江西省樂平地區煤層氣儲層特征及勘探潛力分析

黃祖波 郭明強 顧嬌楊 吳建光

(1. 江西省煤田地質勘察研究院，江西 330001；2. 中聯煤層氣有限責任公司，北京 100016)

1 地質背景

1.1 含煤地層

江西地層出露良好，發育較齊全，從元古代一新生代皆有分布。研究區內分布地層有中元古界雙橋山群；石炭系下統梓山組、上統黃龍組；二疊系中統棲霞組、茅口組，上統樂平組，長興組；三疊系下統大冶組，上統安源組；侏羅系下統林山群；白堊系下統石溪組，上統贛州群；第四系。區內主要含煤地層為上二疊統的樂平組、上三疊統的安源組，樂平組的煤系地層多分布于鳴山礦區、橋頭坵礦區、鐘家山等礦區，安源組的煤系地層多分布于涌山礦區、洪門口礦區。

1.2 構造特征

研究區位于萍鄉-樂平復式向斜的東部，總體上為進賢-樂平復向斜的一部分，呈北東東-北東向，區內表現為北東向。向斜受斷層切割破壞，并為第四系及白堊系紅層覆蓋，多為不完整的向斜，構造線呈北東向。復向斜走向上連續性差，主要呈現斷塊形式出現。向斜翼部產狀陡，局部有倒轉，因推覆構造影響，部分含煤地層被老地層覆蓋(圖1)。受到區域上的逆沖推覆構造的影響，褶皺多保存不全，常呈現為殘缺不全的半邊向斜。從煤層氣成藏特征表現向斜軸部中和面與兩翼煤層氣易于保存，涌山礦區以及鳴山礦區較有利于煤層氣勘探。

1.3 巖漿巖

基礎地質資料和鉆孔資料顯示，巖體在樂平地區煤系地層區分布較少，僅局部可鉆遇小型的巖體，多呈巖脈產出。侵入巖巖性多為閃長玢巖、輝綠玢巖，多為燕山早期的巖漿活動的產物。其分布及規模并不規則，局部巖體呈巖床展布，導致煤的變質程度存在差異性，局部煤層被侵入巖體給全部侵蝕。評價區內零星分布的巖床、巖脈、巖蓋或者巖株對煤層煤質有一定影響。

2 主力煤層及展布特征

研究區內主力煤層主要分布在涌山和鳴山兩個礦區，其中，涌山礦區主力煤層有三套，為八2、八1和七2煤層；鳴山礦區主力煤層B3煤。

2.1 涌山礦區

本區含煤地層主要為安源組，含煤層數可達18層，主要煤層為二、三1、三2、四、五、七2、八1、八2、九1、十、十一、十四、十五煤，共計13層煤，累計可采煤層總厚度為18.61m，其他煤層賦存不穩定，多為局部可采煤層。其中，八2、八1和七2煤層為本區主力煤層。

八2煤層：根據涌山礦區八2煤層等值線圖分析(圖2)，煤層厚度0～4.36m，平均煤層厚度1.46m，該煤層分布穩定，為全區可采煤層。

八1煤層：上距八2煤層6.55m，煤層厚度0～6.02m，平均煤層厚度1.89m，為全區可采煤層；

七2煤層：上距八1煤層24.95m，煤層厚度0～7.14m，平均煤層厚度1.28m，為全區可采煤層。

2.2 鳴山礦區

本區主力煤層為樂平組的B3煤層，煤層厚度在0.22～5.82m之間，煤厚多在2m左右，平均厚度為2.26m，B3煤層變異系數為55%，屬于中厚層煤層。煤層傾角相對較小，一般在10°～35°之間，平均傾角為19.5°。

圖2 涌山礦區八2煤層厚度等值線圖

研究表明B3煤層在東西方向上煤厚變化不大(圖3)，而在南北方向煤厚變化相對較大，中北部社老橋地區煤層厚度較大，均大于2m以上，平均厚度達2.5m，儲層發育非常穩定。研究區向南煤層厚度逐漸變薄，為不穩定煤層，煤厚在1.0m左右。從主力煤層發育情況顯示，北部區域煤層發育穩定是煤層氣優先勘探區。

圖3 鳴山礦區B3煤層厚度等值線圖

3 煤巖特征

收集的資料顯示安源組多套煤層各煤層有機顯微組分以鏡質組為主，含量高達90.0%左右，殼質組和惰質組則相對較少。

樂平組B3煤層較特殊，有機組分含量占比94.0%～97.5%之間，無機組分在2.5%～6.0%之間。有機組分中，以殼質組為主，含量通常在50%以上，鏡質組(半鏡質組)通常低于30%，惰質組一般低于20%，半鏡質組則以碎片狀基質體分布于鏡質基質體中(表1)。顯微組分(表2)構成表明鏡質組含量并不高，為區內典型的晚二疊世樹皮煤。樹皮煤煤層中樹皮體含量較高，樹皮體一般腐植煤相比具有類脂組含量高、揮發分高、氫含量高、全硫及有機質含量高等特點。殼質組木栓質體為主，木栓質體是煤中較好的一種生烴母質，具備較強的生烴潛力，是煤層氣勘探有利的煤巖組成條件。

表1 樂平地區樂平組樹皮煤的顯微煤巖組成

表2 樂平樹皮煤的主要物理化學特征

4 煤儲層埋深

4.1 涌山礦區

研究區北側以逆沖推覆構造為界，受逆沖推覆構造影響，涌山向斜的北翼被破壞而呈現為一單斜，向斜傾伏方向為SW，埋深范圍一般小于1000m，局部地區可達1250m左右。以區內主力煤層八2煤為例，介紹煤層埋深的特征，其他煤層埋深具有相似性。八2煤層露頭線位于向斜南翼，八2煤層由南向北煤層逐漸變深。東部仙槎礦區八2煤層埋深相對較淺，最大僅為650m，從仙槎-沿溝-涌山礦區八2煤層埋深略有變大，在涌山礦區八2煤層埋深可達780m(圖4)。埋深范圍非常適合于煤層氣勘探開發。

圖4 涌山礦區八2煤層埋深等值線圖

4.2 鳴山礦區

研究區東部勘探程度較高，西部勘探程度較低，鉆孔少，僅利用二維地震、電磁等資料進行對B3煤層的埋深進行初步的預測。根據基礎地質資料，繪制了鳴山礦區B3煤層埋深等值線圖(圖5)，東部埋深較淺，大多小于1000m，西部埋深較大，多在1000～2500m之間。在射老橋-饒埠一帶鉆孔較多，埋深控制精度相對較高，在饒埠-梓埠-桐山一帶鉆孔較少，埋深控制程度較低，而在梓埠-桐山-三廟前一帶無鉆孔控制，控制精度低。因此，根據該區埋深范圍顯示東部較西區有利，即建議優選勘探埋深小于1000m有利區。

圖5 鳴山地區B3煤層埋深等值線圖

5 煤儲層含氣性

5.1 安源組

區內煤層氣勘探很少，主要以煤田勘探的鉆孔瓦斯含量數據為主，收集到涌山和沿溝兩個礦區資料。

(1)涌山礦區：收集到5個樣品主要測試七2、六1和三1煤層，烷烴含量5.22～20.88m3/t，平均為14.65m3/t。除了三1煤層含氣量5.22m3/t較小外，六1煤層和七2煤層含量均較大。通過涌山16-6、15-9-3煤田鉆孔數據分析顯示，瓦斯含量與深度具有較好的正相關性(圖6)。

圖6 涌山礦區鉆孔瓦斯含量與深度關系圖

(2)沿溝礦區：收集到樣品9件，主要測試煤層為安源組峽口段煤層和白衣沖段二煤層(圖7)，從圖上可以看出含氣量最大的為八煤層，測試值分別為12.5m3/t、13.22m3/t，其次為六煤和九煤，測試值均大于10m3/t，七、十煤層的測試數據主要分布在5～10m3/t之間，最小的為二煤層，測試值僅為5.37m3/t。

圖7 沿溝礦區各煤層瓦斯含量分布圖

通過沿溝礦0-2-4鉆孔數據分析(圖8)，瓦斯含量測試值5.10～10.98m3/t，瓦斯含量與煤層標高具有較好的正相關性。因此，初步推測深部煤層含氣量更高，具有一定的煤層氣勘探潛力。

圖8 沿溝礦區0-2-4孔瓦斯含量分布圖

5.2 樂平組

樂平組主力煤層為B3煤，收集到鳴山礦區5個煤礦采區的回采工作面瓦斯涌出資料，根據各基本瓦斯涌出源的瓦斯涌出規律，計算相對瓦斯涌出量如圖9所示，從數據可以看出，鳴山礦各水平B3煤層瓦斯相對涌出量2.38～4.30m3/t，平均3.27m3/t，對比分析，標高-600m以深的瓦斯相對涌出量與-600m以淺相比有增大的趨勢，但整體較低。

從煤儲層含氣性分析，總體顯示安源組煤層比樂平組煤層好。安源組煤層可作為區內煤層氣優選勘探層系，樂平組煤層可作為接替層系。

圖9 鳴山礦區瓦斯含量與深度關系圖

6 煤變質程度

樂平組主力煤層B3煤，鏡質體反射率一般在0.69%～0.74%之間，屬于低變質煤，主要為氣肥煤和氣煤。

安源組煤層變質程度受多種因素的影響，導致煤的變質程度有一定的差異。例如，安源組底部白衣沖段的二煤層，涌山礦區東側二煤層鏡質體反射率為4.33%，變質階段為無煙煤二階段，涌山礦區西側鏡質體反射率可達6.05%，達到無煙煤三階段，變質程度從東側往西側有加強的趨勢，說明同一地區變質程度差異大。

根據涌山礦區煤層埋深、煤類和含氣量關系(表3)，表明變質程度最高的無煙煤含氣量最大，最大值為16.83m3/t，貧煤含氣量次之，在7.19～12.53m3/t之間，氣煤含氣量最低。總體顯示煤層變質程度和含氣量呈正相關關系，即煤變質程度越高含氣量越大特征。

表3 涌山礦區鉆孔煤層含氣量數據表

7 頂底板特征

煤層頂底板巖性特征對煤層氣保存與富集具有十分重要的作用，良好的封蓋層可以減少煤層氣的滲流和擴散散失。一般來說，泥巖類頂板結構相對致密，滲透性差，作為煤層氣成藏的良好蓋層。致密砂巖層也可以作為較好的蓋層，例如粉砂巖、細砂巖等。

7.1 涌山礦區

研究區各煤層頂、底板以粉砂巖、泥巖為主(表4)，頂底板厚度較大，厚度一般在4.0～8.0m之間。因此，區內各煤層頂底板巖性較為致密，厚度也較大，作為煤層直接蓋層具有較好封蓋條件，能減緩煤層氣的散失，有利于煤層氣保存。

表4 安源組煤層頂底板巖性表

7.2 鳴山礦區

資料顯示主力煤層B3煤層直接頂板為泥灰巖、泥巖，厚度一般在1m以上，底板巖性多為粉砂巖及泥巖，蓋層條件較好，為煤層的保存提供了巖性封蓋條件。但與安源組煤層頂板巖層厚度相比，厚度相對較薄，因此，從煤層頂板巖性封閉條件分析，樂平組B3煤層頂板巖性封閉條件較安源組煤層頂板巖性封閉條件稍差。整體上B3煤層圍巖條件較好，有利于煤層氣的保存。