褐煤儲(chǔ)層水文地質(zhì)論文
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沙爾湖凹陷主力煤層位于侏羅系中統(tǒng)西山窯組下段，煤系含水層為西山窯組下段巨厚煤層及中、細(xì)粒砂巖弱含水層;大南湖凹陷主力煤層位于侏羅系中統(tǒng)西山窯組中段，煤系含水層為西山窯組中段砂巖孔隙－裂隙弱含水層組。研究區(qū)氣候炎熱干旱，雖在夏季存在降雨但蒸發(fā)量更大。因此，地表水屬于暫時(shí)性的，地下水均以地史期徑流弱補(bǔ)給及微弱大氣降水為主;由于巖石裂隙不甚發(fā)育，且多為泥質(zhì)充填，地層滲透性差，徑流條件不佳，地下水運(yùn)移緩慢，礦化程度較高，水質(zhì)較差，屬于鹽水。大南湖凹陷東一勘查區(qū)含水層位于向斜軸部位的水位較低，為+430m左右，南翼順地層傾向向上鉆孔水位依次增高，但相差較小，由此可判斷出地下水順地層傾向流動(dòng);而東一區(qū)西側(cè)的3302孔水位下降較快，為+420．98m，隔壁西側(cè)勘查區(qū)鉆孔水位依次降為+412．44、+392．46m;沙爾湖凹陷煤系含水層由于與隔壁大南湖凹陷煤系屬同一含煤巖系，其水位標(biāo)高大致為+400m，結(jié)合研究區(qū)礦化度較高、補(bǔ)給極少等條件，綜合判斷出地下水呈現(xiàn)順地層傾向，總體由東向西緩流－滯留的態(tài)勢，水文地質(zhì)條件簡單。該條件對(duì)褐煤儲(chǔ)層的含氣量存在不利影響，褐煤儲(chǔ)層由于熱演化程度低，其含氣量大部分取決于生物氣的生成量，生物氣的形成取決于產(chǎn)甲烷菌的富集程度與活性:滯留水體對(duì)甲烷菌進(jìn)入煤體不利，而過高的礦化度又會(huì)抑制產(chǎn)甲烷菌利用底物生成甲烷。因此，褐煤儲(chǔ)層埋深相對(duì)較淺的區(qū)域由于處于風(fēng)化帶，加之?dāng)鄬訋У貙虞^破碎，斷裂構(gòu)造比較發(fā)育，甲烷含量較低;而埋深較深的區(qū)域在風(fēng)化帶之下，加之處于弱擠壓型構(gòu)造環(huán)境，斷層斷距小且多被充填，即使礦化度高，地史期生成的原生或次生生物氣可以保存下來形成可觀的氣藏。
二褐煤儲(chǔ)層的水壓計(jì)算
褐煤儲(chǔ)層含氣量中大部分生物氣的形成離不開水這一介質(zhì)。因此，水是褐煤儲(chǔ)層煤層氣形成及演化的必要因素;儲(chǔ)層壓力不僅控制煤層含氣量，而且還是儲(chǔ)層能量的維持者，水壓又是儲(chǔ)層壓力的主要貢獻(xiàn)者，褐煤儲(chǔ)層大多為含水層，且孔裂隙發(fā)育，對(duì)其來說水壓幾乎相當(dāng)于儲(chǔ)層壓力。因此，水壓的計(jì)算在褐煤儲(chǔ)層的流體壓力求取及其演化史的恢復(fù)中占相當(dāng)重要的地位。水壓等于水的密度、重力加速度、水頭高度三者的乘積，其直接受水密度的影響，但目前在對(duì)水壓進(jìn)行求取時(shí)，常忽略水的密度受壓力、溫度、礦化度、溶解的氣水比及鹽與水的質(zhì)量比所產(chǎn)生的變化，計(jì)算的水壓值不準(zhǔn)確。水頭高度等于與煤儲(chǔ)層具有水力聯(lián)系的含水層的水位標(biāo)高與煤層底板標(biāo)高之差。水的密度隨溫度的升高而減小，隨礦化度的增加而增大，隨壓力的增加而增大，其求取可通過由水密度的諾謨圖推得的S－K方程得到。盡管S－K方程沒有考慮溶解的氣水比與鹽水質(zhì)量比對(duì)密度的影響，這是因?yàn)楫?dāng)水中溶解氣較少，其對(duì)密度的影響微乎其微;而當(dāng)?shù)貙铀V化度在104mg/L的數(shù)量級(jí)時(shí)，對(duì)密度造成的影響在10－5數(shù)量級(jí)以下(根據(jù)FWZ方程計(jì)算結(jié)果知)，可以忽略不計(jì)。因此，筆者也主要考慮壓力、溫度、礦化度對(duì)水密度的影響，其中壓力就是水自身的壓力，其與水密度恰存在相關(guān)性，因此可根據(jù)下面的推導(dǎo)過程求得。
三結(jié)論
1)研究區(qū)由于氣候炎熱干旱，地下水補(bǔ)給徑流條件較差，褐煤儲(chǔ)層礦化程度較高，導(dǎo)致其次生生物成因氣生成受阻，含氣量低，隨埋深增加由于保存條件較好，含氣量逐漸增加。
2)當(dāng)儲(chǔ)層的水文地質(zhì)條件(水溫梯度、礦化度)不同時(shí)，會(huì)導(dǎo)致不同的水壓計(jì)算結(jié)果:低礦化度、高水溫梯度會(huì)導(dǎo)致低于不考慮密度變化的水壓計(jì)算值;而高礦化度、低水溫梯度則會(huì)導(dǎo)致高于不考慮密度變化的水壓計(jì)算值。該計(jì)算方法對(duì)于褐煤儲(chǔ)層勘探開發(fā)規(guī)劃及其壓力演化恢復(fù)相關(guān)計(jì)算有必要。
作者：喬雨傅雪海丁永明單位：中國礦業(yè)大學(xué)新疆工程學(xué)院
