Электромонтаж Ремонт и отделка Укладка напольных покрытий, теплые полы Тепловодоснабжение

Влияние геологических условий на распределение газов в угольных пластах Печорского угольного бассейна

25.04.2020

Печорский бассейн характеризуется довольно небольшой глубиной естественной дегазации угольных пластов, равной в среднем 50—150 м, что отличает его от других угольных бассейнов (табл. 67) и что обусловлено особенностями его геологического развития.

Степень естественной дегазации месторождений, а также их участков различна. Мощность зоны газового выветривания в основном закономерно увеличивается от Усинского месторождения в северо-восточном и юго-западном направлениях от 0 до 250 м, и более (рис. 29).
Влияние геологических условий на распределение газов в угольных пластах Печорского угольного бассейна

Наблюдаемые в Печорском бассейне особенности распределения угольных газов обусловлены совместным влиянием следующих геологических факторов: временем формирования угленосных отложений, продолжительностью свободной дегазации, тектоникой, процессами денудации, образованием мелового и кайнозойского покрова, а также многолетней мерзлоты.

Печорский бассейн отличается от глубокодегазированных Донецкого и Кизеловского бассейнов прежде всего более молодым возрастом, что, вероятно, является одной из причин сравнительно неглубокой дегазации бассейна в целом. В Печорском бассейне основная масса газа образовалась в пермский период и в начале мезозоя в процессе регионального метаморфизма углей. После завершения основного этапа газообразования преобладающими становятся процессы перераспределения газов, связанные с дегазацией угольных пластов, которые определяют современную остаточную газоносность угленосных толщ.

Основными путями миграции газов из угленосной толщи в атмосферу являются угольные пласты, поскольку газопроницаемость вмещающих пород ничтожна. В Воркутском районе коэффициент газопроницаемости пород составляет десятые и сотые доли миллидарси, а в Хальмеръюском снижается до тысячных долей миллидарси. В Интинском районе, где газопроницаемость песчаников достигает 3—5 миллидарси, в какой-то степени возможна дегазация угольных пластов через вмещающие породы.

Газопроницаемость углей во много раз выше, чем у пород; ее коэффициент зависит от степени метаморфизма (табл. 68).

Исследованиями установлено, что газопроницаемость углей по напластованию значительно выше, чем в направлении, перпендикулярном напластованию. Кроме того, по данным лабораторных исследований газопроницаемость угля, подвергаемого всестороннему сжатию, уменьшается от 80 до 1—5 миллидарси. Таким образом, следует предполагать, что с погружением угольных пластов на большую глубину газопроницаемость их падает.

Открытые разрывные нарушения и сопутствующие им трещиноватые зоны могут служить дополнительными каналами дегазации угольных пластов. Нарушения закрытого типа оказывают экранирующее воздействие на поток газов, так как разрыв сплошности пласта и его контактирование по поверхности сместителя с плохо проницаемыми породами приводит к замедлению или практически полному прекращению дегазации угольного пласта в экранированной части.

Вследствие встречного движения воздушных и метаморфических газов в угольных пластах формируется газовая зональность. Механизм ее образования описан А.И. Кравцовым и Г.Д. Лидиным. Глубина газового выветривания в первую очередь предопределяется продолжительностью свободной дегазации, т. е. временем, в течение которого угольные пласты имели выход на дневную поверхность. По этому признаку месторождения бассейна могут быть подразделены на три группы:

1. Месторождения с непрерывной дегазацией со времени углеобразования до формирования кайнозойского покрова: Пембойское, Хальмеръюское, Верхне- и Нижне-Сыръягинское, а также Юньягинское. Мощность зоны газового выветривания 100—250 м и более.

2. Месторождения с мезозойским (доверхнемеловым) этапом свободной дегазации со времени углеобразования до отложения сантонского покрова (Усинское и Сейдинское). Мощность зоны газового выветривания менее 50 м.

3. Месторождения, дегазация которых, по-видимому, была временно прервана образованием верхнемелового покрова, уничтоженного затем эрозионной деятельностью, после чего она продолжалась до образования кайнозойского покрова. В эту группу можно отнести Bopкутское, Воргашорское и месторождения Интинского района. Мощность зоны газового выветривания от 30 до 150 м, в отдельных случаях 150—200 м.

Колебания глубин газового выветривания угольных пластов при одинаковой продолжительности их дегазации связаны главным образом с особенностями тектоники месторождений. Большое значение в газоносности угольных пластов имеет размер геологических структур. Крупные структуры простого строения типа Усинско-Сейдинской, Bopгашорской и Воркутской благодаря значительным запасам метана и постоянному подтоку его с глубины дегазировались медленнее, чем небольшие структуры типа глубокодегазированных Кожимской и Юньягинской.

В Хальмеръюском районе на распределение газов существенно влияют сложная складчатость и разрывные нарушения, что выражается в общем региональном углублении поверхности метановой зоны, в локальных ее поднятиях на антиклиналях и понижениях в синклиналях, а также в глубоких депрессиях метановой зоны в тектонических блоках, лишенных подтока метана с глубины. Это обусловливает чрезвычайно сложную конфигурацию поверхности метановой зоны на всех месторождениях Коротаихинской структуры.

На южном крыле Воргашорского месторождения крупным разрывным нарушением обусловлено глубокое понижение поверхности метановой зоны до отметок минус 100—150 м в отрезанном блоке, лишенном подтока метана с глубины, в то время как в экранируемой части она отмечается вблизи отметки ±0 м.

На глубину дегазации оказывает влияние и наклон угольных пластов. При крутом падении отложения дегазируются глубже, чем при пологом, так как в последнем случае с одинаковой глубины газ должен пройти по угольному пласту до поверхности значительно больший путь. На погружение поверхности метановой зоны на крутом северном крыле Воркутского месторождения, а также более глубокую дегазацию крутых юго-восточных крыльев Интинской и Кожимской синклиналей по сравнению с северо-западными крыльями оказывают влияние углы падения угольных пластов.

Длительная дегазация Печорского бассейна и благоприятные для нее тектонические условия на большинстве месторождений должны были обусловить появление зоны газового выветривания значительной мощности, подобно той, которая наблюдается в Кузбассе. Однако наблюдаемая в настоящее время мощность зоны газового выветривания сокращена процессами денудации.

Геотектоническое положение Печорского бассейна как краевой зоны воздымавшейся Уральской горноскладчатой области обусловило значительную интенсивность процессов денудации. Наибольшее разрушение угленосных толщ происходило в нижне- и среднеюрское, нижнемеловое, а для многих месторождений в верхнемеловое время и палеогене. В эти эпохи дегазация угольных пластов сопровождалась крайне интенсивной денудацией дегазированных горизонтов. Следствием этого является отсутствие полной деметанизации угольных пластов и зоны CO2 почти на всей площади бассейна. Горизонты полной деметанизации сохранились в наиболее высоких частях рельефа. Полная деметанизация угольных пластов на глубину примерно 100 м наблюдается только на Пембойском месторождении, где отметки выходов коренных пород превышают +300 м. На Хальмеръюском и Верхне-Сыръягинском месторождениях, где поверхность коренных пород снижается до +200, +250 м, полная деметанизация встречается в наиболее высоких точках, а глубина ее измеряется всего единицами и первыми десятками метров. Остальные месторождения характеризуются более низким рельефом коренных пород и почти повсеместным отсутствием полной деметанизации.

Денудация верхних горизонтов зоны газового выветривания привела к существенному сокращению ее мощности. В Воркутском районе в понижениях рельефа пермских пород наблюдается наименьшая мощность зоны газового выветривания, а в наиболее низких точках (Усинское месторождение) зона газового выветривания практически отсутствует, и граница метановой зоны почти совпадает с поверхностью угленосных пород.

Образование покрова меловых, затем кайнозойских отложений и возникновение многолетней мерзлоты резко изменило условия дегазации угольных месторождений. Эти факторы, с одной стороны, имели региональное значение и обусловили своеобразную газоносность бассейна в целом, а с другой — привели к неравномерному распределению газов на отдельных месторождениях.

Воздействие мерзлоты на газоносность угольных пластов оценивается с двух позиций: а) мерзлота как температурный фактор, повышающий газоемкость углей: б) мерзлота как экранирующий фактор, снижающий газопроницаемость углей, а также пород угленосной толщи и покровных отложений. Исследования показали, что газоемкость углей при 0°С в 1,5—2 раза выше, чем при 20—30° С. Так, под давлением в 1 ат сорбционная емкость воркутских углей при 25—30° С равна 2—3 см3/г и увеличивается до 4—5 см3/г при 0° С. Естественно, что увеличение газоемкости углей с понижением температур на верхних горизонтах замедляет дегазацию угольных пластов.

Изучение условий миграции газов через покровные отложения в зависимости от их состава, мощности и режима мерзлоты позволило выяснить следующее:

1. Верхнемеловые осадки сильно ограничивают газовое выветривание угольных пластов, но полностью не прекращают перемещения газов из угольных пластов в атмосферу вследствие заметной их газопроницаемости (табл. 69).

2. Экран кайнозойского покрова и мерзлоты также не является абсолютно непроницаемым для угольных газов. На общем фоне повсеместно существующего значительного диффузионного потока фиксируются повышенные газовые аномалии в зоне таликов и «вялой» мерзлоты.

3. Благодаря экранирующему воздействию мезокайнозойского покрова и мерзлоты вблизи покрова возможно образование газовых скоплений на месторождениях с небольшой зоной газового выветривания. Одно из таких скоплений вскрыто скв. 220а на Усинском месторождении. Локальные скопления газов с давлением в несколько атмосфер встречаются и в кайнозойских осадках при наличии прослоев пористых пород. Они встречены в двух скважинах на Воргашорском месторождении (табл. 70).

Газирование скв. 1149 длилось 5 дней. В момент вскрытия залежи столб бурового раствора вместе с галькой и песком был выброшен из скважины на высоту 25 м. Эти залежи газа образовались за счет диффузии метана из угленосной толщи. Органический материал во вмещающих суглинках полностью отсутствует.

Таким образом, в областях распространения покровных отложений и многолетней мерзлоты происходит в основном односторонняя медленная миграция газов из угольных пластов в атмосферу (вследствие перепада газового давления). Деметанизация угольных пластов в этих условиях сопровождается крайне незначительным привносом воздушных газов. Поэтому под покровом в основном сохраняется качественный состав газов и газовая зональность, существовавшая до образования покрова, или же в отдельных случаях происходит незначительный подъем границы метановой зоны, когда подток метана с глубины не компенсируется его утечкой через покров. О весьма ограниченном масштабе этого явления свидетельствует зона газового выветривания под верхнемеловым покровом на Сейдинском месторождении и значительная зона газового выветривания (до 250 м) под меловым покровом в Донбассе.

Газоносность угольных пластов при прочих равных условиях зависит от мощности покрова и мерзлотного режима. Эта закономерность прослежена В. И. Ермаковым на Воркутском месторождении (1958). Здесь наиболее глубокое понижение границы метановой зоны наблюдается на полях шахт № 2, 3, 4, 5 и 6, для которых характерна наименьшая мощность покрова и мерзлоты. На Воргашорском месторождении кайнозойский покров и мерзлота препятствуют росту зоны газового выветривания и способствуют сохранению весьма незначительной ее мощности довольно равномерно по всей площади. Сохранение высокой газоносности Усинского месторождения обусловлено большой мощностью (до 100—120 м) покрова и в меньшей степени — мерзлотой. В Интинском районе маломощный покров и островная мерзлота не препятствуют миграции газов.

На изученных месторождениях Коротаихинской структуры влияние покрова крайне ограниченно: различия в газоносности участков связаны главным образом с тектоникой. Мерзлоту здесь следует рассматривать только как региональный фактор, ограничивающий современную дегазацию угольных пластов.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий: