煤層氣含氣性主控因素探討

任秀珠

摘 要：煤層氣含氣性是煤層在一定地質條件下儲集煤層氣的數量和能力，它是由煤層氣的生產和保存條件以及地質控制因素決定的。煤層含氣性是評價煤層氣勘探開發前景的重要因素，它是煤層氣遠景評價和選區的重要基礎。以沁水盆地南部為研究區，從頂底板巖性、構造和水文地質條件等方面討論了煤層氣含氣性和可采性主控因素。

關鍵詞：煤層氣；可采性；含氣性；頂板巖性

中圖分類號：P618.13 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.12.112

1 煤層頂底板巖性

煤層頂底板巖性對于煤層氣的保存和富集有重要的意義，而良好的頂底板可以減少煤層氣向外擴散和滲流，保持地層壓力，以維持較大的煤層氣吸附量，從而減少地下水徑流造成的含氣量損失。

研究區的3號煤層頂板巖性主要為泥巖與砂質泥巖互層，還有粉砂巖、中粒砂巖和少量的細粒砂巖。從分布特征和粒度上看，其粒度由南西向北東逐漸變細，由砂巖過渡到粉砂巖再過渡到泥巖。砂巖區域主要分布在勘查區的西南部，呈條帶狀，粉砂巖區域主要分布在研究區的西北角和東南角，大面積的泥巖、砂質泥巖區域分布在北東部。鉆探時，巖芯比較完整，節理、裂隙不發育，局部節理發育。

3號煤層底板巖性主要為泥巖、砂質泥巖，其次為粉砂巖，極個別的為細粒砂巖。其分布特征是：粒度由南西向北東粒度變細，由粉砂巖過渡到了砂質泥巖、泥巖。粉砂巖區域主要分布在研究區的南西角，其余為大面積的砂質泥巖、泥巖分布區域。鉆探時，巖芯比較完整，節理、裂隙不發育。3號煤底板到K5石灰巖頂面為泥巖、砂質泥巖、粉砂巖和砂巖互層，厚度為25 m左右，其中，泥巖、砂質泥巖占底板總厚度的60%，粉砂巖、砂巖約占底板總厚度的40%.這種軟硬相間具有一定厚度的隔水層，其結構在未受到構造破壞的情況下，具有很好的隔水能力。

15號煤層頂板為石灰巖，致密堅硬，底板巖性均為泥巖或砂質泥巖。鉆探時，巖芯比較完整，節理、裂隙不發育。底板到奧陶系界面的厚度平均約40 m，巖性以泥巖、砂質泥巖為主，間夾細砂巖、薄層石灰巖。其中，泥巖、砂質泥巖約占底板隔水層總厚的75%，砂巖、灰巖約占25%.這種軟硬結構的巖性組合可視為統一的隔水層，對奧灰水起到了阻隔作用。

從以上3號、15號煤層頂、底板巖性分析克制，該區均為封閉性能較好的泥巖、粉砂巖和石灰巖，能阻隔煤層氣向外滲透、運移和擴散，能保持比較高的煤儲層壓力，從而有效地減弱地下水徑流對煤層氣造成的損失。因此，整體上看，該區的3號、15號目的煤層的蓋層比較好，適宜煤層氣的保存和富集。但是，由于3號目的煤層的蓋層在西南邊界附近，為中粒砂巖和細粒砂巖，封蓋性能較差，所以，不適合保存和富集煤層氣，而煤層氣含量較小在相關的測試中也已經表現出來了。

2 構造作用

研究區位于沁水盆地南緣沁水復向斜西翼，寺頭正斷層西北下降盤。在此背景下，發育有次一級的褶曲構造和斷裂構造。

研究區的褶曲構造是以向背斜形式表現出來的，軸向大部分為北東向，少量北西向，有的比較寬緩，但是，有的也比較狹窄，延伸長短不一。通過此次研究，再結合煤層含氣量可知，在褶曲的軸部和翼部沒有發現明顯的含氣量變化，褶曲構造各部位的含氣情況和封閉特征還需進一步研究。

斷裂構造在研究區內相對不發育，但是，局部聚集，發現了13條斷層，斷距8～46 m，基本全為正斷層。根據理論分析可知，正斷層是由旋扭和拉張力形成的，而斷層附近形成的裂隙處于剪張或張引狀態，所以，造成附近煤層理割和生外裂隙系統極其發育。煤層容易成為高透滲率儲層，與周圍形成的裂隙帶共同構成良好的煤層氣逸散通道。這種情況不利于煤層氣的儲存，降低其含氣量和臨界吸解壓力，還可能會溝通上部含水層，使得含水量過大，不宜排采。比如MB-007井和MB-018井均在斷裂構造附近，煤層氣含量為3號煤3 m3/t、3.5 m3/t，15號煤3.5 m3/t、0.5 m3/t，含氣量最低。

根據上述情況推斷，在斷層帶和褶曲軸部附近，由于場地應力改變，生成了許多裂隙和斷裂空間，致使裂隙帶、斷裂帶附近的煤層與含水層通溝，使煤層氣向上擴散運移，致使附近煤層氣含量下降，臨界解吸壓力低降。因此，在斷裂帶地段和褶曲軸部核部附近，地質封閉性比較差，含氣量有所下降。

3 水文地質條件

地下水力動學條件的控氣特征可以概括為3種，即水力運移逸散、水力封閉和水力封堵。其中，水力封閉和水力封堵有利于煤層氣的保存，而水力運移散逸會導致煤層氣散失。

在發生水力運移逸散的地區，水文地質單元的補、遷、排系統往往比較完整，含水層富水性、地下水活躍度、含水層與煤層之間水力連通性良好，地下水在運動過程中攜帶著煤層中的氣體運移而逸散。水力堵封常見于不對稱單斜或向斜中。含水層從露頭接受補給，地下水順層由淺部向深部運動，將煤層中向上擴散的氣體封堵起來，致使煤層氣聚集。水力封閉作用多發生在構造簡單、斷層不甚發育的寬緩向斜或單斜中。同時， 由于煤層氣的產出是通過排水降壓來實現的，因此，水文地質條件不僅對煤層氣的保存有重要作用， 而且還是煤儲層壓力和煤層滲透性的重要影響因素。良好的水文地質條件不僅可以使含水層在煤系上方形成含水層封閉空間，而且還可以阻止煤層氣通過煤層露頭逸散。在補給區和逕流區，煤層氣被地下水溶解帶走，氣含量降低；在承壓區，由于地下水的封堵，煤層氣保存條件變好，再加上地下水的存在使煤儲層壓力升高，所以，有利于煤層氣的保存和儲集。這種類型的水力控氣作用分布廣泛，具有重要的意義，而沁水盆地就是這類的典型。

該區水文地質條件簡單，其含水層均為弱富水性，含水層自上而下為第四系松散礫砂含水層、二疊系砂巖隙裂含水層和石炭系太原組石灰巖裂隙巖溶含水層。與煤儲層關系密切的以上含水層富水性弱，在無構造等因素的影響下，與其他含水層的水力聯系微弱或無聯系，所以，研究區內地下水的控氣特征屬水力封閉作用。

4 結束語

綜上所述，該區的聚煤作用之后，主要構造運動是燕山期，在斷裂構造附近的煤層氣順裂隙逸散，但是，在遠離斷裂帶影響的區域，逸散通道不發育，而且有利于煤層的割理和裂隙發育，并且3號、15號煤層頂底板封閉性好，有利于煤層氣的保存。研究區各含水層自成一個體系，沒有層間竄流現象，沒有破壞煤層氣，并且該區地下水的控氣特征屬水力封閉作用，有利于煤層氣的保存。

〔編輯：白潔〕