煤層氣含氣性主控因素探討

任秀珠

摘 要：煤層氣含氣性是煤層在一定地質(zhì)條件下儲集煤層氣的數(shù)量和能力，它是由煤層氣的生產(chǎn)和保存條件以及地質(zhì)控制因素決定的。煤層含氣性是評價煤層氣勘探開發(fā)前景的重要因素，它是煤層氣遠(yuǎn)景評價和選區(qū)的重要基礎(chǔ)。以沁水盆地南部為研究區(qū)，從頂?shù)装鍘r性、構(gòu)造和水文地質(zhì)條件等方面討論了煤層氣含氣性和可采性主控因素。

關(guān)鍵詞：煤層氣；可采性；含氣性；頂板巖性

中圖分類號：P618.13 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.112

1 煤層頂?shù)装鍘r性

煤層頂?shù)装鍘r性對于煤層氣的保存和富集有重要的意義，而良好的頂?shù)装蹇梢詼p少煤層氣向外擴散和滲流，保持地層壓力，以維持較大的煤層氣吸附量，從而減少地下水徑流造成的含氣量損失。

研究區(qū)的3號煤層頂板巖性主要為泥巖與砂質(zhì)泥巖互層，還有粉砂巖、中粒砂巖和少量的細(xì)粒砂巖。從分布特征和粒度上看，其粒度由南西向北東逐漸變細(xì)，由砂巖過渡到粉砂巖再過渡到泥巖。砂巖區(qū)域主要分布在勘查區(qū)的西南部，呈條帶狀，粉砂巖區(qū)域主要分布在研究區(qū)的西北角和東南角，大面積的泥巖、砂質(zhì)泥巖區(qū)域分布在北東部。鉆探時，巖芯比較完整，節(jié)理、裂隙不發(fā)育，局部節(jié)理發(fā)育。

3號煤層底板巖性主要為泥巖、砂質(zhì)泥巖，其次為粉砂巖，極個別的為細(xì)粒砂巖。其分布特征是：粒度由南西向北東粒度變細(xì)，由粉砂巖過渡到了砂質(zhì)泥巖、泥巖。粉砂巖區(qū)域主要分布在研究區(qū)的南西角，其余為大面積的砂質(zhì)泥巖、泥巖分布區(qū)域。鉆探時，巖芯比較完整，節(jié)理、裂隙不發(fā)育。3號煤底板到K5石灰?guī)r頂面為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖和砂巖互層，厚度為25 m左右，其中，泥巖、砂質(zhì)泥巖占底板總厚度的60%，粉砂巖、砂巖約占底板總厚度的40%.這種軟硬相間具有一定厚度的隔水層，其結(jié)構(gòu)在未受到構(gòu)造破壞的情況下，具有很好的隔水能力。

15號煤層頂板為石灰?guī)r，致密堅硬，底板巖性均為泥巖或砂質(zhì)泥巖。鉆探時，巖芯比較完整，節(jié)理、裂隙不發(fā)育。底板到奧陶系界面的厚度平均約40 m，巖性以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，間夾細(xì)砂巖、薄層石灰?guī)r。其中，泥巖、砂質(zhì)泥巖約占底板隔水層總厚的75%，砂巖、灰?guī)r約占25%.這種軟硬結(jié)構(gòu)的巖性組合可視為統(tǒng)一的隔水層，對奧灰水起到了阻隔作用。

從以上3號、15號煤層頂、底板巖性分析克制，該區(qū)均為封閉性能較好的泥巖、粉砂巖和石灰?guī)r，能阻隔煤層氣向外滲透、運移和擴散，能保持比較高的煤儲層壓力，從而有效地減弱地下水徑流對煤層氣造成的損失。因此，整體上看，該區(qū)的3號、15號目的煤層的蓋層比較好，適宜煤層氣的保存和富集。但是，由于3號目的煤層的蓋層在西南邊界附近，為中粒砂巖和細(xì)粒砂巖，封蓋性能較差，所以，不適合保存和富集煤層氣，而煤層氣含量較小在相關(guān)的測試中也已經(jīng)表現(xiàn)出來了。

2 構(gòu)造作用

研究區(qū)位于沁水盆地南緣沁水復(fù)向斜西翼，寺頭正斷層西北下降盤。在此背景下，發(fā)育有次一級的褶曲構(gòu)造和斷裂構(gòu)造。

研究區(qū)的褶曲構(gòu)造是以向背斜形式表現(xiàn)出來的，軸向大部分為北東向，少量北西向，有的比較寬緩，但是，有的也比較狹窄，延伸長短不一。通過此次研究，再結(jié)合煤層含氣量可知，在褶曲的軸部和翼部沒有發(fā)現(xiàn)明顯的含氣量變化，褶曲構(gòu)造各部位的含氣情況和封閉特征還需進(jìn)一步研究。

斷裂構(gòu)造在研究區(qū)內(nèi)相對不發(fā)育，但是，局部聚集，發(fā)現(xiàn)了13條斷層，斷距8～46 m，基本全為正斷層。根據(jù)理論分析可知，正斷層是由旋扭和拉張力形成的，而斷層附近形成的裂隙處于剪張或張引狀態(tài)，所以，造成附近煤層理割和生外裂隙系統(tǒng)極其發(fā)育。煤層容易成為高透滲率儲層，與周圍形成的裂隙帶共同構(gòu)成良好的煤層氣逸散通道。這種情況不利于煤層氣的儲存，降低其含氣量和臨界吸解壓力，還可能會溝通上部含水層，使得含水量過大，不宜排采。比如MB-007井和MB-018井均在斷裂構(gòu)造附近，煤層氣含量為3號煤3 m3/t、3.5 m3/t，15號煤3.5 m3/t、0.5 m3/t，含氣量最低。

根據(jù)上述情況推斷，在斷層帶和褶曲軸部附近，由于場地應(yīng)力改變，生成了許多裂隙和斷裂空間，致使裂隙帶、斷裂帶附近的煤層與含水層通溝，使煤層氣向上擴散運移，致使附近煤層氣含量下降，臨界解吸壓力低降。因此，在斷裂帶地段和褶曲軸部核部附近，地質(zhì)封閉性比較差，含氣量有所下降。

3 水文地質(zhì)條件

地下水力動學(xué)條件的控氣特征可以概括為3種，即水力運移逸散、水力封閉和水力封堵。其中，水力封閉和水力封堵有利于煤層氣的保存，而水力運移散逸會導(dǎo)致煤層氣散失。

在發(fā)生水力運移逸散的地區(qū)，水文地質(zhì)單元的補、遷、排系統(tǒng)往往比較完整，含水層富水性、地下水活躍度、含水層與煤層之間水力連通性良好，地下水在運動過程中攜帶著煤層中的氣體運移而逸散。水力堵封常見于不對稱單斜或向斜中。含水層從露頭接受補給，地下水順層由淺部向深部運動，將煤層中向上擴散的氣體封堵起來，致使煤層氣聚集。水力封閉作用多發(fā)生在構(gòu)造簡單、斷層不甚發(fā)育的寬緩向斜或單斜中。同時， 由于煤層氣的產(chǎn)出是通過排水降壓來實現(xiàn)的，因此，水文地質(zhì)條件不僅對煤層氣的保存有重要作用， 而且還是煤儲層壓力和煤層滲透性的重要影響因素。良好的水文地質(zhì)條件不僅可以使含水層在煤系上方形成含水層封閉空間，而且還可以阻止煤層氣通過煤層露頭逸散。在補給區(qū)和逕流區(qū)，煤層氣被地下水溶解帶走，氣含量降低；在承壓區(qū)，由于地下水的封堵，煤層氣保存條件變好，再加上地下水的存在使煤儲層壓力升高，所以，有利于煤層氣的保存和儲集。這種類型的水力控氣作用分布廣泛，具有重要的意義，而沁水盆地就是這類的典型。

該區(qū)水文地質(zhì)條件簡單，其含水層均為弱富水性，含水層自上而下為第四系松散礫砂含水層、二疊系砂巖隙裂含水層和石炭系太原組石灰?guī)r裂隙巖溶含水層。與煤儲層關(guān)系密切的以上含水層富水性弱，在無構(gòu)造等因素的影響下，與其他含水層的水力聯(lián)系微弱或無聯(lián)系，所以，研究區(qū)內(nèi)地下水的控氣特征屬水力封閉作用。

4 結(jié)束語

綜上所述，該區(qū)的聚煤作用之后，主要構(gòu)造運動是燕山期，在斷裂構(gòu)造附近的煤層氣順裂隙逸散，但是，在遠(yuǎn)離斷裂帶影響的區(qū)域，逸散通道不發(fā)育，而且有利于煤層的割理和裂隙發(fā)育，并且3號、15號煤層頂?shù)装宸忾]性好，有利于煤層氣的保存。研究區(qū)各含水層自成一個體系，沒有層間竄流現(xiàn)象，沒有破壞煤層氣，并且該區(qū)地下水的控氣特征屬水力封閉作用，有利于煤層氣的保存。

〔編輯：白潔〕