新疆吉木薩爾縣水溪溝礦區主要斷裂對煤層氣賦存的影響因素

梁劍明 李 成 胡 永 李磊佳 侯 鵬 蔡 釗

(1.新疆維吾爾自治區煤田地質局一五六煤田地質勘探隊，新疆 830009;2.中國冶金地質總局西北局，陜西 710119;3.新疆維吾爾自治區地質礦產開發局第一區域地質調查大隊，新疆 830009;4. 新疆維吾爾自治區地質礦產開發局第六地質大隊，新疆 830009)

1 地質概況

新疆吉木薩爾縣水溪溝礦區屬于準噶爾盆地南緣局部小盆地，是新疆煤炭地質工作開展較早的地區之一，礦區超過三分之二的范圍達到煤炭詳查階段，礦區煤炭勘查工作為后期煤層氣研究打下了堅實的基礎。

礦區含煤地層有侏羅系下統八道灣組(J1b)和中統西山窯組(J2x)，其中，侏羅系下統八道灣組(J1b)為主要含煤地層，可采10層；侏羅系中統西山窯組(J2x)為次要含煤地層，可采3層。煤類以CY和BN為主，八道灣組下段存在少量QM。

礦區主要由水溪溝向斜(M1)和水溪溝南斷層(F3)組成，通過研究斷層F3附近的煤層氣物性參數、儲層特征及生產試驗井成果分析此類構造對于煤層氣賦存的影響因素，用于后期礦區煤層氣勘探開發。

2 礦區的主要構造

2.1 褶皺

礦區主要地質構造由水溪溝向斜(M1)和水溪溝背斜(W1)，以及水溪溝南斷層(F3)組成。

2.1.1 水溪溝向斜(M1)

水溪溝向斜(M1)寬3～7km，軸向約300°。軸部位于西大龍口河西1.7km至水溪溝東2.2km處。向斜南翼與水西溝背斜共軛，南翼東南段分布上第三系昌吉河組，下伏地層傾角60°～70°。M1向斜控制了礦區總體構造形態，對煤系地層產狀、形態及煤層氣賦存的控制作用明顯。

2.1.2 斷層

礦區內斷裂構造由6條組成，分別為黑家灣斷層、水溪溝南斷層F3、西大龍口東斷層、雙安煤礦平推斷層、紅山洼煤礦F6斷層、紅山洼煤礦F7斷層，詳見表1。

表1 礦區斷裂構造

水溪溝南斷層F3作為礦區主要構造部分，位于水溪溝南部以西，呈北西～南東向展布，走向長8.7km，根據上盤上升，下盤下降的特征判定為壓扭性逆斷層。斷面陡傾，走向328°～148°，產狀238°∠60°，斷距在200～450m之間。根據以往地震報告成果，F3逆斷層為基本查明的可靠斷層。

2.2 井位分布情況

選取8個井位的目的層靶點坐標作為原始數據，其中， X- 1、X- 2、X- 5井均位于F3逆斷層上盤，剩余X- 3、X- 4、X- 6、X- 7、X- 8主要處于F3逆斷層上盤，具體平面分布情況見圖1。

圖1 井位分布

3 影響因素

煤層氣賦存的影響因素受物性特征、儲層特征影響，根據生產試驗井煤層特征、氣測錄井、地球物理測井、排采生產數據等方面數據，研究斷層對煤層氣的賦存影響。

3.1 煤層厚度特征

煤層厚度是煤層氣氣田評價的主要參數，對于煤層氣資源量評價尤為重要。

從表2中可以看出，F3斷層上盤煤層平均厚度10.98m，小于下盤煤層平均厚度15.40m。經過前期研究，以往地質報告明確說明斷層形成時間晚于成煤期，所以可以推測經過逆斷層作用造成斷層下盤煤層厚度大于上盤層厚度。

3.2 氣測錄井

全烴是氣測錄井的一個非常重要的參數，它的高低間接反應出儲層含烴類物質的多少，在判斷儲層流體中有著舉足輕重的作用，可作為定性評價儲層參數的參考數值。

表3中斷層上盤、下盤氣測錄井全烴值數據顯示：1號煤層F3斷層上盤煤儲層全烴值0.049%～22.936%，平均值9.797%(18)，F3斷層煤儲層下盤全烴值0.880%～34.151%，平均值13.748%(66)；2號煤層F3斷層上盤煤儲層全烴值0.608%～43.905%，平均值16.857%(50)，F3斷層下盤煤儲層全烴值0.969%～54.249%，平均值18.258%(94)；3號煤層F3斷層上盤煤儲層全烴值0.111%～21.167%，平均值4.490%(18)，F3斷層下盤煤儲層全烴值5.165%～50.389%，平均值15.696%(67)。

通過F3逆斷層附近各井位氣測錄井數據得出：斷層下盤全烴值明顯高于上盤，推測斷層作用使得地下水進入斷層面產生封蓋作用，將氣體封閉在斷層以下，致使出現斷層下盤煤儲層全烴值高于上盤，說明此逆斷層有利于局部煤層氣賦存(表3)。

3.3 地球物理測井

煤層氣地質勘查階段，采用地球物理測井方式獲取儲層地質特征，測井數據中的GR值(泥質含量)與煤質存在負相關性，GR越低煤質越好。經分析F3斷層周圍地球物理測井煤儲層GR數據，顯示下盤GR數據值基本處于20API以下，大盤大于20API，推測F3斷層對局部煤炭變質產生積極作用(表4)。

表4 斷層上盤、下盤地球物理測井GR值統計

3.4 儲層改造和生產監測

一般情況下，如選取KCl活性水壓裂液作為改造液體，會呈現壓裂放噴至排采生產初期采集的井內水樣Cl-離子濃度遠高于生產后期或原地層水Cl-離子濃度的現象。但如果儲層裂隙發育程度高，壓裂過程中的液體可以快速擴散，將出現Cl-離子濃度變化不明顯情況。

礦區儲層改造液體優選1.5%的KCl復合壓裂液，統計6個月單井排采生產水質樣品化驗結果發現F3斷層周圍生產試驗井排采水中Cl-離子的變化如下：排采生產期已達半年以上，生產初期至生產半年之內水質檢驗，Cl-離子濃度變化不明顯。

經過認真分析發現壓裂放噴與排采生產的間隙期，儲層滲透性的良好表現加快了井筒周圍壓裂液擴散，因此連續檢測Cl-離子濃度未發現明顯降低趨勢，此現象同樣與斷層的存在息息相關(表5)。

表5 各井位生產階段Cl-離子檢測統計

另外，在生產試驗井大量產水以及壓裂放噴階段壓力快速下降的現象均說明了斷層附近裂隙發育，可為產氣提供良好的倒流通道。

4 結論

(1)由于構造應力作用，F3斷層下盤受強烈擠壓，呈現結果為斷層下盤煤儲層厚度大于斷層下盤；同時，應力作用改變儲層厚度特征的同時也造成周圍裂隙更加發育，為后期生產提供了良好的倒流通道。

(2)構造作用是成煤條件之一，斷層的形成進一步改變了煤儲層特征，并將地下水引入斷裂帶，出現了下盤獨有的圈閉環境，提高儲層儲集能力。