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[摘 要]基于汾西矿区已有瓦斯地质资料，阐述了矿区煤层瓦斯分布规律，研究了影响瓦斯赋存的主要地质因素。结果表明：矿区瓦斯分布不均匀。垂向上，山西组煤层瓦斯含量高于太原组煤层；横向上，瓦斯含量呈现出北部到中部逐渐增高的趋势；地质构造演化及分布特征是造成本区瓦斯含量总体较低的基本因素，而煤层埋藏深度、水文地质条件及顶板泥岩厚度影响较为局限。
[关键词]煤层；瓦斯；地質因素；离柳矿区
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
引言
煤层瓦斯是赋存于煤层中的以甲烷为主要成分的可燃气体。我国多数煤田瓦斯含量较高，随着煤矿开采程度的加大，瓦斯浓度不断升高，导致煤与瓦斯突出的危险性增加，因此及时总结瓦斯分布规律及影响瓦斯赋存的各种地质因素，对矿区瓦斯治理和有效防治煤与瓦斯突出具有重要意义。笔者以汾西矿区为例，在剖析已有瓦斯地质资料的基础上，研究了该区瓦斯分布规律及影响瓦斯赋存的地质因素。
1 矿区地质背景
汾西矿区地处山西板内造山带，受霍山块隆和吕梁-五台块隆的影响，形成近南北向的汾西大向斜。矿区东以霍山大断裂与霍山块隆毗邻，东北以绵山山前断裂为界，主体构造由近SN向阳泉曲-汾西盆状复式向斜和NW、NE向正断裂组成（图1）。
区内主要含煤地层为太原组和山西组。山西组含煤3层，其中2号煤为较稳定的大部可采煤层；太原组含煤9层，其中9、10、11号煤层属全区可采的稳定煤层，且在汾阳孝义一带9、10、11号煤合并为丈八煤，总厚达5-12m，在其余大部为三个独立的煤层。煤的变质程度为中部较低，从矿区中部向矿区北部、南部、西部变质程度加深。
2 矿区瓦斯分布特征
据目前已有瓦斯统计资料，汾西矿区各矿井均为低瓦斯矿井。矿区内2、9、10、11号煤层瓦斯含量平均分别为0.69m3/t、0.35 m3/t、0.68m3/t和 0.48 m3/t，即太原组煤层瓦斯含量小于山西组煤层。整个矿区瓦斯含量空间分布上，自矿区北部到中部逐渐增大，到中部曙光矿达到最高，再往南呈现先减小后增大的趋势。
3 影响矿区瓦斯分布的地质因素
煤层瓦斯的形成、分布和赋存特征受瓦斯地质因素的控制。通过对矿区构造演化过程、地质构造特征、埋藏深度、上覆基岩厚度、顶底板岩性、水文地质条件等方面的分析，剖析了煤层的瓦斯成分、含量、分布与地质控制因素的关系。
3.1 地质构造对煤层瓦斯赋存的影响
汾西矿区石炭-二叠纪含煤地层形成后经历了印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动的构造变动，每次构造运动的规模、构造应力场等不尽相同。构造差异性演化决定了煤层埋藏史、生气史，控制和影响了煤中瓦斯的赋存特征[1-，2，3]。
汾西矿区构造演化过程大致经历了5个阶段[4，5]：①从晚石炭世至晚三叠世，地层由缓慢沉降到快速沉降变化，煤层此时达到最大埋藏深度；②从晚三叠世末到早侏罗世为地层抬升剥蚀阶段，印支运动使该区整体抬升，煤田区域古构造应力场以SN向挤压为主，多形成近EW向高角度正断层和褶皱构造，受到区域挤压构造的影响，煤层广泛遭受剥蚀，埋深减小；③中侏罗世，为地壳缓慢沉降阶段。沉降幅度小于第一阶段；④晚侏罗世至古近纪末，地层进入快速抬升阶段，造成本区新近系和第四系直接覆盖在上古生界之上。煤层埋深持续减小，并被抬升至散逸带内，使瓦斯气体基本上放散殆尽；⑤从新近纪至现代，地层又开始回落，对残余的瓦斯气体有所保存。但喜山期的右旋力偶使区域构造性质发生反转，即由前一段的挤压隆起带转化为伸展裂陷带，造成矿区内发育正断裂，整体不利于瓦斯赋存。
由上可知，矿区的沉积埋藏史、聚气史和瓦斯含量演化史表明本矿区的瓦斯保存条件差，生成的大部分瓦斯在地质历史上基本逸散殆尽，这是汾西矿区6对矿井煤层瓦斯含量普遍较低的主要原因之一。在总体瓦斯含量低的背景下，分析了煤层埋深、顶底板岩性和地下水动力条件对瓦斯含量的控制作用。
3.2 埋深对煤层瓦斯赋存的影响
矿区内瓦斯成分中CH4含量平均变化于0.35%-48.16%，即煤层均处于瓦斯风化带，瓦斯含量较低，但瓦斯含量随埋深增加而增大的现象也比较明显。以曙光矿为例，2号煤瓦斯含量随煤层埋藏深度增加而变大，其相关系数R=0.7。
3.3 顶底板岩性对煤层瓦斯赋存的影响
顶底板岩性间接地影响了气体的逸散速度[6]。直接顶底板属泥岩，炭质泥岩或砂质泥岩等渗透性相对较差的岩层时，具有较强的抗张、抗压能力，一般封闭性好，气体逸散缓慢，对瓦斯赋存最好；煤层顶底板为中-粗粒砂岩等渗透性较好的岩层时，瓦斯逸散速度较快，含量降低；煤层顶板为封闭层，底板为渗透层时，不利瓦斯赋存；煤层顶板为渗透层（砂岩型盖层），下覆隔层时，不利瓦斯赋存。由于汾西矿区6对矿井仅曙光矿井瓦斯含量数据较全，因此以曙光矿井为例进行讨论。对顶板20m内与底板20m内泥岩与瓦斯含量进行回归分析可以发现，瓦斯含量总的变化趋势随着顶板泥岩厚度的增加而变大，相关性较好，相关系数r=0.705，而底板泥岩厚度与瓦斯含量关系不明显，对瓦斯含量的影响不明显。
3.4 水文地质条件对煤层瓦斯赋存的影响
含煤地层中的水文地质条件对瓦斯的保存、破坏影响很大，不同水文地质条件下煤的瓦斯含量差别很大[7-]，[8]，[9]。汾西矿区内煤层基本处于地下水的径流区，补给充足。太原组的煤系水动力条件要强于上部的山西组煤系，且太原组的灰岩层离煤层的距离都较近或直接作为顶板，煤层瓦斯向上运移至灰岩层中，可随水运移而迅速散失，从而造成埋深较大的太原组煤层瓦斯含量较小，而埋深较浅的山西组瓦斯煤层含量相对较高。
综上所述，汾西矿区的构造-沉积埋藏史表明本区的瓦斯保存条件差，生成的瓦斯随着地壳的隆升大部分逸散，这是本矿区6对矿井煤层瓦斯含量普遍较低的主要原因。在此基础上，煤层瓦斯含量随煤层埋深及煤层顶板泥岩厚度的增大而增加，而太原组地下水动力条件强于山西组，造成山西组瓦斯含量高于太原组，但由于矿区煤层整体处于地下水径流区，而不利于瓦斯赋存。 4 结论
（1）汾西矿区瓦斯分布具有不均衡性。垂向上，山西组煤层瓦斯含量高于太原组煤层；横向上，瓦斯含量自矿区北部到中部逐渐增大，到中部曙光矿井达到最高，再往南又呈先減小后增大的趋势。
（2）影响矿区瓦斯含量的地质因素主要为地质构造演化及其分布特征是造成本区瓦斯含量总体较低的基本因素，为影响本区瓦斯赋存的其它地质因素（煤层埋藏深度、水文地质条件及顶板泥岩厚度）的高效配置提供了框架。
参考文献
[1] 方爱民，侯泉林，琚宜文，等.构造对煤层气藏的控制作用[A].宋岩，张新民等主编.煤层气成藏机制及经济开采理论基础[C].北京：科学出版社， 2005，140-151.
[2] Wu Y D， Ju Y W， Hou Q L， et al. Comparison of coalbed gas generation between Huaibei-Huainan coalfields and Qinshui coal basin based on the tectono-thermal modeling[J]. Science China Earth Sciences， 2011， 54（7）： 1069-1077.
[3] Geological controls on prediction of coalbed methane of No.3 coal seam in Southern Qinshui Basin， North China[J].International Journal of Coal Geology，2011，88：101-112.
[4] 李先贵.霍州矿区区域地质构造应力–应变场解析[J]. 山东科技大学学报（自然科学版），2003，22（3）：14-16.
[5] 秦勇，宋党育，王超.山西南部晚古生代煤的煤化作用及其控气特征[J]. 煤炭学报，1997，22（3）：230-235.
[6] 张胜利，李宝芳.鄂尔多斯东缘石炭二叠系煤层气分布规律及影响地质因素[J].石油实验地质，1996，18（2）：182-189.
[7] 叶建平，武强，王子和.水文地质条件对煤层气赋存的控制作用[J].煤炭学报，2001，26（5）：459-462.
[8] 傅雪海，王爱国，陈锁忠，等.寿阳-阳泉煤矿区控气水文地质条件分析[J]. 天然气工业，2005，25（1）：33-36.
[9] 秦胜飞，宋岩，唐修义，等.流动的地下水对煤层含气性的破坏机理[J].科学通报，2005，50（增刊I）：99-104.
作者简介
焦兴鹏（1986—），男，山西平遥，助理工程师，从事煤矿生产管理。
[关键词]煤层；瓦斯；地質因素；离柳矿区
中图分类号：TD712 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）02-0000-01
引言
煤层瓦斯是赋存于煤层中的以甲烷为主要成分的可燃气体。我国多数煤田瓦斯含量较高，随着煤矿开采程度的加大，瓦斯浓度不断升高，导致煤与瓦斯突出的危险性增加，因此及时总结瓦斯分布规律及影响瓦斯赋存的各种地质因素，对矿区瓦斯治理和有效防治煤与瓦斯突出具有重要意义。笔者以汾西矿区为例，在剖析已有瓦斯地质资料的基础上，研究了该区瓦斯分布规律及影响瓦斯赋存的地质因素。
1 矿区地质背景
汾西矿区地处山西板内造山带，受霍山块隆和吕梁-五台块隆的影响，形成近南北向的汾西大向斜。矿区东以霍山大断裂与霍山块隆毗邻，东北以绵山山前断裂为界，主体构造由近SN向阳泉曲-汾西盆状复式向斜和NW、NE向正断裂组成（图1）。
区内主要含煤地层为太原组和山西组。山西组含煤3层，其中2号煤为较稳定的大部可采煤层；太原组含煤9层，其中9、10、11号煤层属全区可采的稳定煤层，且在汾阳孝义一带9、10、11号煤合并为丈八煤，总厚达5-12m，在其余大部为三个独立的煤层。煤的变质程度为中部较低，从矿区中部向矿区北部、南部、西部变质程度加深。
2 矿区瓦斯分布特征
据目前已有瓦斯统计资料，汾西矿区各矿井均为低瓦斯矿井。矿区内2、9、10、11号煤层瓦斯含量平均分别为0.69m3/t、0.35 m3/t、0.68m3/t和 0.48 m3/t，即太原组煤层瓦斯含量小于山西组煤层。整个矿区瓦斯含量空间分布上，自矿区北部到中部逐渐增大，到中部曙光矿达到最高，再往南呈现先减小后增大的趋势。
3 影响矿区瓦斯分布的地质因素
煤层瓦斯的形成、分布和赋存特征受瓦斯地质因素的控制。通过对矿区构造演化过程、地质构造特征、埋藏深度、上覆基岩厚度、顶底板岩性、水文地质条件等方面的分析，剖析了煤层的瓦斯成分、含量、分布与地质控制因素的关系。
3.1 地质构造对煤层瓦斯赋存的影响
汾西矿区石炭-二叠纪含煤地层形成后经历了印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动的构造变动，每次构造运动的规模、构造应力场等不尽相同。构造差异性演化决定了煤层埋藏史、生气史，控制和影响了煤中瓦斯的赋存特征[1-，2，3]。
汾西矿区构造演化过程大致经历了5个阶段[4，5]：①从晚石炭世至晚三叠世，地层由缓慢沉降到快速沉降变化，煤层此时达到最大埋藏深度；②从晚三叠世末到早侏罗世为地层抬升剥蚀阶段，印支运动使该区整体抬升，煤田区域古构造应力场以SN向挤压为主，多形成近EW向高角度正断层和褶皱构造，受到区域挤压构造的影响，煤层广泛遭受剥蚀，埋深减小；③中侏罗世，为地壳缓慢沉降阶段。沉降幅度小于第一阶段；④晚侏罗世至古近纪末，地层进入快速抬升阶段，造成本区新近系和第四系直接覆盖在上古生界之上。煤层埋深持续减小，并被抬升至散逸带内，使瓦斯气体基本上放散殆尽；⑤从新近纪至现代，地层又开始回落，对残余的瓦斯气体有所保存。但喜山期的右旋力偶使区域构造性质发生反转，即由前一段的挤压隆起带转化为伸展裂陷带，造成矿区内发育正断裂，整体不利于瓦斯赋存。
由上可知，矿区的沉积埋藏史、聚气史和瓦斯含量演化史表明本矿区的瓦斯保存条件差，生成的大部分瓦斯在地质历史上基本逸散殆尽，这是汾西矿区6对矿井煤层瓦斯含量普遍较低的主要原因之一。在总体瓦斯含量低的背景下，分析了煤层埋深、顶底板岩性和地下水动力条件对瓦斯含量的控制作用。
3.2 埋深对煤层瓦斯赋存的影响
矿区内瓦斯成分中CH4含量平均变化于0.35%-48.16%，即煤层均处于瓦斯风化带，瓦斯含量较低，但瓦斯含量随埋深增加而增大的现象也比较明显。以曙光矿为例，2号煤瓦斯含量随煤层埋藏深度增加而变大，其相关系数R=0.7。
3.3 顶底板岩性对煤层瓦斯赋存的影响
顶底板岩性间接地影响了气体的逸散速度[6]。直接顶底板属泥岩，炭质泥岩或砂质泥岩等渗透性相对较差的岩层时，具有较强的抗张、抗压能力，一般封闭性好，气体逸散缓慢，对瓦斯赋存最好；煤层顶底板为中-粗粒砂岩等渗透性较好的岩层时，瓦斯逸散速度较快，含量降低；煤层顶板为封闭层，底板为渗透层时，不利瓦斯赋存；煤层顶板为渗透层（砂岩型盖层），下覆隔层时，不利瓦斯赋存。由于汾西矿区6对矿井仅曙光矿井瓦斯含量数据较全，因此以曙光矿井为例进行讨论。对顶板20m内与底板20m内泥岩与瓦斯含量进行回归分析可以发现，瓦斯含量总的变化趋势随着顶板泥岩厚度的增加而变大，相关性较好，相关系数r=0.705，而底板泥岩厚度与瓦斯含量关系不明显，对瓦斯含量的影响不明显。
3.4 水文地质条件对煤层瓦斯赋存的影响
含煤地层中的水文地质条件对瓦斯的保存、破坏影响很大，不同水文地质条件下煤的瓦斯含量差别很大[7-]，[8]，[9]。汾西矿区内煤层基本处于地下水的径流区，补给充足。太原组的煤系水动力条件要强于上部的山西组煤系，且太原组的灰岩层离煤层的距离都较近或直接作为顶板，煤层瓦斯向上运移至灰岩层中，可随水运移而迅速散失，从而造成埋深较大的太原组煤层瓦斯含量较小，而埋深较浅的山西组瓦斯煤层含量相对较高。
综上所述，汾西矿区的构造-沉积埋藏史表明本区的瓦斯保存条件差，生成的瓦斯随着地壳的隆升大部分逸散，这是本矿区6对矿井煤层瓦斯含量普遍较低的主要原因。在此基础上，煤层瓦斯含量随煤层埋深及煤层顶板泥岩厚度的增大而增加，而太原组地下水动力条件强于山西组，造成山西组瓦斯含量高于太原组，但由于矿区煤层整体处于地下水径流区，而不利于瓦斯赋存。 4 结论
（1）汾西矿区瓦斯分布具有不均衡性。垂向上，山西组煤层瓦斯含量高于太原组煤层；横向上，瓦斯含量自矿区北部到中部逐渐增大，到中部曙光矿井达到最高，再往南又呈先減小后增大的趋势。
（2）影响矿区瓦斯含量的地质因素主要为地质构造演化及其分布特征是造成本区瓦斯含量总体较低的基本因素，为影响本区瓦斯赋存的其它地质因素（煤层埋藏深度、水文地质条件及顶板泥岩厚度）的高效配置提供了框架。
参考文献
[1] 方爱民，侯泉林，琚宜文，等.构造对煤层气藏的控制作用[A].宋岩，张新民等主编.煤层气成藏机制及经济开采理论基础[C].北京：科学出版社， 2005，140-151.
[2] Wu Y D， Ju Y W， Hou Q L， et al. Comparison of coalbed gas generation between Huaibei-Huainan coalfields and Qinshui coal basin based on the tectono-thermal modeling[J]. Science China Earth Sciences， 2011， 54（7）： 1069-1077.
[3] Geological controls on prediction of coalbed methane of No.3 coal seam in Southern Qinshui Basin， North China[J].International Journal of Coal Geology，2011，88：101-112.
[4] 李先贵.霍州矿区区域地质构造应力–应变场解析[J]. 山东科技大学学报（自然科学版），2003，22（3）：14-16.
[5] 秦勇，宋党育，王超.山西南部晚古生代煤的煤化作用及其控气特征[J]. 煤炭学报，1997，22（3）：230-235.
[6] 张胜利，李宝芳.鄂尔多斯东缘石炭二叠系煤层气分布规律及影响地质因素[J].石油实验地质，1996，18（2）：182-189.
[7] 叶建平，武强，王子和.水文地质条件对煤层气赋存的控制作用[J].煤炭学报，2001，26（5）：459-462.
[8] 傅雪海，王爱国，陈锁忠，等.寿阳-阳泉煤矿区控气水文地质条件分析[J]. 天然气工业，2005，25（1）：33-36.
[9] 秦胜飞，宋岩，唐修义，等.流动的地下水对煤层含气性的破坏机理[J].科学通报，2005，50（增刊I）：99-104.
作者简介
焦兴鹏（1986—），男，山西平遥，助理工程师，从事煤矿生产管理。