恩洪向斜煤儲(chǔ)層特性及其地質(zhì)影響因素

楊 松 秦 勇 申 建 蘭鳳娟 王寶文

(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院, 江蘇 221116)

1 地質(zhì)背景

1．1 構(gòu)造和煤層發(fā)育特征

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

上二疊統(tǒng)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(nèi)煤層厚度變化大, 其穩(wěn)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?yàn)橹? 局部為SN 向; 含煤性由西向東、自北向南增高, 可采煤層層數(shù)增多, 煤厚增大。主要可采煤層多位于宣威組中、下部, 煤層結(jié)構(gòu)自上而下由簡(jiǎn)單變復(fù)雜。富煤區(qū)分布于中段普查區(qū)東部、老書(shū)桌井田、7 井田及清水溝井田東部, 規(guī)模較大; 還分布于大坪普查區(qū)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(zhì)特征

恩洪向斜宏觀煤巖類(lèi)型以半亮和半暗煤為主,暗淡煤次之。煤巖顯微組分以鏡質(zhì)組為主, 惰質(zhì)組次之。鏡質(zhì)組含量介于50．3%～97．8%之間, 平均為74%; 半鏡質(zhì)組含量介于0．8%～18．6%之間,平均為6．7%; 惰質(zhì)組含量在1．0%～41．4%之間,平均18%; 殼質(zhì)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(shí)可達(dá)3%以上[4]。

各煤層原煤灰分產(chǎn)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(fā)份產(chǎn)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(zhì)組最大反射率在1．14%～1．88%之間, 煤級(jí)為焦煤～瘦煤。煤層層位降低, 煤化程度逐漸增高。在區(qū)域上, 鏡質(zhì)組反射率或揮發(fā)分產(chǎn)率等值線總體上呈NE- SW 向展布, 與向斜構(gòu)造線一致, 煤化程度自NW 向SW 方向趨于增高。

2 煤儲(chǔ)層物性特征

2．1 孔隙和裂隙發(fā)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(chǔ)層滲透率大小和方向, 是煤層氣勘探開(kāi)發(fā)關(guān)鍵因素。據(jù)鉆孔煤芯和礦井煤層剖面觀察, 向斜中煤層原生結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重, 裂隙發(fā)育。煤層中裂隙部分呈網(wǎng)狀分布, 大多呈樹(shù)枝狀分布, 共發(fā)育兩組裂隙 (表1) 。

表1 恩洪向斜煤層裂隙發(fā)育特征[5]

通過(guò)實(shí)測(cè), 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(cè)試結(jié)果顯示, 桃樹(shù)坪礦煤中孔隙十分發(fā)育。從孔容來(lái)看： 過(guò)渡孔和微孔占有明顯優(yōu)勢(shì), 表明儲(chǔ)氣空間較大; 中孔發(fā)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(guò)渡孔和微孔占總比表面積的98%以上, 指示吸附能力較強(qiáng), 有利于煤層氣的儲(chǔ)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?dú)鉂舛葹?．85%～23．58%, 但多低于5%; 重?zé)N濃度極高。

恩洪向斜煤層氣組分的一個(gè)顯著特點(diǎn), 是重?zé)N濃度異常。據(jù)鉆孔煤芯解吸資料統(tǒng)計(jì)： 老書(shū)桌井田重?zé)N濃度為2．92%～34．6%, 平均達(dá)18．04%; 石洞山勘探區(qū)一礦段重?zé)N濃度變化于1．06%～30．72%之間, 平均10．99%; 大坪普查區(qū)重?zé)N濃度為0．75%～36．98%, 平均10．79%; 補(bǔ)木煤礦重?zé)N濃度為0．30%～25．51%, 平均10．37%; 中段南部重?zé)N濃度為0．25%～27．34%, 平均8．42%。此外,還含有少量丙烷等重?zé)N成分, 具有明顯的濕氣的特點(diǎn)。

表2 桃樹(shù)坪礦煤樣比孔容壓汞測(cè)試結(jié)果

表3 桃樹(shù)坪礦煤樣孔比表面積壓汞測(cè)試結(jié)果

2．3 滲透性

云南煤田地質(zhì)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(jù)試井結(jié)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(duì)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(gè)數(shù)量級(jí), 說(shuō)明煤層非均質(zhì)性較強(qiáng)： 煤層層位降低, 滲透性有增高的趨勢(shì)。

據(jù)鉆孔煤芯觀察, 9#和16#煤層的煤體結(jié)構(gòu)以粉狀為主, 煤層氣滲流系統(tǒng)受到破壞; 下部煤層煤體結(jié)構(gòu)較上部完整, 滲流系統(tǒng)保存相對(duì)較好。顯然, 在煤層氣勘探深度范圍內(nèi), 煤層滲透率的高低主要受到煤體結(jié)構(gòu)的控制, 埋深的影響相對(duì)較弱。

3 結(jié)論

恩洪向斜煤層累計(jì)厚度較大, 煤級(jí)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(kāi)采的地質(zhì)條件。煤中過(guò)渡孔和微孔的孔容和比表面積均占有明顯優(yōu)勢(shì), 中孔發(fā)育程度較差, 意味著煤層氣儲(chǔ)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(shí), 重?zé)N濃度極高是區(qū)內(nèi)煤層氣產(chǎn)出的一個(gè)顯著特點(diǎn); 復(fù)雜而強(qiáng)烈的構(gòu)造變動(dòng)致使煤層原生結(jié)構(gòu)受到強(qiáng)烈破壞, 對(duì)煤層滲透性造成不利影響, 成為煤層氣開(kāi)采的不利地質(zhì)因素。為此, 重?zé)N濃度異常的地質(zhì)原因值得進(jìn)一步探究; 今后煤層氣勘探開(kāi)發(fā)工作的重點(diǎn)是加強(qiáng)對(duì)構(gòu)造特征的研究, 在高含氣性、低滲透性的條件下選用有針對(duì)性的勘探開(kāi)發(fā)工藝。

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

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

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

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

[5] 聶俊麗, 鄧明國(guó)．恩洪礦區(qū)煤層氣資源評(píng)價(jià)及開(kāi)發(fā)利用前景 [J] ．貴州科學(xué)．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(xiàng)目總結(jié) [J] ．云南地質(zhì), 2004, 23 (4) ： 443- 456．