內蒙包頭石拐礦區煤儲層巖石物理特征研究

周 敏

(河南理工大學資源環境學院，河南 焦作 454003)

內蒙包頭石拐礦區煤儲層巖石物理特征研究

周 敏

(河南理工大學資源環境學院，河南 焦作 454003)

以五當溝礦區作為重點研究對象，綜合分析了煤儲層的空間展布、巖石物理、煤體結構、孔隙、構造裂隙、封閉性、資源量等特征，闡明了研究區煤層氣的賦存條件，研究認為本區煤層氣開發潛力巨大。

傾斜煤儲層，巖石,煤層氣,石拐礦區

1 地質概況

內蒙包頭石拐礦區位于大青山煤田西段。石拐礦區南部構造復雜，逆斷層及倒轉褶曲較發育，局部地層成S形褶曲，主要包含五當溝礦區、河灘溝礦區、白狐溝礦區和康包礦區。本次研究以五當溝礦區作為重點研究對象，地層產狀變化較大，從北部往南，地層傾角有減小的趨勢，到煤層露頭處傾角又變大。

2 煤層氣賦存特征

煤層氣主要賦存于煤儲層中，以吸附態為主，游離態為輔，少量溶解態，因此研究煤儲層的空間分布規律、巖石物性、煤體結構、構造裂隙、孔隙特征有助于闡明研究區的煤層氣賦存特征[1,2]，并為煤層氣的開發提供理論依據。

2.1 煤儲層的空間分布規律

研究區的主要含煤地層為中下侏羅統的五當溝組(J1-2w)。在五當溝礦區南部，L煤層底板標高高于1 200 m，煤層構造整體為寬緩向斜造翼部，地層傾向正北方向。L煤組構造低部位位于研究區北部，低于400 m。在五當溝礦區內，L煤組煤在富煤帶內累計厚度約為3 m，單層煤厚在1 m左右，含煤面積約為1 km2，在富煤中心內部煤層累計厚度普遍大于5 m，含煤面積約為0.5 km2，煤層厚度可達10 m，但分布面積零星。J組煤在五當溝井田構造相對穩定，為寬緩向斜構造翼部，地層傾向那林溝區塊內為北東向，五當溝井田內變為北西向，煤層在走向上變化起伏較輕，煤儲層空間變化相對穩定。J煤組厚0.09 m～30.51 m，平均7.70 m。

2.2 煤儲層巖石物理特征

五當溝組L煤層，鏡質組和半鏡質組占71.2%～85.3%，絲質組含量14.7%～28.8%，穩定組含量為0。鏡質組反射率1.271 4%～1.428 1%，變質階段為Ⅳ。J煤層，鏡質組和半鏡質組占72.5%～86.9%，絲質組含量13.1%～24.8%，穩定組含量0%～2.7%。鏡質組反射率0.992 7%～1.115 1%，變質階段為Ⅲ。煤田煤巖顯微組分統計表見表1。

表1 煤田煤巖顯微組分統計表 %

中下侏羅紀石拐群五當溝組中的J,L煤組的煉焦煤，屬中灰、原煤灰分平均在15.0%～30.0%之間，空氣干燥基水分平均在1.0%左右，原煤硫分均小于0.5%，揮發分平均在20%～30%左右。五當溝組煤層為低中—中灰分、特低—低硫分、中高—高熱值的氣煤、肥煤、焦煤。

2.3 煤儲層煤體結構特征

通過實地測量發現煤儲層中主要發育兩組外生節理245°∠55°，160°∠56°，在局部可看到從頂底板延伸到煤層中的節理。內生裂隙發育，其中面割理的產狀為245°∠55°，15條/10 cm，長度約10 cm～20 cm；端割理為132°∠70°，18條/10 cm，長度約1 cm～3 cm。煤體結構為碎裂結構—碎粒結構，在頂板上主要發育275°∠85°，110°∠60°兩組裂隙；底板上主要發育300°∠70°，210°∠10°兩組裂隙，見圖1。

2.4 煤儲層構造裂隙特征

煤層氣運移、產出的通道是煤儲層裂隙系統，包括微裂隙、內生裂隙、外生(構造)裂隙的裂隙網絡構建了煤層氣解吸—擴散—滲流的通道，構造裂隙是煤層氣滲流的主干通道[3,4]。

通過對煤層氣開發區塊高精度構造裂隙填圖，得到煤層與圍巖構造裂隙系統發育特征、構造裂隙發育優勢方向、密度等參數，預測地下煤層中構造裂隙的發育程度，從而預測煤體結構，為煤層氣布井服務。

在五當溝礦區中部選取了一個剖面進行實測，測量各種巖性中節理的產轉、密度和巖層厚度，可以直觀的觀察煤儲層與圍巖節理裂隙的對應關系。該剖面上發育粉砂巖、細砂巖、中砂巖、含礫粗砂巖以及煤層，可以直觀對比不同巖性、不同層厚構造裂隙的發育特征，如表2所示。

經過統計分析認為：五當溝礦區構造裂隙的走向集中在兩個優勢方向：0°～30°，271°～300°，即構造節理發育的優勢方向為NNE向和NWW向，密度過度發育。河灘溝礦區節理發育的優勢方向是：10°～40°，320°～350°，即NE向和NW向，密度發育中等；白狐溝礦區的節理發育優勢方向是：270°～300°，330°～360°，NWW向和NNW向；康包礦區節理發育的優勢方向是：270°～300°，310°～340°，NWW向和NW向，密度發育中等。

表2 五當溝礦區中部構造裂隙數據統計表

2.5 煤儲層孔隙特征

通過鏡下觀察，L煤組中孔隙的發育特征為：大、中孔發育，部分菌類體、絲質體孔隙被無機礦物充填，但整體看孔隙度較高且孔隙連通性較好。其BET比表面積0.021 5 m2/g，平均孔徑132.968 7 nm(見圖2)。

等溫吸附曲線圖中脫附曲線可以看出在相對壓力0.5處出現拐點的特點，說明孔隙類型為墨水瓶型孔及連通孔，孔容主要是大于10 nm的小孔貢獻的。

2.6 煤儲層封閉保存

本區L組煤儲層上部巖性封閉以灰綠色粗砂巖和灰白色長石砂巖為主，下部巖性封閉為一層礫石成分復雜的礫巖層，雖然巖性封閉厚度較大，且無沉積間斷，但因頂底板多為砂巖的蓋層條件不利，封閉能力較差。煤層氣開發對水文地質條件要求苛刻，一方面煤系地層內部水文條件相對滯緩，能夠保證煤儲層系統的壓力穩定，有利于煤層甲烷氣保存，從而提升煤層氣藏含氣飽和度及成藏滲透性；同時，要求地層水在垂向上不發生溝通，即上覆含水層水不通過開放性斷層、節理等通道向煤儲層內部倒灌，從而在后期煤層氣井排水降壓中能夠保障煤儲層壓力穩定下降。

2.7 煤層氣資源量

利用塊段法計算研究區煤層氣資源量，經過計算：0 m～300 m埋深的煤層氣資源量為4 222.9×104m3，300 m～500 m的資源量為18 813×104m3，500 m～700 m的資源量為27 644×104m3，大于700 m的資源量為11 518×104m3，本區的煤層氣總資源量為62 198×104m3，資源量豐富。

3 認識與討論

內蒙包頭石拐礦區煤層氣勘探開發的主力煤組為中下侏羅統的五當溝組(J1-2w)煤層，其中L煤層厚度大，煤儲層分布較為穩定；煤體結構為碎裂結構—碎粒結構；煤儲層孔隙發育；煤儲層構造裂隙系統主要發育為NNE向、NE向、NNW向、NW向；煤儲層封閉保存條件分為2個方面，頂底板封閉性較差，水文地質條件封閉性較好；煤層氣資源量為62 198×104m3，資源量豐富。因此從研究區煤儲層的空間分布規律、巖石物性、煤體結構、構造裂隙、孔隙特征、封閉性特征、煤層氣資源量分析，認為該區煤層氣具有開發潛力。

[1] 王生維,段連秀,張 明,等.煤儲層評價原理、技術方法及應用[M].武漢:中國地質大學出版社,2012.

[2] 秦 勇,傅雪海,葉建平,等.中國煤儲層巖石物理學因素控氣特征及機理[J].中國礦業大學學報,1999,28(1):14-19.

[3] 張 洲，王生維，粟冬梅,等.新疆庫拜煤田煤儲層孔—裂隙系統及有利儲層優選[J].科學技術與工程，2016,16(9)：160-165.

[4] 張 洲，王生維，陳安東,等.新疆庫拜煤田煤儲層與圍巖裂隙對應關系研究[J].新疆地質，2016(3)：428-431.

The research of petrophysics of coal reservoir of Baotou-Shiguai mining area Neimeng

Zhou Min

(SchoolofResourceandEnvironment,HenanPolytechnicUniversity,Jiaozuo454003,China)

Taking Wudanggou mine as the major research object, the content of the study include petrophysical characteristics of coal reservoir, pores characteristics, structural fracture characteristics, coalbed methane closed, quantity of resource. It clarified the occurrence conditions of the coalbed methane in the study area and suggested that coalbed methane development in this area has huge potential.

inclined coal reserver, rock, coalbed methane, Shiguai mining area

1009-6825(2017)20-0082-03

2017-04-19

周 敏(1979- )，女，碩士，講師

P618.1

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