山西省柳林區塊煤層氣資源潛力評價

胡曉兵

（山西省煤炭地質勘查研究院，山西 太原 030006）

1 前言

柳林區塊位于山西省西部，河東煤田中部，南鄰石樓北區塊，東鄰楊家坪區塊。行政區劃隸屬于山西省呂梁市柳林縣的穆村鎮、薛村鎮、莊上鎮、高家溝鄉、賈家垣鄉，面積194.415 6 km2。2006年4月21日富地柳林燃氣有限公司與中聯煤層氣有限責任公司就共同開發山西省柳林地區的煤層氣資源簽訂了《中華人民共和國山西省柳林地區煤層氣資源開采產品分成合同》，2006年7月25日取得中華人民共和國商務部的批準。

圖1 柳林區塊位置圖

2 地質背景

2.1 地層

區塊內及周邊賦存的地層有奧陶系中統峰峰組（O2f）；石炭系中統本溪組（C2b）、上統太原組（C3t）；二疊系下統山西組（P1s）、下石盒子組（P1x）；二疊系上統上石盒子組（P2s）、石千峰組（P2sh）；三疊系下統劉家溝組（T1l）、和尚溝組（T1h）；新生界上第三系上新統（N2）；第四系中更新統（Q2）、上更新統（Q3）、全新統（Q4）。含煤地層為石炭系太原組與二疊系山西組。

2.2 構造

柳林地區總體為一向西或西南傾斜的單斜構造，地層傾角一般為5°左右。

3 煤儲層特征

3.1 煤層特征

3.1.1 煤層厚度

本區塊內發育煤層14層，其中，山西組5層，自上而下編號為 1、2、3、4（3+4）、5 號煤層；太原組 9 層，自上而下編號為 6 上、6、7、7 下、8+9、9 下、10、10 下、11 號。其中，山西組的 2、3、4（3+4）、5號煤層，太原組的8+9、10號煤為主要可采煤層。

表1 煤層情況一覽表

3.1.2 煤層埋深

柳林地區總體煤層埋藏深度由東向西逐漸增大。其中，8+9號煤層埋深為250～1 200 m。

3.1.3 煤質特征

該區塊煤層達到焦煤、瘦煤、貧煤、無煙煤的中等變質階段。總體上自東向西隨煤層埋深逐步增大，表現為煤的變質程度不斷加深。由于本區及其鄰近地區未曾發現有巖漿作用的跡象，同時煤的變質程度亦符合希而特定律，故本區煤的變質類型以深層變質作用為主。

3.1.4 煤體結構特征

本區內雖為中等變質程度的煤，易于受外力影響而發生變形，但由于該區位于鄂爾多斯盆地東部，在地史上所受構造運動較少，煤層破壞不大，從研究區內小煤礦觀察，煤體結構大多為原生結構，僅在斷層附近有破碎現象，有破裂結構和糜棱結構。

3.2 儲層特征

3.2.1 含氣性特征

研究區主要煤層含氣量分布總體上表現為南高北低的變化趨勢。該區塊的主要煤層含氣量在8.73～14.38 m3/t之間。山西組煤層含氣量達到24 m3/t，太原組煤層達到26 m3/t。

圖2 煤層甲烷含量與埋深的關系

煤層含氣量隨煤層埋深增加而增大，但增加趨勢不明顯。由于受后期構造運動的影響，使得這種相關關系呈非簡單的線性關系，而是一種大體變化趨勢而已。

3.2.2 滲透率

煤層滲透率的高低直接決定著煤層氣的運移和產出。該區塊山西組煤層的滲透率在0.011～2.80 md之間，太原組煤層的滲透率在0.005～24.80 md之間。可見，該區塊煤層的滲透率相對較高，且變化范圍較大，各向異性及非均質性顯著。

3.2.3 煤層吸附性特征

煤層氣分子與煤分子之間有著很強的吸附作用，以吸附存在于煤層中的CH4構成了煤層氣的主題成分。煤的吸附能力決定煤層單位含氣量的高低，其解吸能力則決定性地影響了煤層氣的產能。蘭氏體積是衡量煤巖吸附能力的量度，其值反映了煤的最大吸附能力。蘭氏壓力值則反映了煤層氣解吸的難易程度，蘭氏壓力越高，煤層中吸附態氣體脫附越容易，開發越有利。

該區塊山西組煤層的飽和吸附量蘭氏體積為18.34～22.45m3/t，平均20.70 m3/t，蘭氏壓力為1.49～3.52 MPa，平均2.27 MPa；太原組煤層的飽和吸附量蘭氏體積為16.10～25.54m3/t，平均22.48m3/t，蘭氏壓力為1.27～3.18 MPa，平均1.96 MPa。可見，區內煤層吸附能力較強。

3.2.4 儲層壓力及梯度

該區塊山西組煤層的儲層壓力為2.58～8.33 MPa，平均為：5.79 MPa，壓力梯度為：0.46～1.12 MPa/100m，平均為：0.84M Pa/100 m；太原組煤層的儲層壓力為：3.31～7.46 MPa，平均為：6.47 MPa，壓力梯度為：0.53～1.174MPa/100m，平均為：0.85MPa/100m。可見該區塊內儲層壓力較大，壓力梯度一般小于靜水壓力梯度（0.98 MPa/100 m），為低壓異常狀態。

煤層的煤儲層壓力隨煤層埋深增大而增大。因為隨埋深的增大，上覆地層壓力不斷增大，儲層壓力也相應增大，通過對實測數據的統計分析，煤儲層壓力與煤層埋深呈正相關關系。

圖3 儲層壓力與煤層埋深的關系

3.2.5 含氣飽和度

根據對柳林區塊內煤層氣井測試所得的含氣飽和度的統計，該區塊煤層含氣飽和度變化范圍較大，為：27.40%～99.60%，平均為：55.53%。含氣飽和度總體偏低，處于欠飽和狀態。

4 煤層氣資源狀況

經計算共獲得煤層氣資源量為：369.21×108 m3，其中山西組煤層氣資源量為：181.25×108 m3，占總資源量的49%，資源豐度：1.01×108 m3/km2；太原組為：187.96×108 m3，占總資源量的51%，資源豐度：1.04×108 m3/km2。

5 結論

綜上所述，可以看出:①柳林區塊含煤層較多，且煤層厚度較大，變質程度較高；②柳林區塊煤層有良好的儲層條件（含氣量、儲層壓力、滲透率）；③柳林區塊煤層氣資源量豐富，資源豐度較高。

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