中国煤矿瓦斯赋存构造逐级控制规律与分区划分_张子敏

第２０卷第２期２０１３年３月地学前缘（中国地质大学（北京）；北京大学）Ｅａｒｔｈ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ（Ｃｈｉｎａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｂｅｉｊｉｎｇ）；Ｐｅｋｉｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）Ｖｏｌ．２０Ｎｏ．２Ｍａｒ．２０１３收稿日期：２０１２－１０－２３；修回日期：２０１２－１１－１８基金项目：国家“十二五”科技重大专项（２０１１ＺＸ０５０４０－００５）作者简介：张子敏（１９４６—），男，教授，博士生导师，河南理工大学一级特聘教授，瓦斯地质研究所所长，主要从事瓦斯地质与瓦斯治理方向研究。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｚｈａｎｇｚｍ＠ｈｐｕ．ｅｄｕ．ｃｎ中国煤矿瓦斯赋存构造逐级控制规律与分区划分张子敏１，　吴　吟２１．河南理工大学，河南焦作４５４０００２．国家能源局，北京１００８２４ＺＨＡＮＧ　Ｚｉｍｉｎ１，　ＷＵ　Ｙｉｎ２１．Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｓａｆｅｔｙ　ａｎｄ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｈｅｎａｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｊｉａｏｚｕｏ　４５４０００，Ｃｈｉｎａ２．Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｅｎｅｒｇｙ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１００８２４，ＣｈｉｎａＺＨＡＮＧ　Ｚｉｍｉｎ，ＷＵ　Ｙｉｎ．Ｔｅｃｔｏｎｉｃ－ｌｅｖｅｌ－ｃｏｎｔｒｏｌ　ｒｕｌｅ　ａｎｄ　ａｒｅａ－ｄｉｖｉｄｉｎｇ　ｏｆ　ｃｏａｌｍｉｎｅ　ｇａｓ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ．Ｅａｒｔｈ　ＳｃｉｅｎｃｅＦｒｏｎｔｉｅｒｓ，２０１３，２０（２）：２３７－２４５Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　２７９２ｍｉｎｅｓ，１７３ｍｉｎｉｎｇ　ａｒｅａｓ　ａｎｄ　２２ｐｒｏｖｉｎｃｅｓ　ｍａｐｓ　ｏｆ　ｍｉｎｅ　ｇａｓ－ｇｅｏｌｏｇｙ，ｔｈｅ　１：２５０００００ｃｏａｌｍｉｎｅ　ｇａｓ－ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｍａｐ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ　ｗａｓ　ｆｉｎｉｓｈｅｄ．Ｉｔ　ｗａｓ　ｆｕｒｔｈｅｒ　ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ　ｔｈｅ　ｔｈｅｏｒｙ　ａｎｄ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｒｏｕｔｅ　ｏｆｃｏａｌｍｉｎｅ　ｇａｓ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｔｅｃｔｏｎｉｃ　ｌｅｖｅｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ，ａｎｄ　ｔｈｅ　１０ｔｙｐｅｓ　ｏｆ　ｇｅｏｌｏｇｉｃ　ｔｅｃｔｏｎｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｗｅｒｅ　ｆｏｕｎｄ．Ａｃ－ｃｏｒｄｉｎｇ　ｔｏ　ｔｈｅｓｅ，ｃｏａｌｍｉｎｅ　ｇａｓ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ａｎｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ　ｗａｓ　ｄｉｖｉｄｅｄ　ｉｎｔｏ　２９ａｒｅａｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ　１６ｈｉｇｈａｎｄ　ｏｕｔｂｕｒｓｔ　ｇａｓ　ａｒｅａｓ　ａｎｄ　１３ｌｏｗ　ｇａｓ　ａｒｅａｓ．Ｔｈｅｓｅ　ａｃｈｉｅｖｅｍｅｎｔｓ　ｈａｖｅ　ｂｅｅｎ　ｐｒｏｖｉｄｉｎｇ　ｔｈｅ　ｂａｓｅ　ｆｏｒ　ｄｅｅｐｌｙ　ｒｅ－ｓｅａｒｃｈｉｎｇ　ｏｎ　ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｃｏａｌ　ｍｉｎｅ　ｇａｓ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ，ａｎｄ　ｃｏａｌ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｏｕｔｂｕｒｓｔ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ．Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｇａｓ－ｇｅｏｌｏｇｉｃ　ｍａｐ；ｇａｓ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ；ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ；ｔｅｃｔｏｎｉｃ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ；ｔｅｃｔｏｎｉｃ　ｌｅｖｅｌｃｏｎｔｒｏｌ；ｈｉｇｈ　ａｎｄ　ｏｕｔｂｕｒｓｔ　ｇａｓ　ａｒｅａ摘　要：在编制全国２７９２对矿井、１７３个矿区、２２个省（区市）煤矿瓦斯地质图的基础上，编制了１∶２５０万中国煤矿瓦斯地质图，进一步深化了中国煤矿瓦斯赋存地质构造逐级控制理论与技术路线，提出了中国煤矿瓦斯赋存地质构造逐级控制规律的１０种类型，从而将中国煤矿瓦斯赋存分布划分为２９个区，其中１６个为高突瓦斯区，１３个为瓦斯区。

研究为更深入揭示中国煤矿瓦斯赋存分布机理和煤与瓦斯突出机理奠定了可靠基础并提供了必要依据。

关键词：瓦斯地质图；瓦斯赋存；区域地质构造；构造演化；构造逐级控制；高突瓦斯区中图分类号：ＴＤ７１２　文献标志码：Ａ　文章编号：１００５－２３２１（２０１３）０２－０２３７－０９１　中国煤矿瓦斯赋存地质构造逐级控制理论与技术路线（１）区域地质构造演化：现今煤矿瓦斯分布和赋存是含煤盆地经历印支运动、燕山运动、喜马拉雅运动和现代地球构造应力场演化的结果，都可归结为挤压剪切构造活动或拉张裂陷构造活动作用的结果［１－６］，如图１所示。

图１　区域地质构造演化路线Ｆｉｇ．１　Ｒｅｇｉｏｎａｌ　ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ　ｔｅｃｔｏｎｉｃ　ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ图２　瓦斯赋存构造逐级控制理论路线Ｆｉｇ．２　Ｇａｓ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｔｅｃｔｏｎｉｃ　ｌｅｖｅｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｒｏｕｔｅ（２）瓦斯赋存地质构造逐级控制理论研究路线：运用板块构造理论［４，７］，区域地质构造演化理论深入地研究区域地质构造，从而深入地研究瓦斯赋存地质构造逐级控制规律，逐级缩小范围，揭示不同级别范围的瓦斯地质规律，有的放矢地预测与防治瓦斯灾害，如图２所示。

（３）瓦斯赋存地质构造逐级控制规律：瓦斯分布、赋存状态具有地质构造逐级控制特征，板块构造控制区域地质构造，区域地质构造控制矿区，矿区构造控制矿井、采掘工作面。

通过构造逐级控制，可以逐级缩小范围，最后圈定瓦斯（煤层气）富集区以及煤与瓦斯突出危险区［７－１１］，如图３所示。

（４）瓦斯赋存地质构造逐级控制机理：只有运用区域地质构造演化理论和瓦斯赋存地质构造逐级控制理论，才能厘清不同级别的挤压剪切构造和拉张裂陷构造，才能厘清瓦斯富集区、突出煤层、突出矿井、煤与瓦斯突出危险区的分布［３，７－８，１２－１４］，如图４所示。

２　中国煤矿瓦斯赋存区域地质构造控制规律１０种类型中国煤矿瓦斯赋存区域地质构造控制规律１０种类型：区域地质构造挤压隆起控制型，区域地质构造挤压拗陷控制型，大型逆冲推覆构造控制型，造山带推挤作用控制型，区域岩浆作用控制型，板块中部构造简单区控制型，区域地质构造隆起剥蚀控制型，区域地质构造拉张裂陷控制型，区域水文地质作用控制型和低变质煤控制型。

（１）区域地质构造挤压隆起控制型：我国新疆等图３　瓦斯赋存地质构造逐级控制规律路线图Ｆｉｇ．３　Ｇａｓ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｔｅｃｔｏｎｉｃ　ｌｅｖｅｌ　ｃｏｎｔｒｏｌ　ｒｏｕｔｅ图４　瓦斯赋存地质构造逐级控制机理Ｆｉｇ．４　Ｍｅｃｈａｎｉｓｍ　ｏｆ　ｇａｓ　ｏｃｃｕｒｒｅｎｃｅ　ｔｅｃｔｏｎｉｃ　ｃｏｎｔｒｏｌ地含煤地层受印度板块等强烈推挤作用［１２］，含煤地层隆起，构造挤压强烈，主要发育逆断层。

浅部瓦斯受风化剥蚀而逸散，下部受挤压封闭，瓦斯保存较好。

瓦斯含量１０ｍ３／ｔ以上，深部煤与瓦斯突出危险性越来越大。

（２）区域地质构造挤压拗陷控制型：我国黔西、滇东、川南等地区含煤地层四周受区域构造挤压拗陷，地层连续沉积，瓦斯风化带深５０ｍ左右，瓦斯含量普遍在１５～３５ｍ３／ｔ以上，构造煤普遍发育，煤与瓦斯突出灾害严重，始突深度不足百米，渗透性极低，瓦斯抽采难度大。

（３）大型逆冲推覆构造控制型：我国湖南、江西等地区含煤地层，长期受菲律宾等板块推挤作用，含煤地层逆冲推覆，构造煤全层发育，瓦斯含量普遍在１５～３０ｍ３／ｔ以上，瓦斯始突深度最浅为３０ｍ，突出灾害严重，仅湖南省就有近３００对突出矿井，瓦斯渗透性极低，抽采难度大。

（４）造山带推挤作用控制型：我国的板沿、板内造山带形成了一系列挤压剪切带［１２］。

如沿华北板块南缘平顶山—宜洛—新密—义马等矿区，受秦岭造山带推挤作用，形成了秦岭造山带北沿逆冲推覆构造系高突瓦斯带，构造煤发育，瓦斯突出灾害严重，煤层透气性低，瓦斯抽采难度大。

（５）区域岩浆作用控制型：我国东北地区的下白垩统含煤地层，受燕山期以来大规模的岩浆作用，形成了中高变质煤层，目前高瓦斯突出矿井居多；但在福建等地区的煤田，受岩浆作用强烈，二叠系、三叠系煤层变质为石墨化的高阶无烟煤，不吸附瓦斯，目前全为瓦斯矿井。

（６）板块中部构造简单区控制型：我国华北板块中部沁水盆地的含煤地层、鄂尔多斯盆地的含煤地层，受周围板块碰撞推挤作用小，地质构造简单，构造煤不发育，如潞安、晋城矿区，每平方千米不足５条断层；与之形成强烈对比的华北板块南缘平顶山等矿区，每平方千米断层２００～３００条以上。

沁水盆地、鄂尔多斯盆地东缘是我国“十一五”、“十二五”地面煤层气开发基地。

（７）区域地质构造隆起剥蚀控制型：我国山东等地区，受鲁西断隆的控制，鲁西南、苏北、淮北、永夏地区的石炭—二叠系含煤地层，印支期就开始受太平洋板块推挤作用隆起，缺失三叠系盖层，瓦斯风化带深８００ｍ以浅，目前以瓦斯矿井为主；而在大兴安岭隆起带的上侏罗统煤层和下白垩统煤层，受大兴安岭隆起带的控制，边隆起边剥蚀，上部缺失盖层，多为低瓦斯的褐煤。

（８）区域构造拉张裂陷控制型：古近纪以来，华北、东北地区，ＮＮＥ—ＮＥ向构造发生大规模的拉张、裂陷，逆断层反转为正断层，裂陷带内的煤层瓦斯大量逸散，瓦斯风化带深５００～８００ｍ，以瓦斯矿井为主。

（９）区域水文地质作用控制型：浅海碳酸盐岩环境形成的含煤地层，受岩溶水的浸蚀作用，多为瓦斯煤层。

如广西的合山组煤层、黔东吴家坪组煤层以及华北焦作等矿区的太原组煤层，多为瓦斯煤层。

（１０）低变质煤控制型：我国的古近纪—新近纪聚煤盆地，成煤时代晚，煤的变质程度低，以褐煤为主，局部为长焰煤，瓦斯生成量少，煤层埋藏浅，普遍为瓦斯煤层、瓦斯矿井分布。

３　中国煤矿瓦斯赋存区域分布２９个分区（１）天山中段北麓高突瓦斯区：该区位于我国西北地区北部，大地构造单元为天山褶皱系，包括吐鲁番—哈密、焉营、巴音布台克和伊宁等含煤盆地，含煤地层为下中侏罗统。

该区为瓦斯赋存区域地质构造挤压隆起控制型。

主要矿区和煤田：艾维尔沟、准南、准西北、准东、哈密、大南湖、三塘湖、什托洛盖等。

其中，准南（含阜康）、艾维尔沟为高瓦斯突出矿区。

现有４对突出矿井，７对高瓦斯矿井，已发生煤与瓦斯突出４次；最浅始突深度１７２．３ｍ，发生在准南矿区黄山七号井；最大突出在准南矿区焦煤２３１０矿井，突出强度为９７０．７ｔ／次；艾维尔沟矿区２１３０矿井瓦斯压力最大，为２ＭＰａ；准南煤田南山煤矿红沟二号平硐瓦斯含量最大，为１６．５１ｍ３／ｔ。

瓦斯风化带深２００ｍ左右。

（２）天山中段南麓高突瓦斯区：该区位于我国西北地区天山南侧，构造单元包括：天山褶皱系南侧塔里木陆块北缘的库车山前坳陷和昆仑褶皱系东北侧，包括了塔里木盆地北缘和西缘的各煤田。

该区为瓦斯赋存区域地质构造挤压隆起控制型。

主要矿区和煤田：库拜、伊宁、昭苏、尼勒克、尤尔都斯、焉耆、康米什等。

含煤地层为中下侏罗统。

其中，２对突出矿井，６对高瓦斯矿井，突出矿井分布于库拜矿区，已发生煤与瓦斯突出２次；始突深度２０５ｍ，发生在明矾沟煤矿；突出强度为７００ｔ／次；大宛其煤矿瓦斯压力最大，为１．７ＭＰａ；梅斯布拉克煤矿瓦斯含量最大，为９．３６ｍ３／ｔ。