ABSTRACT

The thickness of the coal measure formation of the Leping formation in Fengcheng mining area is 80 - 180 meters. The lithology is mudstone, shale, siltstone and coal. The thickness of the B₄ coal seam is large and stable. The lithology of coal seam top and bottom is compact, and the overburden is thick, which is favorable for the enrichment of coalbed methane.

Keywords:Pingle Depression, Coalbed Methane (CBM), Accumulation Conditions, B₄ Coal Seam

江西省丰城矿区煤层气成藏条件分析

谢宗茂¹，韩德昌²

¹江西省煤田地质局一九五地质队，江西 南昌

²赣州市自然资源局赣县分局，江西 赣州

收稿日期：2020年7月2日；录用日期：2020年7月17日；发布日期：2020年7月24日

摘 要

丰城矿区乐平组煤系地层厚度达80~280米，岩性为泥岩、页岩、粉砂岩和煤，B₄煤层厚度大、稳定好，认为该区域有机质丰度和煤层热演化程度高，生烃能力大，煤层气含量高；煤层顶底板岩性致密，覆盖层较厚，对煤层气的富集形成良好的条件。

关键词 :萍乐坳陷，煤层气，成藏条件，B₄煤层

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1. 引言

近年国内外对煤层气成因及其影响因素研究取得了较大的成果，如美国的黑武士盆地、圣胡安盆地，国内的沁水盆地、鄂尔多斯盆地。本文拟通过丰城矿区煤层气成藏条件分析，以便对本地区煤层气进一步勘查和其他煤层气井田研究提供指导性建议 [1] - [8]。

丰城矿区位于江西省中部，赣江中下游地区，鄱阳湖盆地南端，东临进贤、临川、南连崇仁、乐安、新干，西接樟树、高安，北毗新建、南昌，是江西省煤炭资源开发重要产地。矿区位于江西萍乐坳陷中部，发育二叠系乐平组和三叠系安源组两套含煤地层。三叠安源组煤层气含量较小，本文重点分析二叠系乐平组煤层气成藏条件，乐平组含煤层有C、B煤组，煤层层数较多、单层厚度较小，煤层较稳定，B煤组均属焦、瘦煤类，属高瓦斯煤层，含煤1~5层，单层厚度0.39~5.17 m，其中B₄煤层为区域可采煤层，平均煤层真厚1.76 m，煤层发育较稳定 [9] [10]。

2. 区域地质背景

1、区域构造

所在区域的大地构造位置处于扬子地台东南缘与华南褶皱系东北隅之间部分地域，属于形成于印支运动且受燕山和喜山运动进一步加剧的萍乐拗陷带之中段。萍乐拗陷带呈反“S”形展布，为一复式向斜构造，以向斜相对宽长、背斜相对窄短的隔档式构造为特点。所属的区域构造格架是由如下三大构造层叠置的结果：晋宁–加里东期褶皱基底；印支期地台盖层褶皱层；燕山–喜山期大陆边缘断陷盆地沉积盖层。

晋宁期褶皱基底出露于该区北部外侧，而加里东期褶皱基底则出露于该区的南部外侧。构造表现形式上前者形成一系列近EW向褶皱，断裂及岩浆岩体发育；后者为NE向，褶皱及断裂均发育。而印支期地台盖层褶皱层是该区主要构造变形层，其构造形式以NE向紧密褶皱为主。燕山期–喜山期断陷盆地沉积盖层，构造变形小，以断裂为主，其中NW及NNE向张性断裂发育。此外在印支期的NE向断裂基础上演化而成的推覆构造也波及至研究区的北侧。

晚二叠世早~中期，由于地壳运动较为稳定，地势平坦，古地理环境适合泥炭沼泽的发育。此阶段是江西中部地区晚二叠世乐平组发育最好的聚煤环境。乐平煤系是江西省主要的含煤地层，广泛分布于江西中部的萍乡~乐平同沉积裂隙带中。

2、区域地层

萍乐坳陷位于江西省中北部，本次主要研究对象二叠系地层，坳陷内广泛发育海陆过渡相二叠系乐平组，该组砂岩、烃源岩厚度大，有机质丰度高，具备较好的油气成藏条件(见图1)。

图1. 江西乐平晚期沉积环境古地理

在早二叠世期以海台地相环境为主，沉积地层有栖霞组、小江边组、茅口组，发育一套碳酸盐岩地层，晚二叠世早期全面抬升，沉积了乐平组海陆过渡相含煤碎屑岩建造，晚二叠世后期有出现海侵，形成了长兴组碳酸盐岩地层(表1)。

表1. 不同时期地质构造

3. 成藏条件分析

1、聚煤环境

萍乡–乐平同沉积坳陷带是良好的聚煤环境。

①由于东吴运动的影响，萍乐坳陷带在江西晚二迭世是主要的同沉积构造，对煤系地层沉积环境和地层厚度具有重要的控制作用。例如：位于裂隙带外北侧的付山矿区，其乐平煤系仅有几十米厚。位于裂隙带内的丰城、泉田等矿区的煤系地层厚度大于450米。

②乐平煤系地层属三角洲平原、障壁岛海岸平原沉积环境。具有较好的聚煤作用。

③萍乡–乐平同沉积裂隙带可提高煤层的渗透率，是煤层气运移、逸散的主要通道，有利于成藏(见图2)。

④矿区乐平煤系发育上下二个含煤段，即王潘里C煤组含煤段，含煤4~17层；老山B煤组含煤段，含煤1~5层。

2、后期构造对煤系地层改造

印支运动的影响，萍乐坳陷保存较完整，赋存在向斜内的乐平煤系地层起着良好的保存作用，同时也为煤层气的储藏提供了良好的环境(见图3)。

后期构造作用对瓦斯的聚集和逸散起着控制作用。在构造带及其附近，煤层和围岩的裂隙较发育，从而就产生了较多的自由空间，此时吸附的瓦斯就会大量产生游离瓦斯。

3、煤层气成藏条件

1) 含煤地层

区域乐平组揭露官山段(P₃l₁)、老山段(P₃l)、老山段(P₃l)、狮子山段(P₃l₃)、王潘里段(P₃l₄)地层自下如上有(图4、表2)：

图2. 丰城地区二叠系乐平组沉积序列示意图

图3. 萍乐坳陷大地构造略图

图4. 丰城地区二叠系乐平组柱状图

表2. 丰城矿区乐平组地层表

官山段(P₃l₁)：

以河流相环境为主，下部为粉砂岩夹泥岩、细砂岩、偶夹煤线，产植物化石，上部为中–粗粒长石石英砂岩。厚度约100~150米。

老山段(P₃l₂)：

以浅海–滨海相沉积为主，下部岩性以深灰色粉砂岩、泥岩为主，夹粘土岩、鲕状泥岩及生物碎屑岩，含煤4~6层，其中B₃、B₄煤层为局部可采煤层，产植物化石。中部为一套深灰色薄层状泥岩，富含腕足、菊石类动物化石。上部为深灰色粉砂岩，产动物化石及植物化石碎片(见图5)。厚约100~300米，平均厚度约220米。

图5. 老山段珊瑚及枝脉蕨植物化石

狮子山段(P₃l₃)

以河流相为主沉积环境，浅灰–灰白色石英细砂岩、硅质胶结。厚度1.50~20米，一般厚度为50~100米。细砂岩为致密砂岩气储集层，或者为煤层气、页岩气储集层。

王潘里段(P₃l₄)

以沙丘–滨海相为主沉积环境，岩性以深灰色粉砂岩、泥岩和细砂岩为岩性组合特征。含煤4~17层。其中C₈、C₁₀、C₁₂均为局部可采煤层。厚度约150~200米。

2) 烃源层

煤层、炭质泥岩、泥岩为煤层气、页岩气烃源层。

①煤层

煤层是生成的煤层气(CH₄等)的生烃层。老山下亚段(P₃l₂^a)含煤4~6层，累计厚度1.73 m，其中B₄煤层为可采煤层，构造简单，煤层发育稳定煤层厚度1.20~4.00 m，平均2.4 m，煤层气含量10~20 m³/t，平均15 m³/t。

王潘里段(P₃l₄)含煤4~17层，煤层累计厚度1.64 m，也有可观的煤层气资源量。

②炭质泥岩、泥岩

王潘里段(P₃l₄)炭质泥岩、泥岩累计厚度85 m；老山上亚段(P₃l₂^c)发育炭质泥岩、泥岩累计厚度一般12 m；老山中亚段(P₃l₂^c)发育泥岩累计厚度一般68 m；老山下亚段(P₃l₂^a)发育泥岩累计厚度一般m；官山段(P₃l₁)发育泥岩累计厚度一般5 m。

根据丰城市曲江施工的赣丰地1井，共钻遇乐平组含气炭质泥页岩85.8 m，页岩总有机碳含量 0.16%~7.16%，平均值1.42%，炭质页岩解析气量为0.1~1.5 m³/t，平均0.54 m³/t。

3) 储集层

煤层生成的煤层气(CH₄等)部分以吸附状态储集于煤基质微孔隙中，煤层既是生烃层又是储集层。炭质泥岩、炭质粉砂岩生成页岩气(CH₄等)部分以吸附状态储集于泥岩、粉砂岩微孔隙中，炭质泥岩、炭质粉砂岩既是生烃层又是储集层。

与煤层、炭质泥岩、泥岩先后连续沉积的细砂岩、粉砂岩，因其发育孔隙或裂隙，可形成煤层气、页岩气的储集层。如王潘里段内部发育细砂岩岩层及其上部狮子山砂岩就是良好的储集层，老山下亚段内部发育的细砂岩岩层及其底部官山砂岩就是良好的储集层。

4) 覆盖层

乐平组煤系地层上部覆盖了二叠系上统长兴组(P₃c)、三叠系下统大冶组(T₁d)、侏罗系下统门口山组(J₁m)、及古近系临江组(E_2-3l)，盖层厚度达几十到几百米，上部岩层裂隙不发育，对封储性能越好，覆盖层增加了对煤层气储气层压力，相应的增加了对储气层的保护，对煤层气的形成有利。

5) 水文地质条件

区域内出露的地层由老至新为：二叠系中统茅口组(P₂m)、二叠系上统长兴组(P₃c)和乐平组(P₃l)、三叠系下统大冶组(T₁d)、侏罗系下统门口山组(J₁m)、及古近系临江组(E_2-3l)和第四系(Q)。

区内有第四系孔隙含水层、三叠系下统大冶(T₁d)灰岩裂隙岩溶含水层、二叠系上统长兴(P₃c)灰岩裂隙岩溶含水层、二叠系下统茅口组(P₂m)灰岩岩溶含水层、乐平煤系弱裂隙和孔隙含水层。长兴灰岩和茅口灰岩岩溶发育，含水较丰富，乐平煤系上部和下部均受岩溶水控制，对煤层气聚集形成有力的封闭条件。

4. 结论

1) 丰城煤层气矿区位于省会南昌周边，有天然的地理交通优势，矿区乐平组B₄煤层具有厚度大、稳定性好和热演化程度高特点，具有较好的开发前景。

2) 分析认为该区域煤层气的成藏条件主要体现在煤层气的烃源层、储集层、覆盖层三方面，煤层厚度和源生烃能力影响煤层气的含量，储集层岩性和水文地质影响煤层气富集环境。

文章引用

谢宗茂,韩德昌. 江西省丰城矿区煤层气成藏条件分析
Analysis of Coalbed Methane Accumulation Conditions in Fengcheng Mining Area, Jiangxi[J]. 矿山工程, 2020, 08(03): 390-397. https://doi.org/10.12677/ME.2020.83049

参考文献