勃利盆地煤層儲(chǔ)層特征及煤層氣賦存規(guī)律

李青林

(龍煤七臺(tái)河分公司 龍湖礦，黑龍江 七臺(tái)河154600)

0 前言

勃利盆地位于黑龍江省東部。 西起依蘭東至虎林云山農(nóng)場(chǎng)；北自樺南—寶清，南止興農(nóng)—裴德，橫跨樺南縣、勃利縣、七臺(tái)河市、雞東縣、密山市、虎林市等市縣。 地理座標(biāo)為∶東經(jīng)130°-132°30′，北緯45°30′-46°25′ 之間。 盆地東西長約200km， 南北寬 約50km， 面 積 約10000km2。 根據(jù)勃利煤田目前勘探情況及含煤地層和煤層發(fā)育賦存情況，確定各煤層氣評(píng)價(jià)范圍為∶西起青龍山斷裂，東至寶密橋斷裂，北起老基盤，南至興農(nóng)—興凱斷裂為界，東西走向長120km，南北傾向?qū)?0km，面積7′200km2。

1 煤層儲(chǔ)層特征

煤層物性特征，包括煤層的孔隙性、透氣性、儲(chǔ)層壓力、含氣飽和度、等溫吸附特征等。

1.1 煤層的孔隙性

勃利盆地煤層顯微孔隙非常發(fā)育，植物的殘余組織孔，原生粒間孔、內(nèi)生裂隙及構(gòu)造裂隙均較發(fā)育，實(shí)測(cè)煤層平均孔隙率為3.35%，主要以微小孔為主，不利于煤層氣的運(yùn)移。 由于微小孔多，內(nèi)表面積大，煤層吸附煤層氣量比較大。

1.2 煤層透氣性

勃利盆地煤層中面割理較發(fā)育，端割理不發(fā)育。多為平行狀，且裂隙多被方解石或粘土礦物充填，使煤層滲透性降低。 梅造節(jié)理亦是煤層氣重要的運(yùn)移通道，它們與區(qū)域構(gòu)造線方面吻合，煤層中一般有4-5 組，多為高角度的直立節(jié)理，密度可達(dá)8～10 條／m，在構(gòu)造帶附近，受斷裂構(gòu)造的影響，節(jié)理的組數(shù)和密度均顯著增加，可達(dá)8 組，20 余條／m，導(dǎo)致煤層氣運(yùn)移通道比較好。 因此，可以認(rèn)為勃利盆地的煤層裂隙，節(jié)理較發(fā)育。

測(cè)試結(jié)果顯示，煤層滲透率與層理方向有密切的關(guān)系。其中，平行層理煤層滲透率最大。根據(jù)研究成果，勃利盆地煤層滲透性相對(duì)較差，這將是嚴(yán)重制約該盆地煤層氣開發(fā)的因素，因此，在該地區(qū)煤層氣開發(fā)中，必須采用水力壓裂等工藝手段提高煤層滲透性。

1.3 儲(chǔ)層壓力

勃利礦區(qū)未進(jìn)行儲(chǔ)層壓力測(cè)試，因此，沒有確切地反映儲(chǔ)層壓力的資料，當(dāng)儲(chǔ)層為一不含水層且未與靜水壓建立聯(lián)系，同時(shí)在未受采動(dòng)影響的情況下，儲(chǔ)層壓力等于瓦斯壓力，經(jīng)開采證明，勃利盆地各煤層含水性弱，實(shí)測(cè)瓦斯壓力(儲(chǔ)層壓力)為0.13～2.70MPa。

1.4 含氣飽和度

將含氣量與儲(chǔ)層壓力下等溫吸附曲線上的吸附量作比較，經(jīng)對(duì)比證實(shí)為不飽和儲(chǔ)層。1.5 等溫吸附特征在實(shí)驗(yàn)室對(duì)勃利盆地新建礦、新興礦、桃山礦、龍湖礦部分煤層的等溫吸附特征進(jìn)行測(cè)試。在恒溫30°～C 測(cè)得的各煤樣吸附常數(shù)1 厚度勃利盆地煤層以薄煤層為主， 區(qū)域上穩(wěn)定性較差， 層間距有變化，因此，只能評(píng)價(jià)層組累計(jì)厚度。

2 煤層厚度埋深及其特征

2.1 煤層厚度

2.1.1 滴道組

可采煤層累厚一般3～7m， 由西向東， 桃山斷裂以西偶見可采煤層，煤層累厚可達(dá)5.20m。 桃山斷裂以東至小順河之間含煤性最好，煤層累厚可達(dá)14m 左右；小順河以東埋藏較深，沒有勘探資料。

2.1.2 城子河組可采煤層累厚一般6～14m， 由西向東， 桃西區(qū)煤層累厚20m 左右，桃東區(qū)煤層累厚16m 左右，龍湖區(qū)可達(dá)22m 左右。

2.2 煤層埋深

煤層埋深是控制煤層氣含量的最主要的因素之一，隨著煤層埋藏深度的增加，壓力和溫度也不斷增加，煤層氣含量增加。勃利盆地南北邊緣已經(jīng)出露地表，在盆地內(nèi)部城子河組埋深一般在1000-2000m 之間。 滴道組埋深一般在1000-2500m 之間，煤層最大埋深在3500m 以上。

2.3 煤級(jí)生氣特征

煤的變質(zhì)階段，影響對(duì)甲烷的吸附能力。 勃利盆地煤層屬于中等變質(zhì)程度，煤類以焦煤、瘦煤為主，約占總量的85%以上，其次為氣煤、肥煤及部分未分類煤。 因此有較高生氣能力， 揮發(fā)份變化范圍在14.13%—44.75%之間，符合希爾特定律，上部煤層的揮發(fā)份高于下部煤層的揮發(fā)份。

2.4 圍巖儲(chǔ)層物性特征

勃利盆地煤層頂?shù)装逡话阌煞凵皫r、粉細(xì)砂巖組成，巖石堅(jiān)硬，儲(chǔ)層物性不好。 有時(shí)具薄層凝灰?guī)r，但厚度不大，一般為0.50-2.00m 左右，巖性變化較大，可在局部地段起到蓋層作用，有小的圈閉范圍，大多數(shù)情況下起不到蓋層作用。從含砂率分析得知該盆地含煤巖系細(xì)砂巖—粗砂巖約占75%左右，它們是不好的蓋層，也不是好的儲(chǔ)層。但在北興—金沙地區(qū)，煤系上復(fù)地層為猴石溝組，其中有幾層3～10m 厚的凝灰?guī)r和較厚粉砂巖，具較好的蓋層條件，但賦煤情況不清，有待今后進(jìn)一步工作。

3 地質(zhì)構(gòu)造控氣作用

勃利盆地形成過程中，經(jīng)過多次構(gòu)造變動(dòng)。 一般背斜核部及壓性斷裂有利于煤層氣的賦存，張性斷裂一般是煤層氣運(yùn)移的通道，不利于煤層氣的賦存。 而盆地內(nèi)部斷裂多期不同性質(zhì)活動(dòng)，都有經(jīng)歷過拉張，同時(shí)斷裂的規(guī)模，切割的寬度及破碎帶的寬度都比較大，因此，造成盆地內(nèi)煤層氣的逸散，含氣量偏底。 盆地內(nèi)部(特別是七臺(tái)河礦區(qū)內(nèi)部)斷裂發(fā)育特點(diǎn)是西部以NW-NWW 向?yàn)橹鳎驏|過渡為NE-NEE向。 晚喜山構(gòu)造運(yùn)動(dòng)區(qū)域應(yīng)力場(chǎng)為NEE-SWW 向擠壓，造成盆地內(nèi)部NW-NWW 向斷裂顯現(xiàn)壓性或裂剪性，而NE-NEE 向斷裂顯現(xiàn)張性或張剪性，因此使盆地內(nèi)出現(xiàn)西部煤層含氣量高于東部煤層含氣量(即西部礦井相對(duì)瓦斯涌出量高于東部礦井瓦斯涌出量)的特征。

4 結(jié)論

4.1 含氣量

平面上具有西高東低特點(diǎn)，七臺(tái)河—桃山區(qū)甲烷含量最高，可達(dá)7.6m3/t， 茄子河—鐵山區(qū)較低≤4.7m3／t， 龍湖外圍區(qū)最大值為5.5～7m3／t。 從3 個(gè)遠(yuǎn)景區(qū)的煤層甲烷梯度可以看出煤層甲烷含量隨著埋深增加而增高的規(guī)律。

4.2 與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系

勃利盆地受地質(zhì)構(gòu)造的控制與改造，一般背斜核部及壓性斷裂附近有利于煤層氣的賦存，張性斷裂一般是煤層氣運(yùn)移的通道，不利于煤層氣的賦存。 盆地內(nèi)斷裂西部以NW-NWW 向?yàn)橹鳎?向東過渡為NE-NEE 向，斷裂顯現(xiàn)張性或張扭性，因此，使盆地內(nèi)部出現(xiàn)西部煤層氣含氣量高于東部的差異。

4.3 與煤質(zhì)煤階的關(guān)系

從煤的變質(zhì)階段上看，勃利盆地以氣煤和焦煤為主，煤的滲透性較差，透氣性能亦較差，同時(shí)又具有吸附能力較高的特點(diǎn)。 一般說來，當(dāng)R0max為0.5%-1.3%(相當(dāng)于長焰煤-肥煤階段)， 煤中孔隙以微孔和小孔體積均逐漸回升，但大孔和中孔體積仍持續(xù)下降；當(dāng)Rmax＞2%，煤的中孔和大孔已微乎其微。同時(shí)，對(duì)煤中粘土，黃鐵礦和碳酸鹽巖礦物進(jìn)行了分析，結(jié)果認(rèn)為隨著煤的灰分增高，其微孔和小孔體積的百分比增加，而大孔和中孔體積則大幅度下降。 因此，可以初步認(rèn)為，以氣煤、焦煤為主，低、中變質(zhì)階段并以低灰煤為主的勃利盆地，煤層的滲透性較差。

［1］《煤成氣地質(zhì)研究》編委會(huì).煤成氣地質(zhì)研究[M].北京∶石油工業(yè)出版社，1987.

［2］中國煤田地質(zhì)總局.沖國煤層氣資源[M].徐州∶中國礦業(yè)大學(xué)出版社，1988.

［3］趙慶波，李貴中，孫粉錦，等.煤層氣地質(zhì)選區(qū)評(píng)價(jià)理論與勘探技術(shù)[M].北京∶石油工業(yè)出版社，2009.