滇東雨旺區(qū)塊多煤層疊置地質(zhì)特征及有利區(qū)優(yōu)選

金世豪

(中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司,北京 100016)

1 概況

云南老廠煤層氣勘察區(qū)塊位于云南省東部、云貴兩省邊界地帶、曲靖市東南150°方位，分為雨旺區(qū)塊與道班房區(qū)塊兩個(gè)部分。其中雨旺區(qū)塊被道班房區(qū)塊呈C字型半包圍，中心點(diǎn)地理坐標(biāo)為104°34′24″N, 25°9′2″E，區(qū)塊屬曲靖市富源縣十八連鄉(xiāng)鎮(zhèn)管轄，面積為81.64km2。

雨旺區(qū)塊處于師宗-彌勒大斷裂東南側(cè)、富村斷裂與羅平-瀘西斷裂之間，位于將向斜構(gòu)造盆地劃分為南、北兩個(gè)向斜的老廠背斜的南東翼上，整體地層走向北東，傾向南東8°～15°(圖1)。

圖1 老廠雨旺區(qū)塊BB′剖面圖

區(qū)塊內(nèi)總體褶皺構(gòu)造不發(fā)育，基本為寬緩的單斜構(gòu)造，地層傾角10°～20°，局部發(fā)育波狀起伏(B401背斜、S401向斜等)。B401 背斜軸向北東80°～90°，軸長(zhǎng)7km，寬緩、基本對(duì)稱(chēng)，略微向東傾伏；S401 向斜位于B401 背斜北側(cè)，兩者近平行緊鄰相伴，波幅約320m左右。區(qū)塊內(nèi)偶見(jiàn)逆斷層發(fā)育，其中主要斷層F405，走向40°，長(zhǎng)約6km，斷距50～100m，北端與B401背斜軸部相切。

2 研究區(qū)煤儲(chǔ)層地質(zhì)特征

2.1 煤層發(fā)育特征

研究區(qū)主要含煤地層為上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M(P3l)與長(zhǎng)興組(P3c)。龍?zhí)督M分三段，主要可采煤層集中于上部。含煤地層平均總厚419.65～475m，平均總厚度436.90m，一般含煤層數(shù)17-41層，含煤總厚35.70m。主要可采煤層有C2、C3、C7+8、C9、C16、C19六層，厚度范圍為0.10～12.52m，除C19煤層屬厚煤層外，其余均屬中厚煤層。其中C7+8、C9、C13、C19煤層全區(qū)層位較穩(wěn)定，厚度較大，為主力煤層。

圖2 老廠雨旺區(qū)塊主力煤層厚度圖

在平面上四套主力煤層厚度變化大，呈透鏡狀分布，單層煤厚最大值為5.8m，最小值為0.23m。四套主力煤層均位于龍?zhí)督M上部，大部分區(qū)域煤層埋深小于1000m，平均厚度均超過(guò)2m，主力煤層間距平均在3～10m之間(圖2)。

根據(jù)對(duì)區(qū)塊內(nèi)各煤田鉆孔及8口煤層氣參數(shù)井分析，勾繪出四套主力煤層標(biāo)高等值線(xiàn)圖。以C7+8煤層標(biāo)高等值線(xiàn)為例，構(gòu)造高點(diǎn)位于區(qū)塊中部，沿主要集中在B401背斜(圖3，表1)。

煤體結(jié)構(gòu)反應(yīng)了煤層受到地應(yīng)力改造破壞的程度，是控制煤層滲透率的重要地質(zhì)因素。Ⅰ類(lèi)煤結(jié)構(gòu)完整，塊狀構(gòu)造為主；Ⅱ類(lèi)煤受破壞活動(dòng)影響，為塊狀和碎粒結(jié)構(gòu)；Ⅲ類(lèi)煤受強(qiáng)烈構(gòu)造破壞，多以粉狀為主，裂縫被煤粉堵塞導(dǎo)致滲透率極低。研究區(qū)內(nèi)的煤體結(jié)構(gòu)分為三類(lèi)，即：原生結(jié)構(gòu)(Ⅰ類(lèi)煤)、碎裂結(jié)構(gòu)(Ⅱ類(lèi)煤)、碎粒、糜棱結(jié)構(gòu)(Ⅲ類(lèi)煤)。雨旺區(qū)塊煤層Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(lèi)煤均有發(fā)育，整體結(jié)構(gòu)以Ⅰ和Ⅱ類(lèi)煤為主，局部為Ⅲ類(lèi)煤，下部煤層比上部煤層煤體結(jié)構(gòu)較好(圖4)。

2.2 煤巖煤質(zhì)分析

根據(jù)煤層氣參數(shù)井測(cè)試結(jié)果，各煤層有機(jī)組分含量一般為75.47%～90.87%，平均84.30%；無(wú)機(jī)組分為10.58%～24.53%，平均16.70%。有機(jī)組分主要為鏡質(zhì)組、惰質(zhì)組，以鏡質(zhì)組為主。礦物質(zhì)主要包括粘土類(lèi)、硫鐵礦、碳酸鹽類(lèi)、氧化硅類(lèi)等。

研究區(qū)各煤層的空氣干燥基煤樣水分(Mad)含量在0.29%～3.32%之間，平均為1.39%。主要煤層中，C19煤平均水分含量最高，為1.47%。各煤層水分含量隨煤層埋深的增加而增大。灰分(Ad)在8.13%～57.22%之間，平均23.42%，其中C7+8，C9為中灰分煤，C13為低中灰分煤，C19為中高灰煤。揮發(fā)分(Vdaf)在5.75%～34.72%之間，平均37.11%。其中，C19屬中高揮發(fā)分煤。揮發(fā)分在垂向上隨深度的增大而增大。

2.3 鏡質(zhì)體反射率

雨旺區(qū)塊煤類(lèi)主要為無(wú)煙煤，鏡質(zhì)組最大反射率平均為3.30%。C7+8煤層平均鏡質(zhì)體反射率3.24%；C9煤層平均鏡質(zhì)體反射率3.28%; C13平均煤層鏡質(zhì)體反射率3.33%; C19煤層平均鏡質(zhì)體反射率3.33%.垂向上鏡質(zhì)組最大反射率有升高趨勢(shì)，說(shuō)明煤的變質(zhì)程度自上而下逐漸變深。

2.4 主力煤層滲透率

根據(jù)XA-1, XA-5, XB-1, XB-2，XB-3，XB-4井試井結(jié)果，各煤層滲透率在0.015～0.056mD之間，平均為0.03mD。滲透性相對(duì)較差，為中低滲儲(chǔ)層。 C7+8煤層測(cè)滲透率為0.056mD， C9煤層滲透

表1 老廠雨旺區(qū)塊參數(shù)井煤層埋深、煤層厚度統(tǒng)計(jì)表

圖3 老廠雨旺區(qū)塊C7+8煤標(biāo)高等值線(xiàn)圖

圖4 XB-1井巖心照片

圖5 老廠雨旺區(qū)塊主力煤層含氣量等值線(xiàn)圖

率為0.015mD，C13煤層滲透率為0.032mD，C19煤層滲透率為0.02mD。

2.5 煤層氣組分

根據(jù)研究區(qū)共計(jì)56個(gè)含氣量數(shù)據(jù)顯示，雨旺區(qū)塊煤層氣組分以甲烷為主，含少量氮?dú)狻⒍趸肌H4濃度介于43.57%～95.14%之間，平均85.65%。其中，C7+8煤層CH4濃度量介于 76.97%～93.60%，平均為87.71%；C9煤層CH4濃度介于在68.77%～93.30%，平均為83.44%；C13煤層CH4濃度介于79.48%～91.53%之間，平均為87.79%；C19煤層CH4濃度介于72.16%～90.08%之間，平均為83.36%。

2.6 含氣性特征

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)煤層含氣量測(cè)試數(shù)據(jù)，雨旺區(qū)塊煤層含氣量介于3.11～16.71m3/t之間，平均11.46 m3/t。其中，C7+8煤層空氣干燥基含氣量為6.8～15.94m3/t，平均為11.58m3/t；C9煤層空氣干燥基氣含量為3.11～14.63m3/t，平均為11.55m3/t；C13煤層空氣干燥基含氣量為8.38～16.71m3/t，平均為13.33m3/t；C19煤層空氣干燥基氣含量為7.88～10.31m3/t，平均為9.52m3/t(圖5)。

在平面上，雨旺區(qū)塊各主力煤層含氣量呈“中部高，北部、南部低”的分布特征。含氣性整體自北向南逐漸降低。研究區(qū)主力煤層平均含氣飽和度在54%。分煤層來(lái)看，C7+8煤層含氣飽和度21.92%～67.51%，平均52.11%；C9煤層含氣飽和度15.61%～95.54%，平均55.27%；C13煤層含氣飽和度42.26%～75.25%，平均59.31%；C19煤層含氣飽和度39.80%～53.54%，平均44.78%。

煤層氣含氣量分布與埋深具有一定的相關(guān)性，主要受B401背斜與S401向斜控制。在背斜的軸部，尤其是B401背斜的西端受構(gòu)造影響，含氣性較好，在S401向斜及B401背斜南翼方向含氣性較差，尤其是在XB-1井東側(cè)，各主力層位出現(xiàn)明顯的低含氣量異常。造成這種異常的原因可能是構(gòu)造應(yīng)力褶皺造成煤體破碎與煤層物質(zhì)組分、煤體發(fā)育成熟度、煤層埋深、上覆巖層封閉性綜合作用的影響。

2.7 小結(jié)

雨旺區(qū)塊煤層層數(shù)多，主力煤層C7+8、C9、C13、C19厚度累計(jì)厚度較大，分布面積廣。煤質(zhì)成分較好，煤階適中，煤層含氣量變化范圍較大，為3.11～16.71m3/t之間，平均11.46m3/t。CH4濃度介于43.57%～95.14%之間，平均85.65%。區(qū)域上，各主力煤層含氣量呈現(xiàn)“中部高，北部、南部低”的變化趨勢(shì)，煤層氣含氣性整體自北向南逐漸降低，主要受B401背斜與S401向斜、老廠背斜的疊加影響。

3 有利區(qū)優(yōu)選

本次有利區(qū)優(yōu)選主要結(jié)合老廠雨旺區(qū)塊現(xiàn)有煤層氣探井與煤田鉆孔參數(shù)，選取埋深、煤層厚度、累加煤厚、含氣量、含氣飽和度作為優(yōu)選指標(biāo)，將煤層有利區(qū)分為Ⅰ、Ⅱ、和Ⅲ類(lèi)，對(duì)區(qū)塊內(nèi)煤層氣分布有利區(qū)進(jìn)行優(yōu)選。

煤層氣的埋深影響著地應(yīng)力狀態(tài)與滲透率的變化，通常埋深越大，地應(yīng)力趨勢(shì)增大，滲透率越低，因此將煤層埋深作為研究區(qū)評(píng)價(jià)的主要指標(biāo)之一。雨旺區(qū)塊煤層大部分埋深在1000m以淺，整體自北西-南東向埋深逐漸增大，在區(qū)塊北部東南地區(qū)埋深超過(guò)1000m。因此本文選擇埋深小于1000m地區(qū)為1類(lèi)區(qū)，埋深1000～2000m為Ⅱ類(lèi)區(qū)，埋深大于1200m為Ⅲ類(lèi)區(qū)。

圖6 老廠雨旺區(qū)塊煤層氣有利區(qū)優(yōu)選圖

根據(jù)《煤層氣資源/儲(chǔ)量規(guī)范》(DZ/T 0216—2010)，在煤層氣資源/儲(chǔ)量計(jì)算時(shí)，單井煤層凈厚度下限值為0.5～0.8m，經(jīng)整理研究區(qū)煤層氣參數(shù)井及煤田鉆孔資料可知，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育多套主力煤層，單層煤厚范圍在5.8～0.23m之間，平均厚度均超過(guò)2m。但從圖2可知，四套主力煤層厚度分布不均，煤層呈透鏡狀分布。因此取煤層單層厚度大于4m為Ⅰ類(lèi)有利區(qū)，3～4m之間為Ⅱ類(lèi)有利區(qū)，小于3m為Ⅲ類(lèi)有利區(qū)；

根據(jù)郭明強(qiáng)對(duì)于云南老廠開(kāi)發(fā)層系優(yōu)選的研究，研究區(qū)主力煤層中C7+8、C9、C13為常壓儲(chǔ)層，C19為欠壓儲(chǔ)層，考慮優(yōu)先將C7+8、C9、C13煤層作為一個(gè)優(yōu)先開(kāi)發(fā)層系，C19煤層作為接替層系。因此有利區(qū)的圈定需考慮多煤層累加煤厚作為指標(biāo)之一，取主力煤層累加厚度大于10m為Ⅰ類(lèi)有利區(qū)，10～5m之間為Ⅱ類(lèi)有利區(qū)，小于5m為Ⅲ類(lèi)有利區(qū)。

根據(jù)研究區(qū)內(nèi)13口煤層氣參數(shù)井及白龍山煤礦主力煤層含氣量數(shù)據(jù)，取含氣量8m3/t、4m3/t為劃分Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ類(lèi)有利區(qū)的含氣量分界值；取含氣飽和度50%、40%為劃分Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ類(lèi)有利區(qū)的含氣飽和度分界值。

據(jù)吳財(cái)芳與王肖研究，針對(duì)滇東黔西地區(qū)多煤層、高應(yīng)力、構(gòu)造地質(zhì)條件復(fù)雜的特點(diǎn)，在甜點(diǎn)區(qū)的優(yōu)選中，需考慮斷層分維值、構(gòu)造曲率作為關(guān)鍵指標(biāo)。雨旺區(qū)塊具有高地應(yīng)力的特征，主力煤層整體彎曲程度較大，煤層受構(gòu)造作用影響明顯，地應(yīng)力低值區(qū)主要位于區(qū)塊中部，地應(yīng)力高值區(qū)主要位于區(qū)塊北部邊緣及東南部，因此選擇研究區(qū)中部地應(yīng)力適中的區(qū)域作為劃分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(lèi)有利區(qū)的參考因素。

表2 老廠雨旺區(qū)塊煤層氣有利區(qū)主要評(píng)價(jià)指標(biāo)列表

依據(jù)上述有利區(qū)優(yōu)選指標(biāo)，綜合雨旺區(qū)塊XA-1，XA-2，XA-3，XA-4，XB-1, XB-2, XB-3, XB-4井及煤田鉆孔儲(chǔ)層參數(shù)數(shù)據(jù)，劃分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類(lèi)有利區(qū)。可見(jiàn)平面上Ⅰ類(lèi)有利區(qū)位于雨旺區(qū)塊中部，主要沿B401背斜軸線(xiàn)分布。