QS盆地HS區塊煤層氣富集控制因素研究

王 媛，宋立軍 （西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安710065）

周大偉，王 蕊 （中石油吐哈油田分公司，新疆 鄯善839009）

徐榮忠 （西安石油大學地球科學與工程學院，陜西 西安710065）

HS區塊位于QS盆地東緣北部，構造位置位于壽陽－陽泉單斜帶、東部單斜帶和榆社－武鄉構造帶交匯處。地層總體為走向NE，傾向NW，位于區塊中部的2條NE向規模較大的逆斷層，將區塊分割成東西兩部分，東部斷層發育，構造相對復雜；西部地層發育平緩，構造相對簡單。

1 煤層賦存特征

該區主要煤系地層為石炭系上統太原組和二疊系下統山西組，2組地層平均總厚174m，含煤17層，煤層總厚度在5.95～17m之間，平均10.25m。太原組含煤4～9層，含煤平均總厚7.43m；山西組含煤3～6層，含煤平均總厚2.82m［1］。

1）太原組 太原組為該區主要含煤地層，厚度在97.87～139.56m之間，平均120.09m。主要由深灰色砂質泥巖、泥巖、灰白色砂巖、灰巖及煤層組成。含煤層8～9層。含灰巖3～8層，其中K2、K3、K4三層灰巖較穩定，分布廣。太原組屬于一套典型的海陸交互含煤沉積，旋回結構明顯。

2）山西組 山西組為該區另一主要含煤地層，連續沉積于太原組之上，厚度在40.18～68.39m之間，平均55.44m。主要為灰白色中、細粒砂巖，深灰色～灰黑色砂質泥巖、泥巖及煤層組成。該組含煤6層，其中3號煤層為較穩定煤層，6號煤層為不穩定煤層。山西組是在閉塞的海灣環境下發育起來的淺水三角洲沉積，沉積旋回明顯，每個旋回均以在三角洲平原分流河道沉積的砂巖開始，向上漸變為沼澤相沉積的砂質泥巖、泥巖及煤層。

2 煤儲層特征

1）煤巖煤質及演化程度 HS區塊15號煤原煤灰分含量介于4.03%～26.47%之間，平均為10.07%，為低灰煤；鏡質組反射率介于2.1%～2.7%之間，煤層變質程度高，煤級為貧煤－無煙煤。該區煤的演化受深成變質作用控制，煤的變質程度與煤層埋深關系明顯，Ro值隨深度的增加逐漸變大。煤巖類型屬半亮－半暗型，煤層的顯微組分以鏡質組為主，含量在75.2%～85.4%之間，平均81.4%，惰質組和殼質組含量較低。

2）煤層含氣性 區內煤層含氣量整體上隨埋深的增加而逐步變大，但構造和圍巖對含氣性的影響顯著。斷層發育帶含氣量存在明顯的低值區。區塊15號煤層含氣量在4.6～16.5m3／t之間，中部斷裂帶明顯低于東西兩側。

煤層含氣量還受煤層氣保存條件的影響，泥巖的封蓋能力高于砂巖。埋深變化不大的條件下，15號煤層頂板為泥巖的含氣量明顯高于頂板為砂巖的含氣量［2］。

3）煤儲層壓力 區內太原組15號煤層在埋深499～1178m的范圍內，儲層壓力變化于0.4～8.6MPa之間，儲層壓力梯度變化于0.05～0.92MPa／100m之間，平均為0.45MPa／100m，變化較大。

3 煤層氣藏保存條件

1）構造條件 HS區塊已發現的斷層主要為北東和北西向的高角度正斷層，主要分布在背斜及煤層埋深較淺的東南部，斷距一般小于50m，延伸長度多小于20km。逆斷層以Ⅱ、Ⅲ級斷層發育為主（見表1）。煤層埋藏較深的區域地層厚度大，斷層相對較少。該區東南部1000m以淺，15號煤層含氣量受斷層控制作用明顯，將東南部1000m以淺煤層氣井距斷層軸線距離與含氣量數據 （見圖1）統計分析，發現煤層井與斷層軸線間距離越大，含氣量量越高。因此，斷層性質及規模是決定煤層氣保存條件的重要因素［3－4］。

表1 HS區塊斷層性質統計表

2）封蓋條件 煤層氣的封蓋層包括煤層的上覆巖層 （頂板）、下伏巖層 （底板）及臨近煤層的圍巖。15號煤層的直接頂、底板大部分為泥巖，且上覆泥巖全區穩定分布，累計厚度均大于20m，為煤層氣藏的良好的區域蓋層。

統計發現，15號煤層頂板與15號煤層同屬泥炭沼澤相，頂板泥巖對15號煤層成煤和變質作用過程中形成的煤層氣至始至終起到封閉作用。頂板中若有泥質含量高和厚度大的泥巖層，其封閉性能強于砂巖頂板和灰巖頂板。通過統計15號煤層頂板厚度，并與15號煤層含氣量做相關性分析發現，15號煤層含氣量與頂板泥巖相關性較強，含氣量隨頂板泥巖厚度的增大而增大 （見圖2）。

圖1 15號煤層含氣量與斷層關系圖

圖2 15號煤層頂板泥巖厚度與含氣量關系圖

3）水文地質條件 煤層氣在整個地質時期的聚集和運移與盆地內地下水的補給、徑流和排泄關系密切。15號煤層埋深大，煤層氣垂向運移困難，煤層氣沿地層上傾方向擴散至地表，因此，煤層埋深大的含氣量高于淺部。從已鉆煤層氣探井及煤田鉆孔抽水試驗，單位涌水量最大僅為0.0013L／（s·m），屬弱富含水性，煤層與含水層之間水力聯系弱，地層水礦化度在2645mg／L左右，為NaHCO3滯留區水型，煤層裂隙水補給不足，壓力傳遞介質條件差［5］。煤系含水層處于承壓水封閉環境，對煤層氣的保存有利。

4 結 論

（1）埋深是影響煤層氣保存的第一因素，煤層含氣量總體上隨埋深的增加逐步增大。

（2）構造是影響煤層氣富集成藏的重要因素。遠離斷層軸線的煤層含氣量明顯升高，排采效果較好；開放性斷層發育區，排采效果較差。

（3）煤層直接頂板的巖性及厚度控氣作用明顯。直接頂板為泥巖及累計厚度越大，含氣量越高；反之，直接頂板為砂巖且累計厚度越大，越不利于煤層氣的富集成藏。

（4）水動力條件。石炭－二疊紀地層含水性弱，煤層與含水層交替作用弱，煤層水礦化度較高，有利于煤層氣的富集成藏。

［1］馮三利，葉建平，張遂安 .鄂爾多斯盆地煤層氣資源與開發潛力分析 ［J］.地質通報，2002（10）：11－15.

［2］趙慶波，李五忠，孫粉錦 .中國煤層氣分布特征及高產富集因素 ［J］.石油學報，1997，18（4）：1－6.

［3］張新民，莊軍，張遂安 .中國煤層氣地質與資源評價 ［M］.北京：科學出版社，2002：5－9.

［4］張新民，解光新 .我國煤層氣開發面臨的主要科學技術問題及對策 ［J］.煤田地質與勘探，2002，30（2）：19－22.

［5］陳振宏 .高低煤階煤層氣藏主控因素差異性對比研究 ［D］.北京：中國科學院研究生院，2007.