本文關(guān)鍵詞：陜西省區(qū)域性瓦斯地質(zhì)分帶研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

第41卷 第2期 2013年4月

煤田地質(zhì)與勘探

COAL GEOLOGY & EXPLORATION

Vol. 41 No.2 Apr. 2013

文章編號(hào): 1001-1986(2013)02-0012-04

陜西省區(qū)域性瓦斯地質(zhì)分帶研究

王 英1，范立民2，安秀煜3

(1. 西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院，陜西 西安 710054；

2. 陜西省地質(zhì)調(diào)查院，陜西 西安 710065； 3. 陜西煤業(yè)化工技術(shù)研究院，陜西 西安 710065)

摘要: 瓦斯地質(zhì)規(guī)律和瓦斯地質(zhì)區(qū)劃研究是煤礦瓦斯宏觀管理和瓦斯資源科學(xué)利用的基礎(chǔ)和依據(jù)。根據(jù)陜西省“三級(jí)”瓦斯地質(zhì)編圖成果，系統(tǒng)分析和研究了陜西省瓦斯地質(zhì)規(guī)律。結(jié)果顯示：陜西省瓦斯地質(zhì)條件復(fù)雜，多樣化特點(diǎn)明顯；瓦斯賦存與分布受多種地質(zhì)因素影響，其中地質(zhì)構(gòu)造是主控因素。文章還根據(jù)陜西瓦斯地質(zhì)條件和瓦斯分布與變化特征，在全區(qū)劃分出榆林單斜低瓦斯帶、延安單斜低瓦斯帶、黃河斷褶高瓦斯帶、渭北斷隆高瓦斯帶和秦巴構(gòu)造系高瓦斯帶等5個(gè)區(qū)域性瓦斯地質(zhì)帶。這不僅對(duì)全省煤礦瓦斯管理與煤層氣開發(fā)利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義，而且對(duì)于全國(guó)瓦斯地質(zhì)規(guī)律研究和豐富瓦斯地質(zhì)理論與方法也有一定的理論意義。 關(guān) 鍵 詞：瓦斯；瓦斯地質(zhì)分帶；構(gòu)造控氣；瓦斯地質(zhì)圖；陜西省

中圖分類號(hào)：P618.11 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2013.02.003

Regional gas geological zonation in Shaanxi Province

WANG Ying1, FAN Limin2, AN Xiuyu3

(1. College of Geology and Environment, Xi'an University of Science and Technology, Xi'an 710054, China;

2. Shaanxi Geological Survey, Xi'an 710065, China;

3. Shaanxi Coal and Chemical Technology Institute, Xi'an 710065, China) Abstract: Study on gas geological regularities and gas geologic zoning is foundation and basis of coal mine gas resources macro-management and scientific utilization. Based on the achievements of compiling gas geological maps of three levels of Shaanxi Province, the paper analyzed systematically and studied deeply the gas geological regularities in Shaanxi Province. It came to the conclusion that in Shaanxi Province gas geological conditions are complex and have significant various features. Gas occurrence and distribution have been influenced by many geological factors, among them geological structure is dominant controlling factor. On the basis of gas geological conditions and gas distribution as well as variation characteristics, 5 regional gas zones have been divided in the province. It has not only important practical significance for management and development of coal mine gas, but also some theoretical importance for research on gas geological regularities and enrichment of gas geological theo-ries and methods in China.

Key words: gas; gas geological zonation; structural control of gas; gas geological map; Shaanxi Province

煤礦瓦斯既是一種危害煤礦安全的不良因素，又是一種可抽采利用的潔凈能源。瓦斯地質(zhì)區(qū)劃是煤礦瓦斯宏觀管理和科學(xué)利用的基礎(chǔ)，是瓦斯地質(zhì)條件和瓦斯賦存規(guī)律的綜合反映，是預(yù)測(cè)煤礦瓦斯含量變化和煤與瓦斯突出的依據(jù)[1-2]。

陜西省南北狹長(zhǎng)，地跨華北陸塊、秦祁昆造山系和揚(yáng)子陸塊等多個(gè)大地構(gòu)造單元；發(fā)育有寒武系、石炭-二疊系、三疊系和侏羅系等不同地質(zhì)時(shí)代、不同類型的含煤巖系；瓦斯地質(zhì)背景復(fù)雜，多樣化特點(diǎn)明

顯，各煤田(礦區(qū))瓦斯地質(zhì)條件和瓦斯危害程度差異很大。

長(zhǎng)期以來(lái)，陜西省內(nèi)的瓦斯地質(zhì)規(guī)律和區(qū)劃研究?jī)H局限于礦井和礦區(qū)層面，缺乏全省系統(tǒng)性宏觀研究，這給相關(guān)主管部門和規(guī)劃部門宏觀管理煤礦瓦斯與規(guī)劃利用瓦斯(煤層氣)資源帶來(lái)了一定困難。本文以2009年(國(guó)家能源局部署的)全國(guó)煤礦瓦斯地質(zhì)編圖工作為基礎(chǔ)，根據(jù)陜西省礦區(qū)、礦井、采掘工作面三級(jí)瓦斯地質(zhì)圖編制成果，在系統(tǒng)研究和深入分析瓦

收稿日期:2012-03-29

基金項(xiàng)目: 國(guó)家能源局全國(guó)煤礦瓦斯地質(zhì)編圖項(xiàng)目(國(guó)能煤炭[2009] 117號(hào))

作者簡(jiǎn)介: 王 英(1959—)，男，陜西蒲城人，教授，從事煤地質(zhì)和礦井地質(zhì)教學(xué)與研究工作.

第2期

王 英等: 陜西省區(qū)域性瓦斯地質(zhì)分帶研究 · 13 ·

斯地質(zhì)規(guī)律的基礎(chǔ)上，提出了陜西省區(qū)域性瓦斯地質(zhì)分帶方案，總結(jié)了各瓦斯地質(zhì)分帶的主要特征，以期對(duì)全省煤礦瓦斯管理與治理以及煤層氣開發(fā)利用提供依據(jù)，并為全國(guó)瓦斯地質(zhì)規(guī)律和瓦斯地質(zhì)理論研究提供參考。

1 瓦斯賦存的地質(zhì)規(guī)律

1.1 地質(zhì)構(gòu)造對(duì)瓦斯的控制

地質(zhì)構(gòu)造控制煤的形成與富集，也控制著瓦斯的賦存

[3-4]

。陜西高瓦斯區(qū)域基本分布于兩個(gè)地質(zhì)單元

的復(fù)合過(guò)渡地帶，如彬長(zhǎng)礦區(qū)位于彬黃坳褶帶與慶陽(yáng)單斜的過(guò)渡地帶，焦坪礦區(qū)位于彬黃坳褶帶與銅韓斷褶帶的交接部位，黃陵礦區(qū)位于彬黃坳褶帶與延安單斜的過(guò)渡地帶，韓城北區(qū)位于銅韓斷褶帶與黃河斷褶帶的復(fù)合部位，這些礦區(qū)均為高瓦斯礦區(qū)。

低瓦斯區(qū)大都位于隆升構(gòu)造單元的斜坡地帶，如處于瓦斯風(fēng)氧化帶的陜北侏羅紀(jì)煤田所在的榆林單斜，實(shí)則是北部近東西向伊盟隆起西南坡的組成部分；渭北煤田低瓦斯區(qū)的銅川礦區(qū)、蒲白礦區(qū)和澄合礦區(qū)現(xiàn)有生產(chǎn)礦井也都位于渭北斷隆帶的斜坡地帶。陜西的斷裂構(gòu)造多集中在渭北斷隆與渭河斷陷的過(guò)渡地帶，并以NEE-NE向張性開放型斷裂為主，，常常形成瓦斯逸散的通道，這是造成渭北煤田韓城南區(qū)以西瓦斯含量普遍偏低的主要原因，也是導(dǎo)致韓城礦區(qū)南低北高的主要原因，韓城南區(qū)以斷層為主，而北區(qū)以褶皺為主。在渭北煤田內(nèi)部北西向等其他方向的斷層往往成帶分布，也以正斷層為主，在斷層帶附近，煤層瓦斯含量和礦井瓦斯涌出量往往偏低。如蒲白礦區(qū)杜康溝逆斷層以南，有數(shù)條斷距在100~300 m的大型正斷層，呈北東向斜交于杜康溝逆斷層之上；在銅川礦區(qū)和澄合礦區(qū)邊淺部以及韓城礦區(qū)的邊淺部和南區(qū)，張性斷裂也比較發(fā)育，這些區(qū)域甲烷濃度和含量普遍較小。然而，在小斷層密集區(qū)，由于煤體結(jié)構(gòu)遭到了不同程度的破壞，煤層微裂隙增加，導(dǎo)致瓦斯相對(duì)富集，瓦斯涌出量偏高。如象山煤礦北一采區(qū)的小斷層較為密集，絕對(duì)瓦斯涌出量平均9 m3

/min；而南一采區(qū)的小斷層稀少, 煤體結(jié)構(gòu)較為完整，瓦斯涌出量?jī)H為3 m3/min。

褶皺構(gòu)造尤其是壓扭性褶皺構(gòu)造較發(fā)育的地區(qū)，煤層受到強(qiáng)烈擠壓和揉搓，煤體結(jié)構(gòu)遭到破壞，變得疏松，產(chǎn)生大量微裂隙，使煤的孔隙度和比表面積增加，有利于煤層瓦斯的局部富集，韓城北區(qū)、黃隴侏羅紀(jì)煤田西南部偏高并多次發(fā)生瓦斯事故均與此有關(guān)。同時(shí)，在褶皺發(fā)育、斷層相對(duì)稀少的地區(qū)，向斜

軸部往往壓應(yīng)力集中，礦井瓦斯涌出量也相對(duì)較高(圖1)，加之陜西省內(nèi)的褶皺構(gòu)造多有長(zhǎng)期繼承性發(fā)展的特點(diǎn)，向斜軸部煤層和厚度較大，成氣物質(zhì)較多，地應(yīng)力逐漸集中，導(dǎo)致瓦斯含量較高；而在背斜軸部部位，成氣物質(zhì)較少，并受到拉伸作用，構(gòu)造相對(duì)發(fā)育，常常形成低瓦斯區(qū)。這一點(diǎn)在黃隴侏羅紀(jì)煤田的彬長(zhǎng)、焦坪和黃陵礦區(qū)表現(xiàn)的尤為明顯[5-6]，礦井瓦斯涌出量與煤層底板標(biāo)高呈現(xiàn)出顯著的正相關(guān)關(guān)系。大佛寺煤礦4號(hào)煤層瓦斯含量較高的鉆孔，如D32、D78和D180鉆孔瓦斯含量分別為6.29 m3/t、5.20 m3/t和4.42 m3/t，就位于井田內(nèi)主要向斜(師家店向斜)軸部區(qū)域；瓦斯含量較低的鉆孔則分布于師家店向斜軸部區(qū)域的兩側(cè)。

圖1 陳家山煤礦瓦斯聚集區(qū)和噴出點(diǎn)在向斜軸部的分布

Fig.1 Gas accumulation area and blowout point in synclinal

axis in Chenjiashan mine

1.2 煤層頂?shù)装鍘r性對(duì)瓦斯賦存的影響

當(dāng)煤層頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖、碳質(zhì)泥巖等致密巖層時(shí)，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，巖層多發(fā)生塑性變形，原生結(jié)構(gòu)保存較為完好，對(duì)煤層瓦斯常常起到封閉作用，有利于瓦斯保存，這些區(qū)域煤層瓦斯含量和礦井瓦斯涌出量往往較高，泥巖等致密巖層越厚，越有利于瓦斯保存；而當(dāng)煤層頂板為砂巖等脆性巖石時(shí)，在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中多發(fā)生破裂變形，導(dǎo)致煤層瓦斯通過(guò)其孔隙和裂隙逸散，煤層瓦斯含量和礦井瓦斯涌出量會(huì)比較低。如焦坪礦區(qū)[7-8]，其南部的3對(duì)礦井煤層頂板以泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖等致密巖層為主，3礦井均為高瓦斯礦井；而位于北部的玉華煤礦，其井田中發(fā)育多條同聲沖刷帶，沖刷帶內(nèi)的含煤區(qū)域煤層頂板多為細(xì)砂巖或粗砂巖，瓦斯賦存量較少，為焦坪礦區(qū)大型礦井中唯一個(gè)低瓦斯礦井。

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煤田地質(zhì)與勘探 第41卷

1.3 煤層厚度及煤層埋深對(duì)瓦斯賦存的影響

在一個(gè)井田或一個(gè)礦區(qū)的小范圍內(nèi)，煤層厚度與瓦斯之間的關(guān)系表現(xiàn)得更為密切，煤層厚度越大，瓦斯含量越高。陜西各礦區(qū)的大多數(shù)礦井均呈現(xiàn)這一特點(diǎn)，尤其在黃隴侏羅紀(jì)煤田表現(xiàn)突出。因此，煤層厚度是瓦斯涌出量預(yù)測(cè)的一個(gè)重要指標(biāo)。

煤層埋深與瓦斯有著密切的關(guān)系，隨著煤層埋深的增加，礦井瓦斯涌出量逐漸增大(圖2)，這不僅在煤層埋深變化較大的區(qū)域(如渭北煤田、黃隴煤田和陜北石炭?二疊紀(jì)煤田)表現(xiàn)明顯，而且在煤層埋深變化不大的陜北侏羅紀(jì)煤田中也有所表現(xiàn)。渭北煤田、黃隴煤田和陜北石炭?二疊紀(jì)煤田邊淺部基本上屬于瓦斯風(fēng)化帶，而向深部瓦斯明顯增高。如渭北煤田的銅川、蒲白和澄合3個(gè)礦區(qū)，埋深300 m以淺，瓦斯成分以N2為主，甲烷含量一般都小于4 mL/g；而韓城礦區(qū)，煤層埋深在1 000 m左右時(shí)，甲烷含量已達(dá)到19.99 m3/t，甲烷含量隨深度增加而增大的特點(diǎn)，在本煤田中表現(xiàn)得極為明顯。

圖2 礦井瓦斯相對(duì)涌出量與工作面埋藏深度的關(guān)系

Fig.2 The relationship between relative gas inflow and burial

depth of mining face

2 區(qū)域性瓦斯地質(zhì)分帶特征

根據(jù)瓦斯分布與變化特征，結(jié)合大地構(gòu)造單元?jiǎng)澐�，可將陜西省煤礦瓦斯(煤層氣)分布劃分為榆林單斜低瓦斯帶、延安單斜低瓦斯帶、黃河斷褶高瓦斯帶、渭北斷隆高瓦斯帶、秦巴構(gòu)造系高瓦斯帶等5個(gè)帶(圖3)。

a. 榆林單斜低瓦斯帶

該瓦斯帶位于陜北北部陜、寧、蒙接壤地帶，沿靖邊—神木一線大致呈NE45°延展，西到陜寧交界，東止黃河斷褶帶，幾乎涵蓋整個(gè)陜北侏羅紀(jì)煤田。主體構(gòu)造為榆林單斜，其東北部邊緣跨伊盟隆起一角，巖層近于水平�？刹杉熬植靠刹擅簩�9層，各煤層厚度變化均較小，煤層埋深多不足200 m，頂板巖性多為砂巖和泥巖。煤層瓦斯含量含量很小，均在瓦斯風(fēng)氧化帶內(nèi)，礦井無(wú)瓦斯或涌出量極小，礦井絕對(duì)瓦斯涌出量基本都在2 m3/min以下，相對(duì)瓦斯涌出量不足1.5 m3/t。

圖3 陜西省瓦斯地質(zhì)分區(qū)略圖

Fig.3 Gas geological zonation in Shaanxi province

b. 延安單斜低瓦斯帶

該瓦斯帶基本位于陜北黃土高原腹地、延安及其周邊區(qū)域，北鄰榆林單斜低瓦斯帶，南與渭北斷隆相接，基本涵蓋整個(gè)三疊紀(jì)煤田，帶內(nèi)發(fā)育三疊紀(jì)煤系，主體構(gòu)造為榆林單斜，東北部邊緣跨伊盟隆起一角，巖層近于水平。目前，該瓦斯帶主要處于資源勘查階段，未參加本次瓦斯地質(zhì)編圖，勘查資料顯示，其瓦斯含量不高。c. 渭北斷隆高瓦斯帶

該瓦斯帶位于陜北黃土高原南緣、橋上以北地區(qū)，北鄰延安單斜低瓦斯帶，南與渭河斷陷毗鄰，呈北東東向展布，渭北煤田、黃隴煤田均分布于此帶內(nèi)。發(fā)育石炭-二疊系和侏羅系兩套含煤地層，侏羅紀(jì)煤系主要賦存于其北部的彬黃坳褶帶內(nèi)，石炭?二疊紀(jì)煤系分布于南部銅韓斷褶帶內(nèi)。彬黃坳褶帶主要由一系列北東向排列、北西向分隔的串珠狀含煤坳陷群所組成，斷層稀少；銅韓斷褶帶主體呈向北西傾斜的撓褶構(gòu)造，斷層主要沿?fù)像迾?gòu)造的頂部邊沿呈近東西向分布，撓褶部底斷層稀少，煤層平緩，一般在10°以下。該瓦斯帶東西兩端均為高瓦斯區(qū)，中部為低瓦斯

第2期

王 英等: 陜西省區(qū)域性瓦斯地質(zhì)分帶研究 · 15 ·

區(qū)。西端彬長(zhǎng)礦區(qū)最大絕對(duì)瓦斯涌出量77.71 m3/min，相對(duì)涌出量67.82 m3/t；東端最大絕對(duì)瓦斯涌出量和相對(duì)瓦斯涌出量分別為17.4 m3/min和143.17 m3/t，陜西的煤與瓦斯突出礦井也均集中于該瓦斯帶東端。其中，彬長(zhǎng)礦區(qū)、韓城礦區(qū)及以北的宜川勘查區(qū)是瓦斯地面抽采的有利地段。

d. 黃河斷褶高瓦斯帶

該瓦斯帶沿晉陜邊界呈南北向展布，由一系列近南北向斷裂與褶皺構(gòu)成，東與山西臺(tái)隆相鄰，西接榆林單斜、延安單斜、銅韓斷褶帶，在陜西境內(nèi)基本表現(xiàn)為低強(qiáng)度斷隆構(gòu)造，陜北石炭?二疊紀(jì)煤田即沿此帶分布。位于其中的陜西北部的府谷礦區(qū)，煤系地層向西傾斜，邊部地層較陡，向西逐漸變緩甚至近于水平。目前所有礦井均在淺部開采，礦井瓦斯涌出量較低，最大瓦斯絕對(duì)涌出量和相對(duì)涌出量均不大于2 m3/min和2 m 3/t，但根據(jù)煤層瓦斯含量和已采區(qū)梯度法預(yù)測(cè)，隨著向深部推進(jìn)，相對(duì)瓦斯涌出量最高可達(dá)15 m3/t以上。故將該帶定為高瓦斯帶。

e. 秦巴構(gòu)造系高瓦斯帶

陜南秦巴山區(qū)煤層賦存范圍小，成煤時(shí)代多，分布零星，煤礦大多為小窯式開采，開采深度不大，礦井瓦斯等級(jí)普遍不高。但仍有些煤礦的瓦斯相對(duì)涌出量高達(dá)15 m3/t以上，如鎮(zhèn)坪縣大河煤礦相對(duì)瓦斯涌出量絕對(duì)瓦斯涌出量為0.50~1.10 m3/min。為7.20~15.84 m3/t，

考慮到秦巴山區(qū)秦嶺造山帶的地質(zhì)構(gòu)造、煤層厚度、煤層埋深、煤層圍巖特征以及水文地質(zhì)條件等變化大，瓦斯賦存條件復(fù)雜，故將其定為高瓦斯帶。

瓦斯賦存既與聚煤期和成煤條件有關(guān)，又受煤質(zhì)、煤級(jí)、地質(zhì)構(gòu)造、水文地質(zhì)和煤層埋深、煤層厚度等多

種地質(zhì)因素所影響。

b. 陜西省瓦斯賦存與分布主要受控于地質(zhì)構(gòu)造的發(fā)育與分布特征。韓城礦區(qū)以壓扭性構(gòu)造為主，瓦斯相對(duì)富集，多形成高瓦斯、煤與瓦斯突出礦井；蒲白、澄合和銅川礦區(qū)以張性斷裂構(gòu)造為主，有利于瓦斯逸散，礦區(qū)均為瓦斯礦井；彬長(zhǎng)、旬耀和焦坪礦區(qū)以褶皺構(gòu)造為主，向斜軸部煤層厚度大，瓦斯含量高，常形成高瓦斯礦井。

c. 根據(jù)陜西瓦斯地質(zhì)條件和瓦斯分布與變化特征，可在全省范圍內(nèi)劃分出榆林單斜低瓦斯帶、延安單斜低瓦斯帶、黃河斷褶高瓦斯帶、渭北斷隆高瓦斯帶和秦巴構(gòu)造系高瓦斯帶等5個(gè)區(qū)域性瓦斯地質(zhì)帶。

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4 結(jié) 論

a. 陜西省瓦斯地質(zhì)條件復(fù)雜，多樣化特點(diǎn)明顯。

(上接第11頁(yè))

晚三疊世曲線下降，斜率大，代表盆地快速大幅沉降；侏羅紀(jì)—白堊紀(jì)，曲線上升—下降—上升，反映盆地在燕山期小幅抬升—沉降—大幅隆升剝蝕；新生代以來(lái)，曲線繼續(xù)上升后又下降，反映盆地在喜馬拉雅期抬升剝蝕后又繼續(xù)沉降。

b. 沁水盆地中北部地區(qū)沉降作用具有明顯的遷移規(guī)律：自晚古生代至新生代，沉降作用總體自南向北遷移；晚古生代沉降作用在西南部交口地區(qū)最為顯著，中生代遷移至中部榆社—來(lái)遠(yuǎn)地區(qū)，新生代繼續(xù)向北遷移至西北部窯子頭地區(qū)。

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