸向近東西向的褶皺構(gòu)造和近東西向的壓扭性斷裂;中生代的燕山運(yùn)動(dòng)（J—K)的NＷ—SE向主壓應(yīng)力作用,產(chǎn)生一系列近南北向的壓扭性的左旋剪切斷裂和一組近東西向的壓扭性右旋剪切斷裂，以及一組北西向的張性斷裂，在區(qū)域擠壓應(yīng)力的持續(xù)作用下，形成了軸向北東的太行山復(fù)背斜隆起，同時(shí)在背斜軸部和翼部形成了一系列的北東向縱張斷裂,這些斷裂的差異升降運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而形成了區(qū)內(nèi)的階梯狀、地塹、地壘狀斷塊構(gòu)造;新生代的喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)(Q+R)的NEE~SWＷ向主壓應(yīng)力作用，對早期形成的構(gòu)造不同程度的改造和復(fù)合，使得斷裂構(gòu)造結(jié)構(gòu)面力學(xué)性質(zhì)展布方向發(fā)生了轉(zhuǎn)化,并產(chǎn)生了一些新的構(gòu)造形跡,一組為NNE向和一組ＮWＷ向的剪切斷裂及一組NＮE向的張性斷裂,使煤田成為一系列菱形破碎小斷塊。根據(jù)新構(gòu)造運(yùn)動(dòng)特點(diǎn),本區(qū)地應(yīng)力狀態(tài)可分為兩種類型，即太行山區(qū)為大地動(dòng)力型；山前平原區(qū)在宏觀上為大地靜力型,但在缺乏第四系沉積或沉積較薄的斷塊上升區(qū)，可能出現(xiàn)應(yīng)力變異帶［19]。南部斷塊以水平地應(yīng)力為主,自重地應(yīng)力處于劣勢，地應(yīng)力較大；北部斷塊地應(yīng)力以自重地應(yīng)力為主,水平地應(yīng)力處于劣勢,地應(yīng)力較小.另外,在深大斷裂的上升盤，構(gòu)造應(yīng)力較大。(4）構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對煤層氣的影響煤及伴生的煤層氣的生成和保存與構(gòu)造演化具有密切的關(guān)系，地殼構(gòu)造運(yùn)動(dòng)是煤層埋藏-古地?zé)釄?生烴史演化過程中，是煤層氣富集的重要?jiǎng)恿W(xué)基礎(chǔ)。煤化過程中起主導(dǎo)作用的深成變質(zhì)作用實(shí)質(zhì)上是指在地殼熱場作用下，有機(jī)質(zhì)在一定溫度下發(fā)生長期而連續(xù)的變化過程。這種變化過程在褶皺前和褶皺后,煤層隨地質(zhì)條件的改變發(fā)生有規(guī)律的變化［20]。因此，在分析構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對本區(qū)煤層氣生成的影響時(shí)，可從以下三個(gè)階段來進(jìn)行分析：褶皺前階段：在晚古生代的石炭紀(jì)末期、二疊紀(jì)初期,焦作煤田的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)微弱，地殼不斷地緩慢下降,形成該區(qū)聚煤環(huán)境，并在溫度、壓力以及微生物的作用下，形成煤.此時(shí)的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)主要對煤層的形成起到控制作用。當(dāng)煤層埋深至3５0０—5０00m深處，由于古地?zé)釄龅挠绊懀l(fā)生第一次深成變質(zhì)作用，煤的最大鏡質(zhì)組反射率達(dá)１。２?—１。５％，相當(dāng)于肥焦煤[21]。在生物降解和熱解作用下，起初大量氣體和液態(tài)烴生成,并隨變質(zhì)作用的進(jìn)一步增強(qiáng),在后期進(jìn)入生氣階段。三疊紀(jì)末期的印支運(yùn)動(dòng)，使得本區(qū)地殼整體抬升廣泛接受剝蝕,生氣階段終止,煤層氣有一定的逸散。褶皺期階段：中生代的燕山運(yùn)動(dòng)中晚期，在局部強(qiáng)大的熱力場作用下，煤層變質(zhì)程度進(jìn)一步增高，達(dá)到無煙煤。期間大分子結(jié)構(gòu)在高溫高壓作用下發(fā)生裂解并生成大量裂解氣，達(dá)到第二期生氣高峰期,此時(shí)的氣體組分以CH4為主。該階段由于高溫高壓作用下,煤體內(nèi)部產(chǎn)生了大量變質(zhì)氣孔和因干餾作用而生成的微氣孔隙,為烴類氣體貯存提供了較大的空間,使得烴類氣體得以大量保存.褶皺期后：新生代的喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)，使得該區(qū)雖然發(fā)生了斷陷沉積，但由于前兩個(gè)階段煤變質(zhì)程度甚高,新生界厚度尚未達(dá)到補(bǔ)償古溫度所需的厚度，煤的變質(zhì)作用減緩或停止，生烴量急劇下降或停止。由于斷塊間的差異升降作用,使局部煤層處于不斷抬升、埋藏變淺，以及大量張性裂隙的生成,煤層氣有一定程度的逸散，煤層氣含量減少。2．３.2巖漿活動(dòng)區(qū)域內(nèi)巖漿活動(dòng)主要在太古代，太古代以后未見有大的巖漿活動(dòng),太古代巖漿活動(dòng)主要表現(xiàn)為規(guī)模不等的中基性—中酸性火山噴發(fā)和規(guī)模較小的中基性、花崗巖侵入，由于區(qū)域變質(zhì)作用及強(qiáng)烈的混合作用，使其演變?yōu)榛◢弾r、混合片麻巖、變質(zhì)中基性巖等巖石類型.該期巖漿活動(dòng)為幔源性巖漿活動(dòng)，中基性巖漿富含銅鐵礦質(zhì)成份,經(jīng)過殼幔物質(zhì)重熔和漫長的地質(zhì)演化成為重要的礦源巖。2。4水文地質(zhì)條件焦作煤田地處屬于太行山前沖積平原,地勢西北高東南低,地形相對高差200～300ｍ。北部太行山高＋５00～＋15００ｍ,寒武系、奧陶系巨厚灰?guī)r出露,總厚８00～1０00ｍ,構(gòu)成深山峽谷,這些石灰?guī)r形成溶溝、溶槽及落水洞等巖溶地貌以及地下溶洞、裂隙的發(fā)育，大量接受大氣降水，為地下水提供了良好的儲運(yùn)空間和徑流通道，是地下水的補(bǔ)給區(qū),匯水口寬4０km左右，匯水面積約１８0０km2,滲入補(bǔ)給量１４。16m3／s[22］。地下水自北、西北部分水嶺分別向南、東南方向流動(dòng)，在山前受朱村斷層、鳳凰嶺斷層阻隔而富集，形成巖溶富水區(qū)。地下水總體流向受構(gòu)造控制，如峪河斷裂以北為SＥ、SＷ向，以南為SE向，局部受斷層阻隔流向稍有變化。在斷裂帶附近巖溶裂隙相對發(fā)育,常形成強(qiáng)富水區(qū)、導(dǎo)水帶，如鳳凰嶺斷層強(qiáng)勁流帶、朱村斷層強(qiáng)勁流帶、方莊斷層強(qiáng)勁流帶、馬坊泉斷層強(qiáng)勁流帶和百泉斷層強(qiáng)勁流帶等，成為焦作煤田內(nèi)煤田、勘探區(qū)的補(bǔ)給邊界［23］。區(qū)內(nèi)地表水較為發(fā)育,橫跨黃河、海河兩個(gè)流域,由東向西主要有滄河、百泉河、黃水河、石門河、峪河、紙坊河、山門河、沙河、衛(wèi)河等,均為海河水系；丹河、沁河等屬黃河水系.除衛(wèi)河、丹河、沁河長年流水外,其余均為季節(jié)性河流，對淺層地下水起著補(bǔ)給作用［２4］。2．４.1含水巖組劃分及其水文地質(zhì)特征按巖性、巖溶發(fā)育程度、水力性質(zhì)和富水程度，區(qū)域內(nèi)含水巖組自下而上可分為以下幾組.（１）碳酸鹽巖巖溶裂隙含水巖組主要為寒武、奧陶系的厚層狀石灰?guī)r、泥質(zhì)灰?guī)r，總厚度８00～1００0m。廣泛出露于北、西部太行山區(qū),煤田內(nèi)僅九里山、古漢山有零星出露，總厚度800～1000m。裸露區(qū)或斷裂帶附近常有大泉出露，泉流量0．0１~７m3/s，水化學(xué)類型為HＣO3—Cａ(Mg),礦化度0．3～0.4ｇ/l,北部雙頭泉水位標(biāo)高為+8５0m,山前為+110ｍ，水頭梯度1３~61％;煤田內(nèi)為掩埋型，巖溶裂隙發(fā)育不均勻,單井出水量1000~5000m３／ｄ，單位涌水量0。０1～3３3l／s。m,滲透系數(shù)0.0033～48m／d。水位標(biāo)高+100～＋７8ｍ，為強(qiáng)富水含水層，水化學(xué)類型為ＨＣO３—Ca。Ｍg，礦化度<0．3ｇ/l.淺部該含水巖組與太原組灰?guī)r含水層水力聯(lián)系密切，受礦井疏排水影響，整體水位有一定程度的下降，在田門井田形成降深１0m的漏斗，王封、焦西礦井附近也有1～3m。（２)碎屑巖夾碳酸巖鹽巖巖溶裂隙含水層組由太原組石灰?guī)r與砂巖互層組成,其中灰?guī)r含水層9層，以上段L8、下段L2、L3灰?guī)r發(fā)育，厚度分別為6～8m和8～2１ｍ，L8灰?guī)r為二１煤層底板直接充水含水層，L2、L3灰?guī)r為一1煤層直接頂板充水含水層。巖溶裂隙較發(fā)育，滲透系數(shù)１～15m／d，淺部富水性中等,深部逐漸減弱，在上、下段灰?guī)r含水層之間有分布連續(xù)穩(wěn)定的中段砂泥巖隔水層。上段灰?guī)r巖溶含水層水位標(biāo)高+60~+80m，生產(chǎn)礦井附近（如馮營、李封、韓王等礦井）常形成較深的降落漏斗,水位標(biāo)高在±0以下;下段灰?guī)r巖溶含水層在韓王、朱村、焦西等礦井附近，受礦井疏排影響,也形成降幅不大的漏斗,水位標(biāo)高最低+7４~+80m，一般水位標(biāo)高＋75～＋90ｍ。(３）碎屑巖類砂巖裂隙水含水巖組主要由山西組砂巖組成,其中頂部風(fēng)化巖層厚30m左右,滲透系數(shù)0。2~1。０m/ｄ;未風(fēng)化砂巖含水層單位涌水量0。01~１．3１L／s.m，滲透系數(shù)0.01～0．５m/d，該組砂巖含水層與泥巖、砂質(zhì)泥巖隔水層相間沉積，為弱含水層組。（4）新生界松散層水文地質(zhì)特征由新生界地層中的砂、礫石層組成,50０m以深呈半膠結(jié)狀態(tài)。近山前地帶第四系以礫、卵石層為主，其頂板埋深２0～40m，富水程度由北向南遞減，單井出水量由大于500０m３/d，漸變?yōu)?００～1０00m３/d,滲透系數(shù)15～557m／d；南部沖積平原以中細(xì)砂含水層為主，厚度20～30m,單井出水量1000～3000m3/d，滲透系數(shù)５0～８０m/d.在沖積扇前緣常有泉群出現(xiàn)，目前多已干涸。新第三系多以半固結(jié)為主，富水性較弱［25].2。4.2地下水的補(bǔ)給、徑流和排泄大氣降水為焦作煤田巖溶裂隙水的主要補(bǔ)給來源，西部、北部裸露山區(qū)廣泛出露的石灰?guī)r是巖溶地下水良好的補(bǔ)給場所，屬九里山巖溶水系統(tǒng)，補(bǔ)給面積約4900km2，天然資源量為３8５41萬m3／ａ［2６]。其中灰?guī)r裸露補(bǔ)給區(qū)面積13９5kｍ2,大氣降水補(bǔ)給量10～1５m３/s、河流及水庫滲入補(bǔ)給量2６.28m3/s.在天然狀態(tài)下，補(bǔ)給區(qū)地下水水力坡度為１１‰，徑流區(qū)為5‰,進(jìn)入煤田后為2~0.４４‰。以東井交斷層至黃水河斷層北側(cè)的分水嶺和紙坊溝以北的奪火鄉(xiāng)至峪河口地下分水嶺將本區(qū)九里山巖溶水系統(tǒng)分為北部百泉巖溶水子系統(tǒng)、中部十里河巖溶水子系統(tǒng)和南部的雙頭泉巖溶水子系統(tǒng)。十里河巖溶水子系統(tǒng)與百泉巖溶水系統(tǒng)的石灰?guī)r裸露區(qū)是峪河斷裂以北的各區(qū)的補(bǔ)給區(qū);雙頭泉巖溶水子系統(tǒng)的石灰?guī)r裸露區(qū)為焦作煤田巖溶水的直接補(bǔ)給區(qū),演馬莊井田即處于該區(qū)的徑流排泄區(qū)內(nèi).巖溶水一部分沿山前沖洪積扇形成泉群排泄，總排泄量為3.14~１4。3m3/ｓ，其中九里山泉群流量9。2m3/ｓ，隕城塞間歇泉流量２．4ｍ3/s，百泉最大流量2．32m3/s;另一部分向深部循環(huán)徑流或由人工排泄。由于焦作煤田補(bǔ)給面積大，巖溶裂隙發(fā)育,因此九里山巖溶水系統(tǒng)具有巨大調(diào)蓄功能,儲存資源約為88．７3億m3［27]。六十年代以后，隨著礦井排水和城市供水、工業(yè)用水等排水量增加,地下水以人工排泄為主，西部、北部泉群相繼出現(xiàn)干涸現(xiàn)象.近幾年隨著環(huán)境保護(hù)意識加強(qiáng)和降水的豐水期，巖溶地下水位出現(xiàn)了回升現(xiàn)象。本區(qū)為大氣降水入滲型兼有地表滲漏，地下水動(dòng)態(tài)直接受大氣降水支配，雨季地下水出現(xiàn)峰值，巖溶埋藏區(qū)地下水位的峰值多出現(xiàn)在9～1０月，滯后降水一個(gè)月左右，每年6～9月水位上升速度0.1～1。０ｍ／ｄ,１0月至次年5月份水位緩慢下降,速度為０。02~0。０3m/ｄ，無明顯的滯后現(xiàn)象［28］。3煤層賦存及分布特征3.１煤層厚度及其變化規(guī)律3。1。１煤層厚度統(tǒng)計(jì)特征本區(qū)井田、勘探區(qū)和普查區(qū)的地質(zhì)工作程度較高,控制鉆孔較多，根據(jù)鉆孔統(tǒng)計(jì)得到的煤層厚度可信程度較大,而東部預(yù)查區(qū)控制鉆孔較少，其厚度值可以靠推測而知,所以,本次工作對焦作煤田各井田勘探鉆孔揭露的煤層厚度資料的統(tǒng)計(jì)結(jié)果在一定程度上可以客觀反映全區(qū)的情況?，F(xiàn)有鉆孔資料表明，本區(qū)煤層最多15層，其中太原組9層，山西組6層?？刹珊途植靠刹烧?～５層，可采煤層厚９m左右。其中,二1煤層全區(qū)穩(wěn)定可采，煤厚０~1９。64m，平均５.３6m［29］。３。1.2煤層厚度展布特征根據(jù)焦作煤層厚度的變化趨勢以及成煤前后巖相古地理的分布格局，繪制了主要煤層二1煤煤煤厚等值線圖,并對不同區(qū)塊的二１煤層厚度進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3-1。表３－1不同區(qū)塊煤厚情況統(tǒng)計(jì)區(qū)塊焦西停采區(qū)焦南未采區(qū)焦東采區(qū)北部焦東采區(qū)南部焦東未采區(qū)二1煤煤厚0。71～１２.69０~12．150~１2。９３1。2４～6.９3平均5。７０４。９75．225。43（1）二1煤層二1煤層位于山西組下部,上距砂鍋窯砂巖47。0～89ｍ，一般為60m左右，下距太原組L8石灰?guī)r平均25。0m,全區(qū)發(fā)育，屬較穩(wěn)定厚煤層，煤層結(jié)構(gòu)較簡單，局部有分岔現(xiàn)象，一般不含夾矸,局部含1～２層夾矸。不同的井田其厚度變化幅度不同，根據(jù)平面上展布形態(tài)，由東向西主要變化如下：煤田東北部趙固勘探區(qū)二1煤層厚度較穩(wěn)定，平均在5.9m左右。在該區(qū)西部煤層厚度較小，一般在1．21~４。15m，其余區(qū)段煤層穩(wěn)定，厚度變化較小，多在5.5０—6.９３m之間。煤田中部的煤厚變化較為復(fù)雜，方莊井田、古漢山井田、白莊井田有東北部薄南部厚的變化趨勢；而吳村井田表現(xiàn)為北厚南薄的變化形態(tài)；馮營井田、中馬井田煤層由于受到斷層擠壓及沖刷侵蝕影響，厚度變化沿傾向呈條帶狀，厚薄相間，絕大部分為中厚煤穩(wěn)定帶，在井田西部出現(xiàn)無煤帶、薄煤帶；位于該區(qū)段南部的演馬莊井田煤厚變化呈現(xiàn)西部薄南部、東部后的趨勢,在東部部分地段煤厚大于9m。煤田南部的焦南、墻南、恩村井田煤厚變化受墻南向斜的影響,地質(zhì)剖面圖上煤厚呈波浪型變化，有厚薄相間的特點(diǎn),總體表現(xiàn)為向斜軸部兩側(cè)厚而翼部薄、東南厚西南、北部較薄的趨勢,在向斜軸部附近煤厚超過10m，在西北、西南局部出現(xiàn)薄煤帶或無煤帶。煤田西部煤層厚度,總體表現(xiàn)為西北部薄東部、東南部厚的趨勢，該趨勢主要與成煤前基底的形態(tài)有關(guān)[30]。3．２主要煤層頂?shù)装宓膸r性特征3.2.１頂、底板巖性分布特征根據(jù)鉆孔資料和井下實(shí)際觀測，本次研究過程中編制了主要煤層頂板巖性分布圖。（1）二１煤頂、底板分布特征本區(qū)二1煤層頂板巖性分布相對穩(wěn)定，主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，其中以泥巖分布最廣,局部零星分布有細(xì)—中粗粒砂巖。泥巖多分布于恩村井田、墻南詳查區(qū)和趙固普查區(qū)，厚度０．３0～１7.67ｍ，一般厚1~３m，平均厚3．97ｍ;砂質(zhì)泥巖、粉砂巖主要分布于煤田中部的演馬莊、九里山、馮營井田和趙固勘探區(qū)，厚度0。30～26.84m，一般１~7m,平均6。69m；砂巖(細(xì)、中、粗粒砂巖）零星分布于煤田各處，以中馬村井田最多，主要分布在井田的東南部,呈條帶狀分布,厚度0．80~33。49m，一般６～9ｍ，平均９。75m。另外,在古漢山井田與五里源預(yù)測區(qū)交界處，煤層頂板為不規(guī)則條帶狀的砂巖，厚度1.８3~19。２0m,平均5.3５m.二１煤層底板巖性多為泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，直接底板主要為泥巖，局部為炭質(zhì)泥巖。３．2。2頂、底板的物理力學(xué)性質(zhì)根據(jù)以往資料以及本次對施工鉆孔的煤層頂?shù)装鍘r石力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果（見表3-2），煤田主要煤層的頂、底板的巖石物理、力學(xué)特征性質(zhì)見(表3-3).表3-2本次鉆孔煤層及頂?shù)装鍘r石力學(xué)性質(zhì)測定結(jié)果表巖性層位抗壓強(qiáng)度/MPa軟化系數(shù)天然抗剪抗拉強(qiáng)度/MPａ變形指數(shù)干燥飽和C／MPaФ／度彈模／104MPa泊松比泥巖二1煤頂板19．25.18０。2７0．1270.０２０１～0.０407０。31砂質(zhì)泥巖２３．８８.７0０．370.3940。50。２290．028３～0。０５２４0.2９中砂巖８4。053。７0．６44。5044.03。330．2491~１.２４6３０.２2中砂巖72．９44.60.614.00４4。03．180．２017~0.6１340．２３泥巖2６.61。3９0。050。１2３８.00．07６0.００55～0．0０7７0.35泥巖35。６5。430.15０。２６39．50.112０．0２9１～0。03350。3３砂質(zhì)泥巖二１煤底板35.９12.30.３４0。39４1.０0．２780．0７01~0.08１00.３１泥巖3７。45。８70。160.25３9．０0．１３80.０289～0。０３34０.32灰?guī)r68．0５0。50。757.０0４4.５４。９40。3197~0。64670.18表３-3以往焦作煤田主要煤層頂、底板巖石物理力學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)統(tǒng)計(jì)結(jié)果項(xiàng)目砂巖粉砂巖砂質(zhì)泥巖泥巖石灰?guī)r比重（10３kｇ/m3)２．68～３。１６2．72～3。212。72~2.７32。69~2．922。７8~3.23容重(1０３kg／ｍ3)２．５3~3。062。57～3。0８２.61～2。６32．５0~2.7８２.６７～3。１抗壓強(qiáng)度（ｋg／ｃm3)范圍2０8～1５45５18~985２70～1003２98～899224～914平均75９。５751．55035８３569抗拉強(qiáng)度（kg/cm3）范圍1１.８~8５。712~1713．7～35。914.1～18１9４～34２平均36。６14。524１02２12抗剪強(qiáng)度（kｇ/cm3)范圍116.9～6３8６6。3～17432。5～４2.4平均３７311０3７內(nèi)聚力(C）22.11８．5１0。55內(nèi)摩擦角（o）３1.9４２7.3２5.4８.４~26。0彈性模量（MPa）0.8８×1０5０.34×10５０．45×10５泊松比0。50。470。３７0。２９軟化系數(shù)0．7０50。87５根據(jù)二1煤頂、底板巖石性質(zhì)及其力學(xué)試驗(yàn)資料，分析認(rèn)為頂板由于偽頂普遍發(fā)育，且大多是泥巖或砂質(zhì)泥巖，力學(xué)強(qiáng)度弱,頂壓大易于冒落，煤炭開采時(shí)適于全面陷落法。該類頂板孔隙率低,透氣性差,易于煤層氣保存，但不利于常規(guī)壓裂法開采,但其上部多為砂質(zhì)泥巖或粉砂巖，可將該類頂板作為“虛擬儲層”，采取頂板完井強(qiáng)化法開采等特殊工藝進(jìn)行煤層氣開采。４煤儲層特征及含氣性4。１煤巖及煤質(zhì)4．１。1煤的巖石學(xué)特征①宏觀煤巖特征根據(jù)井下和室內(nèi)觀測，成塊狀產(chǎn)出的二1煤宏觀煤巖成分以亮煤為主，暗煤次之，夾絲炭和鏡煤透鏡體或線理狀鏡煤。煤巖類型以光亮型—半亮型煤為主，有少量的半暗型和暗淡型煤。在垂向上二1煤層中部多為半亮型和光亮型，半暗型主要分布于煤層頂、底部.煤層頂、底板以泥質(zhì)含量較高的碎屑巖類為主,大多礦井煤層的偽頂、偽底為泥巖或含炭質(zhì)泥巖,直接頂為細(xì)粒砂巖.②顯微煤巖組成本區(qū)二1煤的有機(jī)組分含量較高，一般大于86%,其中絕大多數(shù)為鏡質(zhì)組，一般占總組成的80％以上，占有機(jī)組分的90％以上，惰性組含量較少。鏡質(zhì)組組成以弱非均質(zhì)性的無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體為主，單偏光下呈亮黃色,除少量結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體外，一般為無定形的基質(zhì)鏡質(zhì)體、透鏡狀和團(tuán)塊狀均質(zhì)鏡質(zhì)體；正交偏光下，有條帶狀或黑白花紋交織席狀隱結(jié)構(gòu)顯示、而形態(tài)大小不一的各向異性熱解碳鑲嵌于鏡質(zhì)組中.惰性組主要為絲質(zhì)體，多呈破碎狀分布,其細(xì)胞壁多呈星狀、弧狀碎片，可見石英或方解石充填。無機(jī)組分中以粘土礦物為主，含少量碳酸鹽和硫化物。粘土礦物多為層狀、團(tuán)塊狀和浸染狀,硫化物類主要為黃鐵礦，多呈微粒狀、莓球狀或粒晶集合體等形式分布于有機(jī)質(zhì)中，碳酸鹽主要為次生或后生的方解石，呈脈狀分布于有機(jī)質(zhì)中,另外也有少量的石英碎屑。二1煤顯微組分統(tǒng)計(jì)結(jié)果表4－1.表4－1焦作煤田二１煤顯微組分組成統(tǒng)計(jì)表煤層有機(jī)組分（％）無機(jī)組分（%）鏡質(zhì)組惰性組合計(jì)粘土類硫化物類碳酸鹽類合計(jì)二17６．４７—81.3280。1（４5)5.2９—10．23６。６(４5）86．713.0０.１0．21３．3注：括號內(nèi)為樣品數(shù)4。1。2煤質(zhì)特征表4-2焦作煤田二1煤煤質(zhì)分析結(jié)果綜合統(tǒng)計(jì)煤層工業(yè)分析Mad(％)Ad（%)Vdａｆ(％）St。d(%）Qgr。vｄ(MJ/Kg）Ｑｎet.v.d（ＭＪ/Kg）二10．54~3．50１.9８（1０５)5。５5～2３.51６.１７（10５)３.８7～９.4６6．５２(105)０.3２～0。390.３５(1７）２7。2６～3２．５229.35(31)25．３2～３1.５32７．58（17）注：括號內(nèi)為樣品數(shù)表４-３焦作煤田二1煤元素分析結(jié)果表煤層浮煤元素分析（％）CｄａfＨdａfNdaｆOdａf二192.５９~9４。6193.41(37）2．24～３．5９3。00(27）0。8６～2。111．22(24）０.53～2。361。52(17)注：括號內(nèi)為樣品數(shù)由表４—2、4—3可以看出，焦作煤田的主要煤質(zhì)指標(biāo)具有如下特點(diǎn):（１）灰分：二1煤灰分5。55—23。5％,平均1６.17％，多為低—中灰煤，在九里山井田局部為大于20%的中灰煤。(2)硫分：二1煤的全硫含量變化趨勢為上部低，下部高。二1煤原煤全硫含量0．３2～0。39％，平均0。3５%,均小于０.５％,為特低硫煤.(3)發(fā)熱量:二1煤的發(fā)熱量一般均大于2７.00MJ/Ｋｇ，為特高熱值煤。（4）元素組成：二１煤元素組成均以碳為主，其次為氫.二1煤煤質(zhì)特征在平面上分布具有一定的規(guī)律：揮發(fā)分和氫元素含量由東部的趙固勘探區(qū)向西部的王封、李封井田均有下降的趨勢，而碳元素的含量則有逐漸上升的特征。從垂向看,煤層頂、中、底煤分層之灰分大致有高、低、高的變化規(guī)律，尤其是煤層下部灰分含量稍高。4.2儲層特征4。２.1裂隙性本區(qū)二1煤層變質(zhì)程度較高，割理不甚發(fā)育,僅在鏡煤條帶中有割理存在。古漢山井田試驗(yàn)井古2、古３孔二1煤樣品電子顯微鏡觀察，煤中次生裂隙發(fā)育，其次生裂隙的寬度和延伸長度不均勻，且形狀各異,裂縫大多是孤立的或幾條裂縫相交接，沒有形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，局部被高嶺石或方解石充填或半充填。古3孔的裂縫密度比古2孔大的多,而且裂縫交叉現(xiàn)象比較普遍，也反映了煤田不同地段煤層裂隙發(fā)育的不均一性和滲透性的差異性。根據(jù)九里山鏡下顯微裂隙走向玫瑰花圖(圖4－1），顯微裂隙的主要走向?yàn)镹ＥＥ或近ＥＷ、NE向，其它方向如NW向、NＷW向的裂隙也有一定的分布。通過各礦井井下煤層觀察，發(fā)現(xiàn)煤中存在著大小不等的裂隙,既有穿過整個(gè)煤層甚至插入頂?shù)装宓拇罅严兑约扒写┟簩訆A矸而中止于煤層頂?shù)装宓妮^大裂隙,也有中止于煤層夾矸僅在煤分層分布的小裂隙，還有僅發(fā)育于鏡煤條帶中的微裂隙，裂隙尺寸大小懸殊，大的裂隙（或小斷層)發(fā)育數(shù)量較少，小裂隙發(fā)育數(shù)目相對較多。井下觀測到的裂隙走向不一，主要有NNＷ、NE、NNＷ、NＮE或近于SN向，多為傾角大于50o的高角度裂隙，往往兩組裂隙共存，其中大裂隙切割小裂隙,同組裂隙成雁型排列，間隔為０.2～７cm。局部如古漢山礦出現(xiàn)三組裂隙。在九里山礦井下觀察發(fā)現(xiàn)，裂隙常常被方解石脈充填，勢必降低了裂隙的滲透性。根據(jù)馮營井田宏觀裂隙的玫瑰花圖(圖4—2)，可以看出,宏觀裂隙主要走向?yàn)椋蜤或近EＷ向，與顯微裂隙的主要走向相當(dāng).圖4-1山井田二1煤層顯微裂隙圖4-２井田二1煤層宏觀裂隙走向玫瑰花圖傾向玫瑰花圖4．2.2孔隙性目前，在煤儲層孔隙性研究中，常采用壓汞法和低溫液氮法來測試煤的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)，其中，前者測試的孔徑最低限為７。２nm,最大可達(dá)１0000nm以上,而后者孔徑測試范圍為０。76~50nm，要比前者小得多,因此,有研究者根據(jù)測試范圍的差別認(rèn)為壓汞法測試的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)反映的微米級孔隙的分布狀態(tài)，而將液氮法測試得到孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)認(rèn)為是納米級孔隙分布的信息。兩種方法由于測試原理和方法具有質(zhì)的不同，因此即使對于統(tǒng)一樣品,二者在孔徑重疊段得到的孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)也無可比性.但對同一煤樣,相同方法測試得到的數(shù)據(jù)一定程度上能夠反映對應(yīng)的測試范圍內(nèi)孔隙變化的規(guī)律性。本次工作采用壓汞法和低溫液氮法分別對焦作煤田二1煤的微米級、納米級孔隙進(jìn)行了測試,二1煤孔隙的孔容和孔隙表面積見表４－4、４-5。由壓汞試驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，焦作煤田二1煤的孔容中大、中孔含量較大，其次是過渡孔，然后是微孔.而比表面積中,小于100nｍ的微孔和過渡孔占絕對優(yōu)勢，其中,微孔含量要大于過渡孔.表４-４焦作煤田二1煤的納米級孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)孔隙參數(shù)比表面積（cm2/g)孔容（１0—4cm3/ｇ)平均孔徑（nm)范圍820～5197004。7~1282。２～１5.６平均12１98763。75．6注:表中數(shù)據(jù)來源于低溫液氮法實(shí)驗(yàn)結(jié)果.表4-５焦作煤田二1煤的微米級孔隙結(jié)構(gòu)參數(shù)項(xiàng)目大中孔（＞100nm）過渡孔（１０0～10nm）微孔(１０~７．2nｍ）合計(jì)比表面積cｍ2/g31～1１3０71２3７0～4７1４61６５67～6174529674~９０４2５平均1617２８972３862４６921３％0.02~1２。5029．9３～47.38３5．35~６9。７２平均2.27４１．９855。75孔容10—4cｍ3／g22～２40０45～１２８36～128249~2６71平均２８4。6１54。282.9521。79%8.4～8９.85７.4~49．222.7~４1。2３平均39．137．923注：表中數(shù)據(jù)來源于壓汞法實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過對比納米級孔隙和微孔隙測試實(shí)驗(yàn)結(jié)果，焦作煤田的納米級孔隙比表面積遠(yuǎn)大于微米級孔隙,但其孔容要比后者小得多，納米級孔隙的孔徑范圍為2.2～15．６nm之間，平均孔徑在5．6nｍ.根據(jù)煤吸附研究表明,一般微孔(〈1０nm）構(gòu)成煤的吸附空間；過渡孔（１00～10nm）構(gòu)成煤層毛細(xì)凝結(jié)和擴(kuò)散區(qū)域;中大孔（＞１00nm)構(gòu)成滲流和層流區(qū)域。由此可見,焦作煤田二1煤的吸附能力很強(qiáng),并且具有一定的擴(kuò)散能力，但滲流或?qū)恿髂芰苋酢?.３煤的吸附性與含氣性特征４.３.1吸附性煤層氣在煤中一般以吸附態(tài)、游離態(tài)和溶解態(tài)三種方式賦存，其中吸附態(tài)是其主要賦存方式,一般占80%以上。吸附量的大小取決于煤對氣體的吸附能力，而煤的吸附能力又受到煤的巖石學(xué)組成、煤化程度、煤的孔隙性以及儲層溫度、壓力等眾多因素的影響。鑒于此，本次工作中,對不同溫度、不同煤體結(jié)構(gòu)的煤進(jìn)行了等溫吸附實(shí)驗(yàn)，來評價(jià)研究區(qū)的煤的吸附性及其變化規(guī)律。本次研究中，以當(dāng)前煤層氣吸附性測試中普遍采用的美國TeｒraＴｅk公司生產(chǎn)的IS—1００高壓等溫吸附儀，模擬地層含水情況對焦作煤田不同井田內(nèi)二１煤層和所施工鉆孔的二1煤層的煤樣進(jìn)行了等溫吸附實(shí)驗(yàn),并對以往區(qū)內(nèi)等溫吸附實(shí)驗(yàn)資料進(jìn)行了搜集。以往測試結(jié)果表明，３０℃條件下二１煤的原煤對CH４的最大吸附能力為２2.68~4６。6７ｃm3/ｇ，平均為3８。07cm3/ｇ,而可燃基的吸附量對CH4的最大吸附能力為25.9９～5２。71cm3/ｇ，平均為44。5４cm3/g，吸附量達(dá)到飽和吸附量一半時(shí)對應(yīng)的壓力（PL）為1．１7~4。９６MＰａ，平均為3。1８ＭＰa。總體上,焦作煤田煤的吸附量較大，表明區(qū)內(nèi)煤層具有較大的甲烷吸附能力。主要因?yàn)樵撁禾锩壕鶎儆跓o煙煤，微孔含量較大有關(guān).4.3.2含氣性煤儲層的含氣性表示地層狀態(tài)，煤層中氣體含量大小、成分及含氣飽和度，煤層氣含量指自然條件下單位質(zhì)量的煤中所含氣體的體積量；而氣體成分指自然條件下煤中氣體各組成成分的濃度百分比.含氣量、氣體成分大多是依靠煤田地質(zhì)勘探其間實(shí)測而知，而含氣飽和度由等溫吸附曲線、實(shí)測含氣量計(jì)算得到的.本次研究中，共搜集到的含氣量數(shù)據(jù)有203組,其中，二1煤層含氣量數(shù)據(jù)為19２組,在搜集到的192組含氣量數(shù)據(jù)中，通過鉆孔取心測得的含氣量數(shù)據(jù)16３組，井下開采過程中實(shí)測含量數(shù)據(jù)26組,全部為二１煤層,其中斷層不同部位的實(shí)測含氣量數(shù)據(jù)1２組（全部位于古漢山井田)，另外１4組數(shù)據(jù)來自方莊礦生產(chǎn)期間實(shí)測數(shù)據(jù)。所有含氣量數(shù)據(jù)中，由于煤樣采集及測定方法的差別，實(shí)測瓦斯含量測值并不全部真實(shí)可靠,為此需要加以對比、校正后方可使用，如集氣法和真空罐法瓦斯含量測值需要乘1.2和1。4的損失系數(shù)，甲烷低于８0%時(shí)的含氣量數(shù)據(jù)僅在含氣性變化規(guī)律中應(yīng)用，并不參與資源評價(jià),資料不全的僅為參考等原則,另對與煤層氣賦存規(guī)律違背的含氣量異常數(shù)據(jù)和薄煤帶的含氣量數(shù)據(jù)僅作為參考。經(jīng)遴選，本次評價(jià)可利用鉆孔煤層氣含量數(shù)據(jù)150組，其中二1煤層146組(包括5口煤層氣參數(shù)井和3口本次項(xiàng)目進(jìn)展期間鉆孔獲得的數(shù)據(jù)），數(shù)據(jù)主要分布在煤田淺部勘查區(qū)。收集的含氣量數(shù)據(jù)二1煤在埋深163m～1０64。3ｍ取樣范圍內(nèi)，實(shí)測煤層氣含量為４。65～45.75ｍ３/t，平均１8。３３m３／t；由此可以看出，所有含氣量數(shù)據(jù)中,除了五里源預(yù)查區(qū)的兩個(gè)鉆孔外,其它數(shù)據(jù)均分布在埋深在１000m以淺，因此,深部含氣性數(shù)據(jù)少,需要根據(jù)含氣性的分布規(guī)律進(jìn)行推算。研究區(qū)的煤層含氣量分布規(guī)律為：(１）就整個(gè)煤田而言，自東北向西南,含氣量有增大的趨勢；在同一斷塊內(nèi),煤層氣含量有隨煤層埋藏深度增加而增高的趨勢。但含氣量并非隨著深度的增加無限增大，如恩村井田,含氣量等值線與煤層底板等高線相交的趨勢有向深部延展的趨勢,含氣量最高值區(qū)不是出現(xiàn)在向斜軸部,而是出現(xiàn)在軸部北側(cè)。由此說明,即使構(gòu)造變化不大的同一塊段，煤儲層含氣量到一定深度趨于飽和值,深度增加,含氣量增大幅度很弱。（2)煤層氣含量與地質(zhì)條件關(guān)系密切，深部斷塊的含氣量總體高于淺部。同一斷塊,地質(zhì)構(gòu)造對煤層氣含量影響顯著，如古漢山井田內(nèi),煤層距離斷裂帶越近，含氣量較小，但在斷層尖滅端附近,含氣量往往較大，斷層上升盤的含氣量要小于下降盤;焦南井田,小褶曲軸部附近、壓扭性斷裂封閉地段，含氣量較高，如５-２、８—1、１3—6、14—16等鉆孔。4。3.３煤層含氣飽和度含氣飽和度系指煤層氣在儲層條件下所達(dá)到的吸附飽和程度，一般用某點(diǎn)的煤儲層實(shí)際含氣量與儲層壓力對應(yīng)的理論吸附氣量之比，單位為%?？蓳?jù)等溫吸附曲線、實(shí)測儲層壓力、實(shí)測含氣量等計(jì)算,即:式中:Ｓ，含氣飽和度，％;Ｑ,實(shí)測含氣量,m3/t；Ｖ，理論含氣量,即實(shí)測儲層壓力對應(yīng)的飽和吸附量（將儲層壓力代入朗格繆爾方程V＝VL＊P/(P+PL）求得），m3／t。根據(jù)本次工作對所采集的煤樣的含氣飽和度計(jì)算結(jié)果(表５-１4）,以及前人對試井期間煤樣的含氣飽和度計(jì)算結(jié)果（表5—15)，區(qū)塊內(nèi)二1煤層含氣飽和度介于17.6~97.８％之間,多處于欠飽和狀態(tài)，局部可達(dá)到近飽和或飽和狀態(tài).總體上,根據(jù)等溫吸附實(shí)驗(yàn)計(jì)算得到的糜棱煤含氣飽和度要大于原生結(jié)構(gòu)煤,分析其原因，由于糜棱煤在構(gòu)造應(yīng)力作用下，孔裂隙通道遭到破壞，阻礙了氣體的運(yùn)移,從而增大了煤中氣體的含量。因此,等同吸附或原生結(jié)構(gòu)煤吸附性略大的條件下，糜棱煤的含氣性要高于原生結(jié)構(gòu)煤。據(jù)此可以推斷,構(gòu)造煤發(fā)育的地區(qū)，含氣飽和度相對要大些。４.4滲透性煤層作為一種具雙重孔隙介質(zhì)的儲層，不僅具有較強(qiáng)的吸附能力,而且也具有一定的滲透能力,煤層氣在煤體大的孔隙和裂隙中的流動(dòng)一般服從達(dá)西定理，即流速和壓力梯度成正比，與煤的滲透率成反比。煤層滲透性的好壞直接影響著煤層氣的產(chǎn)出速率和煤層氣井的產(chǎn)氣歷程。煤儲層滲透率直接受控于煤層中天然裂隙網(wǎng)絡(luò)的發(fā)育程度和開合程度。發(fā)育程度又受控于構(gòu)造演化歷史和煤化作用程度，開合程度受到現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場和煤儲層壓力的綜合影響。煤層滲透率可由多種方法獲取，如實(shí)驗(yàn)室測定、地球物理測井曲線換算、煤層透氣性系數(shù)換算、試井測定和儲層數(shù)值模擬。不同方法由于測試的原理、方法以及計(jì)算點(diǎn)位或煤樣代表性的差別，求出的結(jié)果相差很大,難以對比。諸方法中，只有試井方法和產(chǎn)能模擬歷史匹配方法的結(jié)果接近于自然界的真實(shí)情況,但這種方法受試井資料的限制，數(shù)據(jù)很少，因此,還需要其它方法進(jìn)行補(bǔ)充。依據(jù)現(xiàn)有資料，因此,本次研究根據(jù)礦井煤樣產(chǎn)出情況,在古漢山、方莊、朱村、白莊等井田采集了大塊狀煤樣，進(jìn)行了室內(nèi)滲透率的測定.4.4.1滲透率測試結(jié)果分析就目前資料而言,焦作煤田二１煤層的試井滲透率僅有6組，集中在在煤田中部的古漢山井田、中馬井田和南部的恩村井田，而其他井田或勘探區(qū)還沒有相關(guān)資料。測定結(jié)果地域分布變化極大,介于0。00０１~８2.62×10—３μm2（見表4—６)。表4-６焦作煤田煤層氣試驗(yàn)井二1煤層滲透率測試結(jié)果表井田名稱古漢山井田中馬井田恩村井田井號古１古２古3古４CQ6煤層原始滲透率(10-3μｍ2)１．５63．１2～3.87７5。７9～８２.６221.600.0０1～0.08０。002水力壓裂處理后的滲透率（１0－3μm2）１5．9７０.09~0.７6１6煤礦上和瓦斯地質(zhì)上常用透氣性系數(shù)來表示煤層氣在煤體流動(dòng)的難易程度，可以換算成煤層的滲透率。焦作煤業(yè)集團(tuán)曾在煤田西部李封礦天官區(qū)測得二1煤層透氣性系數(shù)為0．0312ｍ2/MPa2·d,換算成滲透率為0.008×１0-３μm２。小馬村礦和朱村礦二1煤層透氣性系數(shù)分別為0.1５4m2/MPa2·d和0．55～３。6m2／MPa2·d,換算成滲透率分別０。0０４×10-３μｍ2和0.014～0。09×10－3μm2。中馬村井田二１煤層透氣性系數(shù)為０．176９１m2/(ＭＰａ２.ｄ)，換算成滲透率為0。04５×１0—3μｍ２。上世紀(jì)8０年代中期，中馬村井田曾進(jìn)行了地面鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯試驗(yàn),測得二1煤層滲透率為０。０0１～0。08×10-3μｍ2,經(jīng)水力壓裂處理后，滲透率可達(dá)0.09～0.76１6×10—3μm2。恩村井田CQ６參數(shù)井測試獲得二1煤層的滲透率為0．0０2×10-３μm2,顯然滲透率小，原因在于試驗(yàn)井處于向斜構(gòu)造軸部部位，儲層處于擠壓應(yīng)力狀態(tài)，煤體結(jié)構(gòu)較破碎，因此滲透率較低.古漢山井田4個(gè)試驗(yàn)井用鉆桿地層測試（DST)法,測得二1煤層的滲透率見表5．3—2，因其位于斷層上盤斷塊，且離斷層較近，由于邊界斷裂構(gòu)造的影響，使斷塊內(nèi)裂隙發(fā)育，測得的煤層滲透率較大,但由于裂隙發(fā)育的不均一性，造成滲透率差別較大。水力壓裂后滲透率明顯增大，古2井二1煤層滲透率由壓裂前的3.１2×10—３μm2,壓裂后增至15。9７×10－3μm２。由此可見，在古漢山井田,二l煤層的滲透率相對較高,而其它井田，煤層的滲透性較差。4．4．2滲透率的實(shí)驗(yàn)室測定結(jié)果分析原位狀態(tài)下,煤層處于水、氣、液三相共存的狀態(tài)，研究和比較氣、水兩種流體在煤層中的滲透性，對于煤層氣開發(fā)具有重要意義。本次工作中，對有條件的幾個(gè)井田采集的塊狀煤樣進(jìn)行了滲透率的測定。（1）單項(xiàng)滲透率單相滲透率指單相流體通過煤體孔、裂隙時(shí)的滲透率,因氦氣（He）基本上不與煤體發(fā)生任何物理、化學(xué)反應(yīng),因此,該氣體測定的滲透率一般稱作絕對滲透率（也稱克氏滲透率)。本次實(shí)驗(yàn)中，分別進(jìn)行Hｅ氣、水兩種流體的單相滲透率以及氣驅(qū)水過程中的相對滲透率的測定。測定結(jié)果見（表4－7）。表4－7焦作煤田煤塊樣滲透性實(shí)驗(yàn)室測試結(jié)果井田名稱埋深（ｍ）圍壓(MＰa)克氏滲透率（mD）水單相滲透率（ｍD）相滲實(shí)驗(yàn)(氣驅(qū)水)殘余水飽和度（％)殘余水下氣相滲透率(mD