恩洪向斜煤儲層特性及其地質影響因素

楊 松 秦 勇 申 建 蘭鳳娟 王寶文

(中國礦業大學資源與地球科學學院, 江蘇 221116)

1 地質背景

1．1 構造和煤層發育特征

恩洪向斜位于古上揚子板塊康滇古陸東緣, 呈NE-SW 向帶狀展布, 長53km, 寬9～20km, 構造線較緊密, 壓扭性、張扭性和走向斷層發育, 劃分為平關- 大坪擠壓構造區、大河- 恩洪拉張構造區、法烏- 新村張扭構造區和克依黑壓扭構造區[2～3]。

上二疊統宣威組為以陸相為主的海陸交互相沉積, 厚205～335m, 平均250m; 含煤18～73 層,煤層總厚15．99～67．68m, 平均32m; 可采煤層8～20 層, 一般11～13 層, 可采厚度10～31m, 平均18m。

向斜內煤層厚度變化大, 其穩定性由東南部向北西部及東北部變差。可采煤層厚度等值線以NW向為主, 局部為SN 向; 含煤性由西向東、自北向南增高, 可采煤層層數增多, 煤厚增大。主要可采煤層多位于宣威組中、下部, 煤層結構自上而下由簡單變復雜。富煤區分布于中段普查區東部、老書桌井田、7 井田及清水溝井田東部, 規模較大; 還分布于大坪普查區南部, 范圍較小。在層域上, 宣威組下段含煤性較好, 中段最好, 而上段較差。

1．2 煤巖與煤質特征

恩洪向斜宏觀煤巖類型以半亮和半暗煤為主,暗淡煤次之。煤巖顯微組分以鏡質組為主, 惰質組次之。鏡質組含量介于50．3%～97．8%之間, 平均為74%; 半鏡質組含量介于0．8%～18．6%之間,平均為6．7%; 惰質組含量在1．0%～41．4%之間,平均18%; 殼質組含量甚微。各煤層的礦物以粘土礦物為主, 含量一般在12%左右; 次為氧化物,含量一般在4．6%左右; 碳酸鹽礦物及硫化物含量很少, 但下含煤段煤層硫化物含量較高, 有時可達3%以上[4]。

各煤層原煤灰分產率變化于4．76%～49．59%之間, 一般為12．53%～39．19%, 屬中灰～富灰煤。揮發份產率變化范圍為18．84%～24．83%, 平均20．67%。原煤全硫含量在0．06%～28．00%之間, 一般為0．10%～8．45%, 屬特低硫～高硫煤。鏡質組最大反射率在1．14%～1．88%之間, 煤級為焦煤～瘦煤。煤層層位降低, 煤化程度逐漸增高。在區域上, 鏡質組反射率或揮發分產率等值線總體上呈NE- SW 向展布, 與向斜構造線一致, 煤化程度自NW 向SW 方向趨于增高。

2 煤儲層物性特征

2．1 孔隙和裂隙發育特征

煤中天然孔裂隙是煤層氣滲流通道, 直接影響著煤儲層滲透率大小和方向, 是煤層氣勘探開發關鍵因素。據鉆孔煤芯和礦井煤層剖面觀察, 向斜中煤層原生結構破壞嚴重, 裂隙發育。煤層中裂隙部分呈網狀分布, 大多呈樹枝狀分布, 共發育兩組裂隙 (表1) 。

表1 恩洪向斜煤層裂隙發育特征[5]

通過實測, 順源煤礦焦煤的孔隙度介于0．7%～4．4%之間, 平均孔隙度2．8%, 孔隙度較低。壓汞測試結果顯示, 桃樹坪礦煤中孔隙十分發育。從孔容來看： 過渡孔和微孔占有明顯優勢, 表明儲氣空間較大; 中孔發育程度明顯較差, 意味著滲流通道可能受阻 (表2) 。從比表面積分析： 過渡孔和微孔占總比表面積的98%以上, 指示吸附能力較強, 有利于煤層氣的儲集 (表3) 。

2．2 煤層含氣性特征

恩洪向斜煤層氣含量較高, 一般在3．27 ～21．98m3/t 之間, 隨埋藏深度的增加而增高, 隨煤化程度的提高而加大。煤層氣成分主要為甲烷, 濃度為63．51%～94．01%; 含少量的二氧化碳, 濃度范圍在2．11%～16．61%之間; 氮氣濃度為3．85%～23．58%, 但多低于5%; 重烴濃度極高。

恩洪向斜煤層氣組分的一個顯著特點, 是重烴濃度異常。據鉆孔煤芯解吸資料統計： 老書桌井田重烴濃度為2．92%～34．6%, 平均達18．04%; 石洞山勘探區一礦段重烴濃度變化于1．06%～30．72%之間, 平均10．99%; 大坪普查區重烴濃度為0．75%～36．98%, 平均10．79%; 補木煤礦重烴濃度為0．30%～25．51%, 平均10．37%; 中段南部重烴濃度為0．25%～27．34%, 平均8．42%。此外,還含有少量丙烷等重烴成分, 具有明顯的濕氣的特點。

表2 桃樹坪礦煤樣比孔容壓汞測試結果

表3 桃樹坪礦煤樣孔比表面積壓汞測試結果

2．3 滲透性

云南煤田地質局等單位曾在恩洪向斜施工2 口煤層氣井, 分別位于清水溝井田和向斜中段。根據試井結果： EH01 井9#和16#煤層的滲透率分別為0．016md 和0．0045md, EH02 井這兩層煤的滲透率分別為0．011md 和0．013md, EH01 井21#煤層滲透率為0．056md[6]。由此顯示： 煤層滲透性相對較差, 且變化極大, 不同鉆孔同一煤層以及相同鉆孔不同煤層的滲透率可以相差一個數量級, 說明煤層非均質性較強： 煤層層位降低, 滲透性有增高的趨勢。

據鉆孔煤芯觀察, 9#和16#煤層的煤體結構以粉狀為主, 煤層氣滲流系統受到破壞; 下部煤層煤體結構較上部完整, 滲流系統保存相對較好。顯然, 在煤層氣勘探深度范圍內, 煤層滲透率的高低主要受到煤體結構的控制, 埋深的影響相對較弱。

3 結論

恩洪向斜煤層累計厚度較大, 煤級適中, 煤層含氣量和甲烷濃度較高, 煤層氣資源豐富, 這是有利于煤層氣開采的地質條件。煤中過渡孔和微孔的孔容和比表面積均占有明顯優勢, 中孔發育程度較差, 意味著煤層氣儲集條件較好, 但滲流通道可能受阻。下部煤層的滲透性好于上部煤層。同時, 重烴濃度極高是區內煤層氣產出的一個顯著特點; 復雜而強烈的構造變動致使煤層原生結構受到強烈破壞, 對煤層滲透性造成不利影響, 成為煤層氣開采的不利地質因素。為此, 重烴濃度異常的地質原因值得進一步探究; 今后煤層氣勘探開發工作的重點是加強對構造特征的研究, 在高含氣性、低滲透性的條件下選用有針對性的勘探開發工藝。

[1] 陳勵, 孔德宏．云南恩洪盆地煤層氣異常分析[J] ．云南師范大學學報, 2004, 24 (1) ： 3- 7．

[2] 桂保林．恩洪- 老廠地區煤層氣成藏條件研究[J] ．云南地質, 2004, 23 (4) ： 421- 433．

[3] 王朝棟, 桂保林, 郭秀欽等．恩洪煤層氣盆地構造特征 [J] ．云南地質．2004, 23 (4) ： 471- 478．

[4] 易同生．恩洪礦區煤層氣富集的控制因素 [J] ．礦物學報．2007, 27 (3/4) ： 493- 498．

[5] 聶俊麗, 鄧明國．恩洪礦區煤層氣資源評價及開發利用前景 [J] ．貴州科學．2007, 25 (增刊) ： 122 -128．

[6] 趙有洲, 桂寶林, 羅啟亮等．恩洪煤田南部煤層氣勘探項目總結 [J] ．云南地質, 2004, 23 (4) ： 443- 456．