陕西省煤炭煤层气资源概况
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发布时间：2022-04-23 00:09
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时间：2023-06-26 02:17
陕西省煤炭资源丰富，含煤面积5.71×104km2，埋深2000m以浅的煤炭资源蕴藏总量超过3800×108t，煤炭资源分布呈现北富南贫的特点，秦岭以北约占全省的98%，以南不足2%。成煤时代主要为石炭－二叠纪、三叠纪和侏罗纪，主要煤田有渭北石炭－二叠纪煤田、陕北石炭－二叠纪煤田、陕北三叠纪煤田、黄陇侏罗纪煤田、陕北侏罗纪煤田、商洛石炭－二叠纪煤田和镇巴侏罗纪煤田等七个煤田（图0.1）。各个煤田均有煤层气分布，但具有资源价值的煤层气主要分布在陕北石炭－二叠纪煤田、渭北石炭－二叠纪煤田和黄陇侏罗纪煤田。全省2000m以浅煤层气资源量13095×108m3，位居全国第三位。
0.1.1 陕西省主要煤田
渭北石炭－二叠纪煤田：东起韩城，西至耀县，地层走向由北东向南西展布，有渭北“黑腰带”之称。东西长约220km，南北宽37～50km，含煤面积近1×104km2，划分为铜川、蒲白、澄合、韩城四个矿区。总体构造为一向北西倾斜的单斜，倾角5°～15°。蒲白、澄合两矿区断裂构造较发育，断层多成为井田自然边界。煤系为山西组和太原组，含煤11层，可采者3～4层，即3＃、5＃、10＃、11＃煤层。煤类以瘦煤、贫煤为主。
黄陇侏罗纪煤田：东起黄陵，经宜君、旬邑、彬县、凤翔、千阳等，西至陇县，长约280km，宽30～40km，含煤面积约1.1×104km2，为一向北倾斜的单斜。煤田内多出现宽缓的背、向斜，倾角多在3°～10°之间，个别地段15°左右。构造线以东西向或北东向为主。煤系为侏罗系中统延安组，含煤4层，可采者1～2层。划分为4个矿区和一个勘探区，即：黄陵矿区、焦坪矿区、旬耀矿区、彬长矿区、永陇勘探区。煤类主要为不粘煤、弱粘煤，黄陵矿区有少量气煤。
陕北三叠纪煤田：含煤地层分布范围包括延安、子长、子洲、安塞、米脂、横山等县、市，南北长约75km，东西宽约30km，含煤面积约2200km2，为一向西倾斜的单斜，倾角1°～5°。煤系为三叠系上统瓦窑堡组，含煤7～15层，可采者1～2层，即3＃、5＃煤层，主采为5＃煤。主采煤层的特点是薄而分布广，0.7m以上厚度仅分布于子长县境内，现仅规划一个矿区（子长矿区）。煤类为气煤。
陕北侏罗纪煤田：东北起于府谷至西南的靖边、定边，经神木、榆林、横山等县、市，长约300km，宽25～80km，含煤面积约17400km2。地层倾角1°～5°左右，为一大型向北西倾斜的单斜。煤层赋存稳定，划分为神府矿区、榆神矿区、榆横矿区和靖定预测区。煤系为侏罗系中统延安组，分五个含煤段，分别含5个煤层组，自下而上编为1＃、2＃、3＃、4＃、5＃，主采煤层为1＃－2、2＃－2、3＃－1、4＃－2、5＃－2五层。煤类主要为不粘煤、长焰煤，局部有弱粘煤。
图0.1 陕西省煤炭资源分布图
陕北石炭二叠纪煤田：分布于府谷、佳县、吴堡沿黄河以西一带，是山西河东煤田西延部分。以煤层埋深2000m为深部界线，划分为两个不相连接的分区，即府谷矿区和吴堡勘探区。府谷矿区与吴堡勘探区之间的佳县地区，因煤层埋深超过2000m，未作规划分区。煤田地层走向近于南北，为向西倾的单斜，断层稀少，褶皱不发育，地层倾角＜10°。煤系地层为山西组和太原组，含煤10层，主要可采煤层为3＃、8＃、9＃三层。煤类为焦煤。
0.1.2 陕西省煤层气资源
0.1.2.1 煤层气区块划分和资源量
根据全省煤田地质勘探钻孔的瓦斯资料，全省的煤层气可按含气量及平面分布特点划分为15个含气区，其中：①单层可采煤层烃类气体含量≥4m3/t，具有一定分布面积的矿区或勘探区，有渭北石炭－二叠纪煤田的铜川、蒲白、澄合、韩城矿区和陕北石炭－二叠纪煤田的府谷矿区和吴堡勘探区六个含气区；②单层可采煤层烃类气体虽≥4m3/t，但分布面积较小，并以孤立点出现的矿区或勘探区，有黄陇侏罗纪煤田的黄陵、焦坪、彬长矿区三个含气区；③单层可采烃类气体含量小于4m3/t的矿区或勘查区，有陕北侏罗纪煤田的神府矿区、榆神矿区、榆横矿区、孟家湾勘查区和陕北三叠纪煤田子长矿区，共五个含气区。
根据全省煤层气赋存情况，对韩城、澄合、蒲白、铜川、府谷、吴堡6个含气区计算了煤层气资源量。对黄陵、焦坪及彬长矿区，估算了煤层气资源量。全省1500m以浅共蕴藏煤层气资源量约13121×108m3（表0.1、表0.2）。
表0.1 石炭－二叠纪煤田煤层气资源量
表0.2 侏罗纪煤田煤层气资源量（埋深＜1500m）
通过对煤田煤储层展布、煤层气含量、煤层渗透率、煤变质特征、煤的吸附性能等条件的综合分析，认为渭北与陕北石炭－二叠纪煤田煤层厚度大（图0.2），煤层埋深适中，甲烷含量较高，生、储、盖条件较好，目前有在建和生产矿井，是煤层气勘探开发的理想地区，并具有重要的理论和实际意义。
图0.2 陕西省煤层气资源分布图
彬长矿区至2007年底，已有下沟、火石嘴、水帘、亭南、大佛寺等煤矿生产，其中有的矿井瓦斯涌出量每分钟超过150m3，从目前井下抽放获得的资料分析，本区具有良好的开发前景。
0.1.2.2 不同含气区煤层气地质特征
（1）渭北石炭－二叠纪煤田
煤层的埋深主要受地形和构造的影响。煤田边浅部地层倾角较陡，一般20°左右，局部有直立甚至倒转现象，一般埋深小于500m。煤田的中深部，地层倾角变小，一般5°～10°，地形高差变化较大，在澄合、蒲白、铜川三矿区，地层倾向近于正北。黄土台塬区煤层埋深一般为600～1500m，低山区煤层埋深一般在1800～2300m之间。韩城矿区地层倾向北西，煤层在山区边部埋深仅为0～200m。
3＃煤层厚0.18～9.26m，一般3.0m；4＃煤层厚度0～3.56m，一般1.00m；5＃煤层在韩城矿区厚0～7.19m，澄合矿区厚0.40～10.54m，蒲白矿区煤厚0～8.28m，铜川矿区煤厚0～8.18m；10＃煤层澄合矿区厚0～7.39m，蒲白矿区厚0～20.25m，铜川矿区厚0～6.62m。
煤层裂隙、割理发育程度各可采煤层相近。一方面与宏观煤岩类型有关，光亮型和半亮型中，内生裂隙发育，一般为20条/5cm。另一方面，煤层的割理与构造的关系较为密切。韩城北区压性、压扭性构造较发育，不利于煤层割理的形成，并常形成构造煤，阻止了煤层气的运移和逸散，有利于煤层气的富集，从而使北区各矿为高沼矿，相对涌出量较高，下峪口矿可达55.3m3/t，桑树坪矿可达56.09m3/t，但煤层渗透性很低，并常出现瓦斯突出现象。韩城南区张性构造发育，有利于煤层割理形成，煤层渗透率最高达2.5×10－3μm2。
（2）陕北石炭－二叠纪煤田
陕北石炭－二叠纪煤田煤层的内生裂隙较发育，割理不发育，就影响孔隙度和透气性的因素而言，陕北煤的变质程度较低，有利于煤中大孔隙的存在，推测煤层的透气性较高。煤层埋深主要受后期构造影响。地层倾向正西，煤田边浅部沿倾向约5～10km的范围，煤层埋深从露头增加到1000m，中深部埋深在1000m以上，沿走向在佳县以西煤层埋深大于2000m，使煤田一分为二，即南部吴堡区和北部府谷区。
府谷矿区：东部以黄河为界，北以陕西与内蒙古自治区边界为界，西部延伸较远，但埋藏深度1500m的边界位于新民镇—三道沟乡一带。1500m以浅面积893km2，资源量140×108t，探明区面积200km2，资源量53×108t。矿区含煤地层为石炭系太原组和二叠系山西组，含可采煤层11层，自上而下编号为3＃、4＃、5＃、6＃、7＃、8＃、9＃－1、9＃－2、10＃－1、10＃－2、11＃，其中3＃、4＃煤赋存于山西组，其余赋存于太原组。主要可采煤层为4＃、6＃、7＃、9＃－2，其余为局部可采煤层，煤层埋深200～1200m。根据总体规划，划分为西王寨、冯家塔井田等。西王寨井田4＃煤层厚度0.96～12.41m，平均6.93m，埋藏深度125.29～473.84m；6＃煤层厚度1.16～5.29m，平均2.29m，埋深141.03～501.98m；7＃煤层厚度0.80～7.52m，平均1.74m，埋深150.13～506.33m；9＃－2煤厚度1.41～8.60m，平均3.20m，埋深171.76～543.60m。煤类均为长焰煤—气煤，该区是陕西省炼焦配煤基地之一。
吴堡矿区：南起吴堡县城，北至丁家湾乡，呈长条形沿黄河西岸南北向展布，南北长约26km，东西宽2.8～5.6km，面积93.1km2。按照总体规划，划分为柳壕沟井田和横沟井田，两井田以柳壕沟北断层为界。矿区内含煤地层为山西组下段和太原组，总厚度131m，含煤4～14层，其中可采煤层5层，可采煤层总厚度2.89～16.58m，平均9.05m，平均含煤系数9.4%。山西组含煤3层，自下而上编号分别是S3、S2、S1号煤层。其中S3煤层厚度0.31～1.34m，平均0.76m，埋藏深度284.24～952.50m，煤层底板标高－180～－360m，煤层整体向西倾斜，倾角5°左右；S2煤层厚度0.30～1.62m，平均0.99m，埋藏深度294.18～962.40m，煤层底板标高－190～－250m，煤层整体向西倾斜，倾角5°左右；S1煤层厚度1.20～5.10m，平均2.74m，埋藏深度301.41～969.92m，煤层底板标高－240～－350m，煤层整体向西倾斜，倾角5°左右。太原组含可采煤层1层，编号T1，煤层厚度3.51～8.98m，平均6.03m，煤层埋藏深度380.74～1074.28m，底板标高－285～－260m，煤层整体向西倾斜，倾角4.6°。1500m以浅含煤面积813km2，资源量90×108t，其中探明区面积78.5km2，资源量15.3806×108t。煤类为焦煤JM25为主，肥煤FM36、FM26次之，少量焦煤JM24、气煤QM34、瘦煤S13和S14、焦煤JM15及中粘煤1/2ZN23。由于埋藏较深、开采技术条件复杂，暂时尚未开采。
（3）黄陇侏罗纪煤田
黄陵矿区：位于陕西省黄陵县境内，东距县城约55km。受沮水河及其支流长期切割和侵蚀，基岩裸露，沟壑纵横。区内森林植被广泛分布。地势呈西北高而东南低，最高点位于野猪窝附近，海拔1537m，最低点位于索罗湾一带，海拔1022.75m，相对高差514.25m。属地形较为复杂的中—低山区。延安组为含煤地层，地表无出露，属一套生油含煤内陆碎屑河、湖沼相沉积。厚度7.44～135.18m，平均92.30m，区内呈南薄北厚的变化规律，可采煤层有2＃、3＃两层，2＃煤层厚度0.05～6.75m，平均3.91m。3＃煤层厚0.85～3.80m，平均厚2.09m，煤层厚度变化较大。煤类以弱粘煤为主，少量1/2中粘煤。勘探阶段发现有3个孔煤层中甲烷含量大于4m3/t，分布面积约15km2，预计储量约3×108m3。勘探阶段施工的1个水文孔，当钻进到延安组第二段时，孔内有煤成气逸出，气量不大，导管引出点燃后火焰呈淡蓝色，火苗短而弱，30～40cm。分2次采集气体样品进行了化验测试，第一次测试结果，氧含量6.31%，氮含量41.69%，二氧化碳含量0.16%，甲烷含量51.27%，乙烷含量0.37%，丙烷含量0.20%；第二次测试结果，氧含量0.25%，氮含量13.54%，二氧化碳含量0.06%，甲烷含量85.06%，乙烷含量1.09%。2004年5月20～21日对孔内气体压力进行了测量，采用0.6MPa压力表，每30分钟测量一次，其值介于0.05～0.145MPa之间。另有1个孔钻进到三叠系时，天然气喷出，导管引出，火焰高达1m。
焦坪矿区：焦坪矿区位于陕西省铜川市耀州区和印台区境内，距铜川市约70km，矿区南北长26.5km，东西宽3.84km，含煤面积103.1km2。现由陈家山、下石节和玉华煤矿开采。矿区含煤地层为侏罗系中统延安组，厚度105～147m。主采4＃－2煤层和局部可采的3＃－2煤层。4＃－2煤层属全区可采，煤层倾角2°～5°，厚度一般6～14m，平均约10m。靠近煤层底板，普遍发育1～3m的劣质煤。煤层结构复杂，一般含矸2～3层，为炭质泥岩或泥岩，夹矸总厚度为0.1～0.5m。煤层直接顶为粉砂岩，厚度2～6m；老顶为中、粗粒砂岩，厚度10m左右；底板为根土岩及花斑泥岩，遇水极易膨胀，厚度4～12m。矿区4＃－2煤层赋存较稳定，构造及水文地质条件简单。3＃－2煤层仅局部可采（分布于下石节煤矿，现未开采），煤层厚度一般4～6m，平均厚度5m。煤质特征是，原煤灰分产率15%，全硫含量小于1%，发热量25～32MJ/kg。矿区三矿属高瓦斯矿井，煤层属极易自燃煤层，发火期3～6个月，最短24天。由于开采中煤、油、气共生，所以焦坪矿区开采地质条件既特殊，又十分复杂。2006年在该矿区转角勘查区钻探施工时，遇到井喷，喷出气体以二氧化碳气为主。
彬长矿区：位于彬县及长武县境内，彬长规划矿区东西长70km，南北宽25km，详查区面积913km2。矿区地层总体为一倾向北西—北北西的平缓单斜，在单斜背景上有少量方向单一的宽缓褶曲，地层倾角小于9°，构造简单。含煤地层为侏罗系延安组，4＃煤为主采煤层，位于延安组第一段的中部，厚度0.15～43.87m，平均10.64m。4＃煤为本区主要气源层，最大埋藏深度700m，结构简单，厚度大，分布面积广，可采面积达577.39km2。煤层气与成煤环境、煤化程度、煤厚、沉积构造及围岩性质等关系密切。彬长矿区4＃煤层气分带呈南北展布，即矿区东西部大面积范围内为煤层气风化带（CO2－N2带）。中部为N2－CH4带，局部地段为CH4带。煤层埋藏深度、煤变质程度、镜质组含量、煤层的顶、底板泥岩厚度与煤层气含量呈正相关关系。在顶、底板泥岩厚度＞4m时，其甲烷含量＞2.5mL/g；当泥岩厚度＜4m，其甲烷含量＜2.5mL/g。
0.1.3 煤层气赋存规律
研究表明，煤层中甲烷含量与煤层埋深、上覆基岩厚度等呈正相关关系（图0.3，图0.4），在渭北石炭二叠纪煤田，煤层瓦斯含量不仅受控于煤层埋深，同时也受控于地质构和煤层厚度。
图0.3 煤层瓦斯含量与煤层埋深关系
（据闫江伟等，2008）
图0.4 煤层瓦斯含量与上覆基岩厚度关系
（据闫江伟等，2008）
煤层气含量与构造的关系：一般在张性断裂发育的地区，煤层气含量低，如蒲白矿区杜康沟逆断层以南，有数条断距在100～300m的较大的正断层，呈北东向斜交于杜康沟逆断层之上，此处煤层气含量明显偏低。另外，在铜川矿区和澄合矿区边浅部以及韩城矿区的边浅部和南区，张性断裂也比较发育，因此，这些区域甲烷浓度和含量均较低。褶皱构造较发育的地区，有利于煤层气的局部富集，一般向斜轴部受挤压，孔隙少，吸附甲烷含量较背斜低，但易于保存；背斜轴部受到拉伸，裂隙、孔隙较发育，当顶板为泥质岩石时，甲烷含量高，当顶板为砂质或脆性岩石时，甲烷易于通过张裂隙散失，甲烷含量低。
甲烷含量与煤层埋深的关系：从渭北煤田四个矿区来看，浅部基本上属于瓦斯风化带，如铜川、蒲白、澄合三个矿区，埋深300m以浅，煤层气组分以N2为主，甲烷含量一般都小于4mL/g。各可采煤层甲烷含量＞4m3/t的分布区，韩城、澄合矿区多在煤层埋深300m以深，蒲白、铜川矿区多在400m以深。而韩城矿区，煤层埋深在1000m左右时，甲烷含量已达到19.99m3/t。甲烷含量随深度增加而增大，在本煤田中表现极为明显。
甲烷含量与煤层厚度的关系：一般煤层厚度越大，生、储气越多，甲烷含量就高。从煤田中各可采煤层所采瓦斯煤样统计分析，在正常情况下，同一煤层，深度相近时一般煤层厚的地区甲烷量较高。
