貴州省織納煤田煤層特征及煤層氣資源潛力

黃 文 徐宏杰 張孟江 徐大杰

1．中國礦業大學資源與地球科學學院 2．貴州省煤田地質局地質勘察研究院 3．安徽理工大學地球與環境學院

織納煤田位于貴州省中西部，主要包括比德向斜、三塘向斜、阿弓向斜、珠藏向斜、關寨向斜5個向斜單元，含煤面積約為1 016．3km2，區內煤田地質工作程度高，除煤炭預測及預查區外，煤炭勘查面積達695．64 km2，煤炭總資源量為90．33×108t；據貴州省煤田地質局1996年提交的“貴州省煤層氣資源評價報告”［1］，織納煤田煤層氣資源量為7 611×108m3，但該區煤層氣的系統評價還很薄弱。因此，對煤田煤層氣資源狀況、賦存條件進行全面分析和評價，優選煤層氣重點勘查和開發區塊很有必要［2－4］。

1 區域地質背景

1．1 地質概況

本次評價區塊位于川黔滇盆地黔北斷拱的西南部，六盤水斷陷及黔南斷陷外邊緣，主要包括前述比德、三塘、阿弓、珠藏、關寨等5個向斜單元。區內褶皺寬緩且延伸距離短，以短軸式褶皺為主，走向主要為北東向（圖1），西緣發育少量北西向隔擋式褶皺［5］。各向斜均寬緩且含煤地層深埋，保存較完整，受水城—紫云及貴陽—鎮遠斷裂影響呈多個復式褶皺［6］。

圖1 織納煤田構造綱要及目標區分布圖

1．2 水文地質特征

區內地表水、地下水排泄條件好。上覆地層富水帶中地下水正常情況下與煤系水無直接聯系。下伏茅口組富水帶與含煤地層之間的大部分地段有玄武巖相隔，對煤礦充水影響甚微。含煤地層中斷裂帶導水性一般較弱，含煤地層富水性為弱—中等。區內地下水呈封閉狀態，對煤層氣有封隔作用，有利于煤層氣的保存［7］。

2 煤層特征及含氣性

2．1 煤層賦存及儲層物質基礎

2．1．1 煤層賦存

該區含煤地層為上二疊統長興組及龍潭組，主要含煤地層龍潭組為海陸交互相沉積，由粉砂巖、泥質粉砂巖、細砂巖、石灰巖、泥巖及煤等組成，厚度為242～375m，一般為306m。含煤19～46層，含煤總厚度為17．45～54．68m，可采煤層4～12層，可采煤層總厚8．28～21．67m，比德、阿弓向斜一帶為富煤中心，可采層數達12層，比德向斜可采煤層厚度超過20m。

穩定分布并具有一定厚度和規模的煤層是煤層氣富集的基礎［8－11］。該區內發育最好的煤層有6、16、27號煤層。6號煤層厚度總體相對較厚（3m左右），可采厚度為1．50～3．00m；16號煤為全區較穩定的煤層，厚度介于1．50～2．80m，可采厚度介于1．3～2．0 m；27號煤層厚度介于0～6．06m，大部分地區可采厚度為1～2m。

2．1．2 煤的物質組成

宏觀上，該區煤層以半亮型和半暗—半亮型為主。顯微煤巖組分方面，可采煤層鏡質組含量為43．42%～98．10%，平均為73．37%；惰質組含量為1．50%～46．50，平均為17．74%；殼質組僅大沖頭勘探區煤層中偶爾含有。全區鏡質組最大反射率為1．52%～3．97%，平均為2．50%。煤類除比德向斜煤層為貧瘦煤和貧煤外，其余賦煤單元煤層均為無煙煤三號。

區內主要為中灰分、相對富氫、低揮發分煤，灰分平均含量為21．54%，揮發分平均含量為9．10%，干燥無灰基氫含量平均為3．10%。

綜合分析認為，該區煤層為高煤階、煤鏡質組含量高、煤質好，具有較高的生烴能力［12］。

2．1．3 煤體結構

該區主要可采煤層6號煤較大程度地受到構造破壞，煤體結構呈現出以碎粒煤、糜棱煤為主，煤層強度和滲透性受到較大的影響，不適合煤層氣的產出和開發；其他可采煤層原生結構總體完整，適合煤層氣的開發，特別是16號煤具有較好的物性條件，煤體結構以原生結構煤為主，少量碎裂煤，偶見碎粒煤，有利于煤層氣的滲流和開發［13－14］；關寨向斜官寨勘探區構造比較復雜，區內各煤層煤體結構不同程度地受到了破壞，降低了煤體強度，影響了煤層的滲透性。

2．2 煤儲層物性特征及含氣性

2．2．1 煤層孔隙—裂隙發育特征

煤層基質孔隙和裂隙的大小、形態、孔隙度和連通性等決定了煤層氣的儲集、運移和產出，研究和認識煤中孔隙和裂隙，對煤層氣的勘探開發至關重要［15－17］。通過對比德向斜化樂勘探區煤層氣參數井——ZK 3603號鉆孔煤心裂隙觀測，煤層中內生裂隙較發育，密度和方向的發育不均勻，局部密度可達10條／cm。裂隙的這種發育特征，有利于煤層滲透性的發育，也有利于煤層氣產出。部分裂隙中有方解石脈充填，可能對煤層滲透率產生一定影響。

區內主要煤層孔隙率為4．64%～13．10%，平均為8．84%，具有良好的儲集性和透氣性。

2．2．2 煤層滲透性

煤儲層滲透率是進行煤層氣滲流分析的主要參數，在煤層氣資源已查明的前提條件下，煤儲層滲透率又是制約煤層氣資源開發成敗的關鍵因素之一。

區內比德向斜注入壓降法試井滲透率為0．107 4～0．500 16mD（表1），平均為0．279 688mD，為中滲透率煤儲層；在層域上，滲透率和埋深的相關關系較好，滲透率隨埋深增大而減小（圖2）。三塘向斜織3井16號煤層及珠藏向斜織2井23號煤層儲層滲透率分別為0．000 514mD、0．000 164mD，均屬低滲透率煤儲層。

在區域方面，比德向斜試井滲透率遠比三塘向斜和珠藏向斜試井滲透好，而三塘向斜試井滲透率稍好于珠藏向斜試井滲透率。由此推測煤田的西部區域滲透率要優于東部。

2．2．3 煤儲層含氣性

2．2．3．1 煤層氣化學組成

該區煤層中甲烷成分濃度為6．18%～100．00%，平均為86．13%；重烴成分一般小于1．00%，阿弓向斜重烴濃度高，在大沖頭和文家壩勘探區有重烴異常區，少量區域重烴濃度超過90%；氮氣成分濃度為0．01%～61．67%，平均為10．57%。

表1 煤層氣參數井測試參數統計表

圖2 埋深與滲透率關系圖

2．2．3．2 煤層甲烷含量及其分布

全區含氣量為0．48～32．69m3／t，平均為11．90 m3／t，各向斜以東部的關寨向斜最高，平均含量為15．47m3／t，比德向斜和珠藏向斜次之，平均含量分別為12．94、12．54m3／t，阿弓向斜最低，平均含量為10．15m3／t；氮氣含量不高，一般小于2m3／t；重烴平均含量0．75m3／t；全區甲烷含量以肥田二號最高，平均為16．90m3／t。評價區總體顯示甲烷含量隨埋深的增加而增加，趨勢較為明顯，表明埋深對煤層氣含氣性具有重要的控制作用（圖3）。

圖3 各賦煤單元甲烷含量垂向分布圖

在層域上剔除垂向上埋深不是遞增的數據，7號煤層（或6號煤層）以淺的含煤層域，煤層含氣量一般隨煤層埋深的增大而減小，過7號煤層（或6號煤層）后，隨層域埋深的增高，煤層含氣量一般有增高的趨勢。在垂向上煤田總體顯示甲烷含量隨埋深的增加而增加（圖4）。不同層位的煤層含氣量的變化規律指示，研究區內不同向斜單元在縱向上不同煤層可能存在多個獨立的含煤層氣系統［7，18］。

3 煤層氣資源量及可采潛力

3．1 煤層氣資源量及其分布

圖4 代表區塊煤層甲烷含氣量層域變化圖

采用體積法對研究區煤層氣資源量進行了計算，結果表明：總資源量為1 852．91×108m3，其中：煤層埋深500m以淺煤層氣資源量為663．36×108m3；埋深介于500～1 000m煤層氣資源量為773．23×108m3；埋深介于1 000～1 500m煤層氣資源量為315．88×108m3；埋深大于1 500m 煤層氣資源量為100．44×108m3。

含氣量8～12m3／t煤層氣資源量為175．39×108m3；12～15m3／t含氣帶資源量為193．18×108m3；大于15m3／t含氣帶資源量為1 484．34×108m3。

在區域分布上，該區煤層氣資源量總體呈東、西部高，中部低的整體分布趨勢。其中，關寨向斜煤層氣資源量最豐富，為5 59．84×108m3，資源量豐度也最好，為2．34×108m3／km2；其次為三塘向斜，其資源量和資源量豐度分別為423．17×108m3和1．70×108m3／km2；珠藏向斜煤層總體埋深較淺，資源量和資源量豐度稍低，分別為239．60×108m3和1．40×108m3／km2。區內5個構造單元煤層氣儲量規模除珠藏向斜為中型外，其余均為大型。

在層域分布上，6號煤層煤層氣資源量為391．93×108m3；16號煤層煤層氣資源量為248．94×108m3；27號煤層煤層氣資源量為266．01×108m3。

3．2 煤層氣地質可采潛力

根據化樂勘探區煤層等溫吸附資料計算得出，該區煤層氣理論采收率平均為40．35%，煤層氣可采資源為747．65×108m3。區內可采煤層氣資源量以埋深1 000m以淺為主，即在埋深分類中以淺和中分類為主，為579．67×108m3。

3．3 煤層氣勘探有利區塊優選

煤層氣勘探目標區應是蘊藏有一定資源量、并具有煤層氣富集高產潛勢的地區。因此，煤儲層含氣量和滲透率是應優先考慮的兩個關鍵控氣因素，面積和資源豐度（兩者之積為煤層氣資源量）對目標區的經濟價值也具有決定性意義。按照遞階優選法，按聚氣帶→目標區→靶區的遞階層次進行選區評價和優選，優選的關鍵主要在于煤儲層面積、含氣量、儲層滲透率和臨儲壓力比5個要素［7，19－21］。

5個賦煤單元中，關寨向斜的煤層氣資源量和資源量豐度最大、最高，分別為239．60×108m3／km2和2．34×108m3／km2，為優選聚氣帶；其次比德向斜，資源量豐度較高（1．98×108m3／km2）。

就目標區和靶區來說，關寨向斜構造復雜，各煤層煤體結構不同程度地受到了破壞，煤層滲透性受到影響。比德向斜化樂勘探區有平均含氣量和試井滲透率均較高的特點，煤層氣平均含量為13．46m3／t，試井滲透率平均為0．279 688mD，可作為優選靶區；其次為關寨向斜官寨勘探區，其擁有最高的煤層氣資源量豐度和煤層氣平均含量（表2）。

表2 聚氣帶、目標區及靶區優選表

4 結論

1）織納煤田煤層氣資源豐富，雖然煤儲層滲透性相對較低，但區內含煤面積大，煤層氣資源豐度較高，含氣量較高，煤儲層厚度較大，可采性好，具備較好的煤層氣勘探有利地質條件與可采性，隱含地面煤層氣開發較大的資源潛力。

2）比德向斜化樂勘探區在煤層氣資源量豐度、平均含氣量和試井滲透率3個方面優勢相對明顯，且地質工程度高，有利于勘探工作的開展，是今后煤層氣開發的優先選擇區塊。

［1］易同生．貴州省煤層氣資源評價［R］．貴陽：貴州省煤田地質局，1996．YI Tongsheng．Evaluation of coalbed methane resource in Guizhou［R］．Guiyang：Guizhou Bureau of Coal Geology，1996．

［2］吳亞榮，黃文．貴州省織納礦區煤層氣資源評價［R］．貴陽：貴州省煤田地質局，2011：1－4．WU Yarong，Huang Wen．Evaluation of coalbed methane resource potential in Zhina coalfield，Guizhou［R］．Guiyang：Guizhou Bureau of Coal Geology，2011：1－4．

［3］趙慶波，陳剛，李貴中．中國煤層氣富集高產規律、開采特點及勘探開發適用技術［J］．天然氣工業，2009，29（9）：13－19．ZHAO Qingbo，CHEN Gang，LI Guizhong．The regular patterns of highly－produced CBM，its production perform－ance and the progress of prospecting technologies in China［J］．Natural Gas Industry，2009，29（9）：13－19．

［4］左銀卿，孟慶春，任嚴，等．沁水盆地南部高煤階煤層氣富集高產控制因素［J］．天然氣工業，2011，31（11）：11－13．ZUO Yinqing，MENG Qingchun，REN Yan，et al．Controlling factors of enrichment and high deliverability of CBM gas from high－rank coal beds in the southern Qinshui Basin［J］．Natural Gas Industry，2011，31（11）：11－13．

［5］徐彬彬，何明德．貴州煤田地質［M］．徐州：中國礦業大學出版社，2003：209．XU Binbin，HE Mingde．Coal geology in Guizhou province［M］．Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，2003：209．

［6］張衛平，唐顯貴．貴州省織納煤田煤炭資源潛力評價報告［R］．貴陽：貴州省煤田地質局，2010：100－105．ZHANG Weiping，TANG Xiangui．Evaluation report of coal resource potential in Zhina coalfield，Guizhou［R］．Guiyang：Guizhou Bureau of Coal Geology，2010：100－105．

［7］傅雪海，秦勇，韋重韜，等．煤層氣地質學［M］．徐州：中國礦業大學出版社，2007：106－109．FU Xuehai，QIN Yong，WEI Chongtao，et al．Coalbed methane geology［M］．Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，2007：106－109．

［8］盧雙舫，申家年，王振平，等．海拉爾盆地煤層氣資源評價及潛力分析［J］．煤田地質與勘探，2003，31（6）：28－31．LU Shuangfang，SHEN Jianian，WANG Zhenping，et al．Resource evaluation of coalbed gas and potential analysis in Hailar Basin［J］．Coal Geology ＆ Exploration，2003，31（6）：28－31．

［9］葉建平，吳建光，房超，等．沁南潘河煤層氣田區域地質特征與煤儲層特征及其對產能的影響［J］．天然氣工業，2011，31（5）：16－20．YE Jianping，WU Jianguang，FANG Chao，et al．Regional geological and reservoir characteristics of the Panhe CBM Gas Field in the southern Qinshui Basin and their influences on CBM gas production capacity［J］．Natural Gas Industry，2011，31（5）：16－20．

［10］熊德華，唐書恒，朱寶存．晉陜蒙地區煤層氣勘查潛力綜合評價［J］．天然氣工業，2011，31（1）：32－36．XIONG Dehua，TANG Shuheng，ZHU Baocun．Comprehensive evaluation of coalbed methane exploration potential in the Jin Shan Meng area［J］．Natural Gas Industry，2011，31（1）：32－36．

［11］孫斌，孫粉錦，田文廣，等．鄂爾多斯盆地烏審旗地區煤層氣富集主控因素及其勘探方向［J］．天然氣工業，2011，31（2）：34－38．SUN Bin，SUN Fenjin，TIAN Wenguang，et al．Controlling factors of coalbed methane enrichment in the Wushenqi Area，Ordos Basin［J］．Natural Gas Industry，2011，31（2）：34－38．

［12］PALMER I D，METCALFE R S，YEE D，et al．煤層甲烷儲層評價及生產技術：美國煤層甲烷研究新進展［M］．秦勇，曾勇，譯．徐州：中國礦業大學出版社，1996：16－19．PALMER I D，METCALFE R S，YEE D，et al．Reservoir assessment and production technology of coalbed methane：New progress of coalbed methane of the United States of America［M］．QIN Yong，ZENG Yong，trans．Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，1996：16－19．

［13］倪小明，蘇現波，張小東．煤層氣開發地質學［M］．北京：化學工業出版社，2010：27－31．NI Xiaoming，SU Xianbo，ZHANG Xiaodong．Coalbed methane development geology［M］．Beijing：Chemical Industry Press，2010：27－31．

［14］曾雯婷，陳樹宏，徐鳳銀．韓城區塊煤層氣排采控制因素及改進措施［J］．中國石油勘探，2012，17（2）：79－84．ZENG Wenting，CHEN Shuhong，XU Fengyin．Controlling factor analysis and suggestions on CBM drainage in Hancheng Block［J］．China Petroleum Exploration，2012，17（2）：79－84．

［15］蘇現波，陳江峰，孫俊民，等．煤層氣地質學與勘探開發［M］．北京：科學出版社，2001：15－17．SU Xianbo，CHEN Jiangfeng，SUN Junmin，et al．Coalbed methane geology and exploration［M］．Beijing：Science Press，2001：15－17．

［16］蔡敏，金成志，霍鳳龍．大慶探區煤層氣資源綜合利用策略［J］．中國石油勘探，2012，17（4）：71－74．CAI Min，JIN Chengzhi，HUO Fenglong．Strategy for Comprehensive utilization of CBM resources in Daqing Exploration Area［J］．China Petroleum Exploration，2012，17（4）：71－74．

［17］吳建光，孫茂遠，馮三利，等．國家級煤層氣示范工程建設的啟示——沁水盆地南部煤層氣開發利用高技術產業化示范工程綜述［J］．天然氣工業，2011，31（5）：9－15．WU Jianguang，SUN Maoyuan，FENG Sanli，et al．Good lessons from the state level demonstration project of coalbed methane development：An overview of such high tech and commercial project in the southern Qinshui Basin［J］．Natural Gas Industry，2011，31（5）：9－15．

［18］秦勇，熊孟輝，易同生，等．論多層疊置獨立含煤層氣系統——以貴州織金—納雍煤田水公河向斜為例［J］．地質論評，2008，54（1）：65－70．QIN Yong，XIONG Menghui，YI Tongsheng，et al．On unattached multiple superposed coalbed methane system：In a case of the Shuigonghe syncline，Zhijin－Nayong coalfield，Guizhou［J］．Geological Review，2008，54（1）：65－70．

［19］李明宅，廖黔渝，丁蓉，等．類比技術在煤層氣儲量評估中的應用［J］．中國石油勘探，2012，17（1）：74－78．Li Mingzhai，Liao Qianyu，Ding Rong，et al．Application of analogy technology to CBM reserves evaluation［J］．China Petroleum Exploration，2012，17（1）：74－78．

［20］賀天才，秦勇．煤層氣勘探與開發利用技術［M］．徐州：中國礦業大學出版社，2007：224－229．HE Tiancai，Qin Yong．Exploration and development technology of CBM ［M］．Xuzhou：China University of Mining and Technology Press，2007：224－229．

［21］葉建平，張健，王贊惟．沁南潘河煤層氣田生產特征及其控制因素［J］．天然氣工業，2011，31（5）：28－30．YE Jianping，ZHANG Jian，WANG Zanwei．Production performance and its controlling factors in the Panhe CMB Gas Field，southern Qinshui Basin［J］．Natural Gas Industry，2011，31（5）：28－30．