张松玲　樊利强

[摘要]围岩的封闭特性是影响煤层气逸散程度的主要因素，也是评估煤田煤层气开采价值的重要参考依据。但该特性受地质差异影响很大，所以在不同的煤田中会有不同的体现。本文将探究和什托洛盖煤田的围岩封闭性能，以此讨论该煤田的煤层气保存程度。

[关键词]和什托洛盖煤田 煤层气 围岩 封闭特性

[中图分类号] F407.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-52-1

和什托洛盖煤田位于新疆准噶尔盆地，其煤层中含有一定量的煤层气。在煤矿开采越来越追求综合化和高效化的背景下，有必要确定这些煤层气的保存与逸散情况，以此确定其开采价值。为此，需要分析对煤层气有重要影响的围岩封闭特性。

1煤层气概述

煤层气是一种非常规的天然气，储存位置为煤层中的基质颗粒表面、煤层水、煤孔隙，主要成分是甲烷，但也包括其他烃类气体。这种气体往往被封闭在煤层中，因此其开采需要伴随煤矿的开采共同进行。但不同地区的煤层由于岩性、厚度等参数的不同而具有不同的煤层气封闭能力，所以开采价值也有所区别，封闭条件较差的煤层，气体散失量偏大，开采价值也较低。具体来说，煤层气在封闭条件方面的决定因素有二，其一是煤层本身，其二是煤层的边界条件。

2围岩对煤层气的封闭机理

如上文所述，煤层气在煤层中的存在位置包括基体表面、空隙和水中，其中基体表面与空隙中的煤层气均为吸附态，在总含量中的比例达到90%到95%。只要外界的压力降作用没有传到这些吸附气体上，煤层气的解吸和吸附就能达到动态平衡，气体逸散就基本不会发生。但如果煤层盖层存在缺陷，煤层中少量的游离态煤层气就会先行逸散，虽然这部分逸散的气体量非常少，但是气体的损失会在煤层中形成浓度差，这样一来原本稳定的吸附态煤层气也会解吸出来转化成游离态，该过程不断重复，煤层中的煤层气就会大量逸散。所以围岩的封闭机理就是通过种种封闭方式保证盖层性能，避免游离气的逸散。

围岩的盖层封闭模式有三种，其一是压力封闭，但由于我国煤层气的储层压力通常不高，所以压力封闭虽然能发挥一定的作用但效果有限；其二是浓度封闭，但煤层兼具储集层与生气层两种特征，气体很少出现显著的浓度差异，所以应用范围有限；其三是毛细管力封闭，煤层的结构较为特殊，大多是具有微孔发育特征的双孔隙结构，所以围岩的封闭作用可以通过毛细管力表现出来，这种封闭方式在围岩封闭中是最常见的。由于毛细管力的影响因素包括了岩石致密度、粒度、岩性，所以围岩的封闭特性也受这些因素影响。

3和什托洛盖地区的围岩封闭条件

3.1煤层顶底板区域的围岩封闭条件

煤层的顶底板区域是和岩层直接接触的区域，因此，该区域的厚度和岩性两项参数直接影响到煤层气会被保存还是逸散。通常情况下，厚度越小、岩性粒度越粗，气体的渗滤和扩散就越快，逸散的可能也就越高，所以厚度大、岩性粒度细的部分封闭性更高，煤层气的保存更好。

在和什托洛盖地区，八道湾组的煤层底板主岩性为炭质泥岩和普通泥岩，杂有粉砂岩和少量的中砂岩、细砂岩等；煤层顶板的主岩性则均为普通泥岩，杂有炭质泥岩、中细粒砂岩、粉砂岩。实际考察可知，该区域煤层顶底板中，作为主岩性的细碎屑岩比例都在70%以上，由于该类岩性的粒度相当细，所以可以判断该地域的煤层顶底板能有效保存煤层气。

与八道湾组不同，西山窑组具有更多的煤层、更大的厚度、更稳定的岩性，但由于底部是河流沉积形成的，所以沉积物的粒度相当粗，顶部则为垂向的层序单元，具有湖泊三角洲的体系特征。从岩性类型上看，煤层的底板主岩性是普通泥岩，杂有粉砂岩与少量的细砂岩、炭质泥岩；煤层的顶板主岩性与底板相同，均为普通泥岩，夹杂岩性则是粉砂岩、炭质泥岩与少量的砂砾岩、砂岩。虽然该区域煤层顶板部位的的细碎屑岩比例很高，达到了80%左右，但煤层底板部分基本都是粗碎屑岩，这对煤层气的封闭保存有很大的负面影响，所以虽然煤层厚度更大，但保存能效反而下降。

3.2煤系地层区域的围岩封闭条件

和什托洛盖煤田地处准噶尔盆地，通过研究准噶尔盆地的地质发展史可知，该区域于侏罗纪时期经历了如下三阶段的演变过程，分别是早期开始的沉降阶段，中期的成煤阶段，后期的抬升阶段，其中大面积煤层的沉积与沉降阶段之后气候的湿润有关。

和什托洛盖地区的该类含煤地层以白杨河一带为沉积中心，因此该区域的含煤地层拥有最大的厚度。在三工河组与八道湾组，地层总厚度超过了2300米，但随着地层朝东西扩展，厚度越来越小，有部分地区还产生了地层剥蚀现象。在八道湾组，中等厚度的煤系地层起到了充分的封闭效果，很好地封起了煤层气，但在西山窑组，由于部分地区存在地层剥蚀，所以煤层气的封闭能效被大幅削弱，封闭作用相对不佳。

3.3厚煤层区域的围岩封闭条件

虽然和什托洛盖煤田的煤层变质程度不高，煤层气的含量有限，但无论是八道湾组、西山窑组还是各个凹陷区，煤层都具有相当多的层数和总厚度。举例来说，在八道湾组，煤层总厚度在10米到20米之间；在西山窑组，煤层总厚度在20米到30米之间。不过需要注意的是，和什托洛盖煤田各个煤层的单层厚度通常很薄，在八道湾组与西山窑组，煤层的单层厚度基本没有超过10米的，厚度区间大多只有3米到7米。但是，由于该区域煤田的煤层层数相当多，所以单层厚度过薄并不构成问题，这种总体结构能够形成垂直方向的多层封堵，令煤层气的散失速度大幅延缓，所以即使是煤层总厚度不足10米的喇嘛昭矿区也能确保一定的煤层气保存能效。受优良的煤层封闭条件影响，和什托洛盖煤田虽然煤层气含量不高，但气体保存相当完善，所以依然有很高的开采价值。

4结语

总体来说，和什托洛盖煤田的煤层围岩具有相当高的封闭性能，其多层结构的特性弥补了部分区域岩性粒度粗、煤层厚度小的缺点，使区域总体的煤层气都很好地被保存了下来。

参考文献

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[2]中国煤炭工业劳动保护科学技术学会.矿山压力与岩层控制技术[M].北京：煤炭工业出版社，2007（9）.

[3]陈宪，李宇昌，廖有炜.准噶尔盆地及其周边地区中生代成煤及大地构造梗概[J].新疆大学学报（自然科学版），2004（3）.