如上所述，本区不同煤层及同一煤层不同地段或不同部位，甲烷含量均有很大差异。造成甲烷分布不均衡的原因既与煤的形成条件密切有关；又与煤层形成之后各种地质变化和构造变动密切相关。其影响地质因素很多，涉及面很广。不过按照地质因素的性质可归纳为煤系及煤层围岩的封闭性能，煤层煤质特征，地质构造条件以及煤层埋藏深度等四个方面。其中每个方面均包含若干分支方面或分支因素。具体到不同的区域或煤层，起主要作用的地质因素及数目往往不尽相同，也不能单纯用某一因素加以描述或囊括。实际情况常常是多因素的共同参与与牵制。为了能正确分析出影响各煤层的煤层气含量大小的重要因素，我们以上述四个方面的总因素为依据，从多角度考虑，将其分解成19个分因素指标，作为定量反映上述诸方面特征的量化参数。
1）地质构造（GZ）。鉴于本区大中型断裂构造主要集中在矿区边浅部，中深部很少发育或存在，因此我们仅考虑褶皱构造对煤层气含量的影响。按照褶皱构造的基本类型，首先分为背斜与向斜两类，对背斜及向斜翼部煤层（包括单斜地层），根据煤层沿倾斜方向倾角陡缓大小不同，分为缓倾斜带，陡倾斜带两类，这样按构造类型及部位不同将褶皱构造分为四种情况。按照这四种情况对煤层甲烷的保存条件不同，依据数量化理论分别赋值为背斜轴部2，陡倾斜带3，缓倾斜带4，向斜轴部5。
2）煤层埋深（MCMS）：指从地面至煤层顶面的铅直深度。
3）煤层有益厚度（YYHD）：指煤层顶底板之间除去夹矸后的各分层厚度之和。
4）煤体结构（MTJG）：指煤层遭受构造破坏后所具有的特殊结构。按煤体破坏程度的大小可分为原生结构煤（基本未破坏）、碎裂结构煤、碎块结构煤、碎粒结构煤及糜棱结构煤五类，分别赋值1、2、3、4、5。
5）煤层变质程度（YVR）：用精煤可燃质挥发分表示（Vr）。
6）煤层灰分（AG）：采用干基灰分（Ag）表示。
7）煤系地层厚度（DCHD）：对2＃、3＃煤层采用所在煤系即山西组厚度，对5＃及11＃煤层采用所在太原组厚度。
8）煤系地层砂岩总厚（SYZH）：采用煤系中所有细粒级以上砂岩，包括灰岩的厚度总和，分山西组及太原组分别进行统计。
9）煤层顶板（DBYX）与底板（TBYX）岩性：分泥岩、砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩（包括灰岩）、中砂岩及粗砂岩六种类型，按照对甲烷的保存条件依次赋值0、1、2、3、4、5。
10）煤层顶板20m、10m、5m砂岩厚（D20M、D10M、D5M）：分别指从煤层顶面向上算起20m、10m、5m范围内顶板所有砂岩层厚度总和。
11）煤层底板20m、10m、5m砂岩厚（T20M、T10M、T5M）：分别指从煤层底面向下算起20m、10m、5m范围内所有砂岩层厚度总和。
12）煤层上、下部强岩层系数（SPXS与XPXS）：分别指煤层顶面之上20m范围内所有砂岩层厚度与该砂岩层顶面距煤层之间距离之比累计总和，或煤层底面之下20m范围内所有砂岩层厚度与砂岩底面距煤层底面之间距离之比累计总和。计算公式为
韩城矿区煤层气地质条件及赋存规律
式中：Hi为第i层砂岩厚度，m；Li为第i层砂岩顶面（底面）距煤层顶面（底面）距离，m；n为20m范围内砂岩层数。
13）11＃煤层距奥灰岩层间距（MOZJ）：指11＃煤层底板距下伏奥陶系石灰岩顶面之间的地层厚度。
依据上述19个地质因素指标、我们对全矿各煤层共计229个瓦斯钻孔分别按此进行了统计、并从中筛选出瓦斯正常带内若干钻孔统计指标分南北两区采用灰色系统理论中的关联分析及对比分析等方法对各煤层各指标与甲烷含量之间关系进行了分析。
7.6.1 灰色关联分析的基本原理
灰色关联分析是分析系统中各因素相关程度的方法。是将研究对象（母因素）及其影响因素（子因素）的因子值分别视为一组曲线上的点。然后按几何处理的思想，比较各影响因素的因子值曲线与研究对象的因子曲线之间的贴近程度，根据贴近程度的优劣，找出各影响因素与研究对象的相关程度。这种方法的核心是计算研究对象与其影响因素之间的关联度。关联度愈大，表明相应子因素与母因素的关联程度愈高，或关系愈紧密，将关联度由大到小排列，构成关联序，由关联序可反映出各子因素对母因素的影响力大小排序。
7.6.2 北区各煤层甲烷含量影响因素
7.6.2.1 2＃煤层
2＃煤层共有瓦斯取样孔19个，我们从中筛选出其中处于瓦斯正常带内的7个钻孔，对每个钻孔统计了十项因素指标。它们是地质构造（GZ）、煤层埋深（MCMS）、有益厚度（YYHD）、顶板岩性（DBYX）、顶板20m砂岩厚（D20M）、底板岩性（TBYX）、底板20m砂岩厚（T20M）、煤层灰分（AG）、挥发分（YVR）、山西组地层厚度（DCHD）、山西组砂岩总厚（SYZH），然后将因素指标与钻孔吨煤甲烷含量（DMCH4）进行了灰色关联分析，其中关联度在0.5以上的因素指标及关联序情况见表7.22。
表7.22 韩城北区2＃煤层甲烷含量影响因素关联分析表
从中看出，影响2＃煤层的甲烷含量大小的主要因素指标有三个，分别为煤层埋藏深度（MCMS）、底板20m砂岩厚度（T20M）及顶板岩性（DBYX），即岩石类型及煤层埋深。
1）煤层埋深（MCMS）：与甲烷含量表现为正相关关系，即埋深越大，甲烷含量越高。这一关系在本区表现也较为明显。以X12及336号孔为例，两钻孔煤层围岩条件基本相当，但埋深不同，X12号孔2＃煤层埋深286.03m，336号孔2＃煤层埋深394.70m，甲烷含量X12孔为3.10m3/t，而336号孔为6.39m3/t，明显高于X12孔。埋藏深度与瓦斯含量存在正相关的主要内在因素在于：①随着埋深加大，煤层气压力（气体压力）增大，封闭条件也相对变好，煤对甲烷的吸附量在一定压力值范围内显著增加。因此，在同等储集条件下，造成深部甲烷含量大于浅部。②浅部煤层往往由于遭受剥蚀而使甲烷大量散失，之后由于浓度差和压力差的作用而引起深部甲烷的重新分布。因而往往使埋深与含量的关系出现从浅到深由无到有、由小到大的变化趋势。③随着埋深增加，本区2＃煤层变质程度逐渐升高，并表现出明显的水平分带现象。这种情况下由于压力和变质程度双重作用的结果，使瓦斯含量随埋深增大而增加的规律显现出来。
2）底板20m砂岩厚（T20M）：与甲烷含量之间表现为负相关关系，即T20M越大，甲烷含量越低，越有利于煤层甲烷向外运移和排放，甲烷保存条件越差，反映底板围岩的透气性越好。以L15及X24号钻孔为例，两钻孔煤层埋深及顶板岩性基本相同，但底板20m砂岩厚度明显不同。L15孔底板20m砂岩厚9.97m，甲烷含量6.07m3/t；X24孔底板20m砂岩厚2.29m，甲烷含量8.71m3/t，高于L15孔。
3）顶板岩性（DBYX）：与甲烷含量也表现为负相关关系，即顶板岩石类型越粗，瓦斯含量越低，反映甲烷的保存条件越差。这与对本区煤层顶板岩石类型渗透性测试分析得出的结果，即顶板岩石类型由细向粗渗透率越来越大的结论相一致。以336及X40两钻孔为例，两孔煤层埋深相同，底板20m砂岩厚度均为零米，但顶板岩性336号孔为透气性较好的细砂岩，X40号孔为透气性差的泥岩。因此，表现出X40号孔甲烷含量（10.48m3/t）明显高于336号孔甲烷含量（6.39m3/t）。
7.6.2.2 3＃煤层
3＃煤层地质勘探期间，共施工瓦斯取样孔69个。作为本区的主采煤层之一，我们筛选出其中位于瓦斯正常带内的26个钻孔做了18项因素指标统计。它们是：地质构造（GZ）、煤层埋深（MCMS）、有益厚度（YYHD）、煤层顶底板岩性（DBYX和TBYX）、顶底板20m、10m、5m砂岩厚度（D20M、T20M、D10M、T10M、D5M、T5M）、上下部强岩层系数（SPXS、XPSX）。煤层灰分（AG）、煤层挥发分（YVR）、山西组煤系地层厚及砂岩总厚（DCHD及SYZH），煤体结构（MTJG）。然后将这些因素指标与甲烷含量之间分别进行了灰色关联分析，其中关联度大于0.5以上的各因素指标及关联序情况见表7.23。
表7.23 韩城北区3＃煤层甲烷含量影响因素关联分析表
从中看出，影响3＃煤层的甲烷含量大小分布的主要因素有4个，它们分别是地质构造、煤层埋深、下部强岩层系数及山西组煤系砂岩总厚。
1）地质构造（GZ）：经数量化的地质构造部位与煤层甲烷含量大小呈正相关关系，即向斜轴部煤层甲烷含量高，背斜轴部煤层甲烷含量低。以桑树坪井田的94号孔和108号孔为例，两钻孔3＃煤层埋深大体相当，并且顶板岩性、下部强岩层系数、底板20m砂岩厚度也基本一致或接近，但两孔所处地质构造部位不同，94号孔处于向斜轴部，108号孔处于背斜轴部，处于向斜的94号孔甲烷含量为10.63m3/t，而处于背斜轴部的108孔甲烷含量仅6.31m3/t，明显低于前者。再如下峪口井田，位于北山子倾伏向斜轴部及附近的甲烷含量就比较高，如X30、X22、339号孔甲烷含量分别高达15.52m3/t、14.26m3/t及11.36m3/t成为全井田富煤层气分布区；而与相邻的单斜地段褶皱翼部或背斜轴部甲烷含量普遍降低，如靠近f3b背斜轴部的343及344号孔甲烷含量仅7.28m3/t及6.94m3/t。另外从生产掘进工作面和回采工作面瓦斯资料来看，向斜轴部附近比远离向斜轴部的瓦斯涌出量明显要大（表7.24），而向斜轴部附近工作面瓦斯涌出量与背斜轴部附近工作面瓦斯涌出量相比，不管是相对量还是绝对量也都是向斜大于背斜（表7.25）。产生这一现象的主要原因与褶皱中和面的控制有关。在纵弯褶皱过程中，煤系可作为一个整层考虑，其褶皱中和面位置大致处于煤系厚度二分之一处，即3＃煤层底部至5＃煤层之间某一层位，这样3＃煤层就相对处于褶皱中和面之上，在向斜部位该煤层处于应力挤压状态，封闭性较好，瓦斯易于保存；在背斜部位处于应力拉张、伸展状态，往往张性裂隙比较发育，煤层及顶底板不利于瓦斯的保存，因此甲烷含量较低。而处于褶皱翼部或单斜地段的煤层，因煤层倾角陡缓不同，影响着甲烷向上运移的难易程度，表现在陡倾斜带，气体压力差增大，运移路线缩短、所受阻力变小，排气容易，而缓倾斜带，则正好相反。
表7.24 向斜轴部与翼部瓦斯涌出量对照表
表7.25 背斜与向斜部位瓦斯涌出量对照表
2）煤层埋藏深度（MCMS）：与甲烷含量呈正相关关系。以下峪口井田为例、地表地形是东南低，至西北逐渐升高。而地层产状则正好相反，这样一来煤层的盖层厚度即埋藏深度由浅至深越来越大、而煤层气含量也就随着煤层底板标高的降低而相对升高（表7.26），此外，由工作面瓦斯涌出量资料也可以看出其与煤层埋深之间的正相关关系（表7.27）。
表7.26 下峪口井田各开采标高煤层甲烷含量对照表
表7.27 下峪口矿工作面瓦斯涌出量与煤层埋深关系表
3）下部强岩层系数（XPXS）：该指标是综合反映煤层底板20m内砂岩距煤层远近不同而对甲烷封闭性能影响的指标。它与煤层甲烷含量呈负相关关系，即随着下部系数增大，也就是砂岩层距煤层越近，厚度越大，煤层气含量越低。以桑树坪井田68及813两孔为例，两钻孔煤层埋深均为310m左右，所处构造部位均为缓倾斜带，顶板20m、10m、5m内砂岩厚度均为零米。所不同的是两孔煤层底板砂岩厚度及反映出的下部强岩层系数不同，813孔下部强岩层系数0.53，68号孔为0.30，体现在煤层气含量大小上，813号孔为6.0m3/t，68号孔为11.45m3/t，明显高于前者。
4）煤系砂岩总厚（SYZH）：与甲烷含量呈负相关关系，即煤系砂岩总厚越大，甲烷含量越低。反映煤系封闭性越差。
7.6.2.3 11＃煤层
11＃煤层地质勘探及补勘期间共施工瓦斯孔64个。我们筛选了瓦斯正常带内的22个钻孔。对每个钻孔统计了17项因素指标。它们是地质构造（GZ）、煤层埋深（MCMS）、有益厚度（YYHD）、煤系地层厚度（DCZH）、煤系地层砂岩总厚（SYZH）、煤层顶底板岩性（DBYX和TBYX）、顶底板上下各20m、10m、5m内砂岩厚度（D20M、T20M、D10M、T10M、D5M、T5M）、煤层灰分（AG）、煤层挥发分（YVR）、煤体结构（MTJG）、距奥灰岩面层间距（MOZJ），然后将这些因素指标分别与甲烷含量（DMCH4）进行了关联分析，其中关联度在0.5以上的各因素指标关联排序情况见表7.28。
表7.28 北区11＃煤层甲烷含量影响因素关联分析表
从表中看出，影响11＃煤层的甲烷含量大小的主要因素指标为地质构造、底板10m内砂岩厚度及太原组地层厚度。
1）地质构造（GZ）：与甲烷含量呈负相关关系，即背斜部位甲烷含量高，向斜部位甲烷含量低，与3＃煤层的甲烷含量与地质构造之间的关系正好相反。其主要原因在于11＃煤层处于褶皱中和面下部，在背斜部位，煤层及顶底板处于挤压状态，岩层呈收敛性，封闭性反而好，气体不易逸散；而在向斜部位，煤层及顶底板处于应力拉张状态，节理裂隙较发育，有利于气体的逸散。因而，甲烷含量较低。以下峪口井田338及X14号孔为例，煤层埋深基本相近，煤层上、下围岩封闭性指标也近乎相同，但两孔构造部位不同，338孔处于向斜轴部，甲烷含量相对较低，为7.38m3/t；X14孔处于背斜轴部，甲烷含量高于前者，为11.52m3/t，其他钻孔也有类似情况。
2）底板10m内砂岩厚度（T10M）：与甲烷含量呈负相关关系。即砂岩厚度越大，甲烷含量越低，反映下部围岩渗透性越好。
3）煤系地层厚度（DCZH）：与甲烷含量呈正相关关系，即煤系厚度越大，气体向外运移越困难，代表围岩的封闭性越好，甲烷含量越高，反之则低。以埋深及顶底围岩条件相当的115及L15孔为例，115孔所在处太原组煤系地层厚100.9m，而L15所在处太原组煤系地层厚仅61.09m，地层厚度大的115孔甲烷含量为6.94m3/t，而地层厚度小的L15孔甲烷含量仅为4.71m3/t。需要指出的是，11＃煤层埋藏深度与甲烷含量之间的关系表现不很明显，其主要原因可能是煤层甲烷含量受其他因素指标影响较大，掩盖或削弱了煤层埋深的作用。
7.6.3 南区甲烷含量的影响因素
南区3＃、5＃煤层在地质勘探阶段共施工瓦斯取样孔24个，11＃煤层为29个。经筛选对3＃、5＃、11＃煤层分别选取18个、15个、16个瓦斯正常带内的钻孔进行各项因素指标统计。3＃、11＃煤层的钻孔指标统计项目与北区3＃、11＃煤层相同，各为18项及17项。5＃煤层钻孔指标统计项目除煤层上、下部强岩层系数外，其余指标与北区3＃煤层相同，共计16项。然后我们对各煤层各因素指标与甲烷含量之间的关系进行了关联分析，其中关联度在0.5以上的指标类型、关联序情况见表7.29、表7.30及表7.31。鉴于在对北区各甲烷含量影响因素分析时，对大部分因素指标已有剖析，这里不再赘述。仅将分析结果加以简单综述。
表7.29 南区3＃煤层甲烷含量影响因素关联分析表
表7.30 南区5＃煤层甲烷含量影响因素关联分析表
表7.31 南区11＃煤层甲烷含量影响因素关联分析表
7.6.3.1 3＃煤层
从表7.29看出，影响3＃煤层的甲烷含量的主要因素为：煤层埋深、顶板及底板各10m内砂岩厚度。其中煤层埋深与甲烷含量呈正相关关系。顶底各10m内砂岩厚度与甲烷含量呈负相关关系。其他各因素指标与甲烷含量间的关系不甚密切。
7.6.3.2 5＃煤层
从表7.30看出，影响5＃煤层的甲烷含量的主要因素为煤层埋藏深度，地质构造，顶板5m内砂岩厚度，太原组煤系砂岩总厚，甲烷含量除与煤层埋深呈正相关关系之外，与其他主要因素指标均呈负相关关系。
7.6.3.3 11＃煤层
从表7.31看出，影响11＃煤层甲烷含量的主要因素为顶板岩性、顶板10m内砂岩厚、煤层埋藏深度。除煤层埋藏深度与甲烷含量为正相关关系外，其余各项因素指标与甲烷含量呈负相关关系。
以上对影响南北区各煤层甲烷含量的影响因素采用关联分析等方法进行了分析研究，从中筛选出了主要影响因素。通过分析对比，我们从中可以得出以下几点认识：
1）煤层气含量的大小是多种地质因素指标共同影响的结果，因此甲烷含量的预测必将是多因素的共同参与。
2）不同煤层影响甲烷含量的主要地质因素指标不尽相同；同一煤层不同区段其影响甲烷含量的地质因素指标也不相同。这反映了不同煤层间及同一煤层不同地段间地质条件的差异性。
3）在南区，由于褶皱构造相对北区不论发育数量还是强度都弱，因此，甲烷含量与地质构造之间的关系不如北区显著。
4）利用煤层挥发分（YVR）指标来反映煤层变质程度与煤层气含量之间关系，均显示关联程度很低的情况，这并不说明变质程度与甲烷含量之间无关，很有可能是挥发分指标反映变质程度不灵敏的缘故。实际上本区煤层变质程度与埋藏深度基本具有一致性的关系，即埋深大、变质程度高，埋深小，变质程度低，因此，埋藏深度与甲烷含量之间的关系也间接体现了变质程度的作用。
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