勃利盆地煤层储层特征及煤层气赋存规律

李青林

(龙煤七台河分公司 龙湖矿，黑龙江 七台河154600)

0 前言

勃利盆地位于黑龙江省东部。 西起依兰东至虎林云山农场；北自桦南—宝清，南止兴农—裴德，横跨桦南县、勃利县、七台河市、鸡东县、密山市、虎林市等市县。 地理座标为∶东经130°-132°30′，北纬45°30′-46°25′ 之间。 盆地东西长约200km， 南北宽 约50km， 面 积 约10000km2。 根据勃利煤田目前勘探情况及含煤地层和煤层发育赋存情况，确定各煤层气评价范围为∶西起青龙山断裂，东至宝密桥断裂，北起老基盘，南至兴农—兴凯断裂为界，东西走向长120km，南北倾向宽60km，面积7′200km2。

1 煤层储层特征

煤层物性特征，包括煤层的孔隙性、透气性、储层压力、含气饱和度、等温吸附特征等。

1.1 煤层的孔隙性

勃利盆地煤层显微孔隙非常发育，植物的残余组织孔，原生粒间孔、内生裂隙及构造裂隙均较发育，实测煤层平均孔隙率为3.35%，主要以微小孔为主，不利于煤层气的运移。 由于微小孔多，内表面积大，煤层吸附煤层气量比较大。

1.2 煤层透气性

勃利盆地煤层中面割理较发育，端割理不发育。多为平行状，且裂隙多被方解石或粘土矿物充填，使煤层渗透性降低。 梅造节理亦是煤层气重要的运移通道，它们与区域构造线方面吻合，煤层中一般有4-5 组，多为高角度的直立节理，密度可达8～10 条／m，在构造带附近，受断裂构造的影响，节理的组数和密度均显著增加，可达8 组，20 余条／m，导致煤层气运移通道比较好。 因此，可以认为勃利盆地的煤层裂隙，节理较发育。

测试结果显示，煤层渗透率与层理方向有密切的关系。其中，平行层理煤层渗透率最大。根据研究成果，勃利盆地煤层渗透性相对较差，这将是严重制约该盆地煤层气开发的因素，因此，在该地区煤层气开发中，必须采用水力压裂等工艺手段提高煤层渗透性。

1.3 储层压力

勃利矿区未进行储层压力测试，因此，没有确切地反映储层压力的资料，当储层为一不含水层且未与静水压建立联系，同时在未受采动影响的情况下，储层压力等于瓦斯压力，经开采证明，勃利盆地各煤层含水性弱，实测瓦斯压力(储层压力)为0.13～2.70MPa。

1.4 含气饱和度

将含气量与储层压力下等温吸附曲线上的吸附量作比较，经对比证实为不饱和储层。1.5 等温吸附特征在实验室对勃利盆地新建矿、新兴矿、桃山矿、龙湖矿部分煤层的等温吸附特征进行测试。在恒温30°～C 测得的各煤样吸附常数1 厚度勃利盆地煤层以薄煤层为主， 区域上稳定性较差， 层间距有变化，因此，只能评价层组累计厚度。

2 煤层厚度埋深及其特征

2.1 煤层厚度

2.1.1 滴道组

可采煤层累厚一般3～7m， 由西向东， 桃山断裂以西偶见可采煤层，煤层累厚可达5.20m。 桃山断裂以东至小顺河之间含煤性最好，煤层累厚可达14m 左右；小顺河以东埋藏较深，没有勘探资料。

2.1.2 城子河组可采煤层累厚一般6～14m， 由西向东， 桃西区煤层累厚20m 左右，桃东区煤层累厚16m 左右，龙湖区可达22m 左右。

2.2 煤层埋深

煤层埋深是控制煤层气含量的最主要的因素之一，随着煤层埋藏深度的增加，压力和温度也不断增加，煤层气含量增加。勃利盆地南北边缘已经出露地表，在盆地内部城子河组埋深一般在1000-2000m 之间。 滴道组埋深一般在1000-2500m 之间，煤层最大埋深在3500m 以上。

2.3 煤级生气特征

煤的变质阶段，影响对甲烷的吸附能力。 勃利盆地煤层属于中等变质程度，煤类以焦煤、瘦煤为主，约占总量的85%以上，其次为气煤、肥煤及部分未分类煤。 因此有较高生气能力， 挥发份变化范围在14.13%—44.75%之间，符合希尔特定律，上部煤层的挥发份高于下部煤层的挥发份。

2.4 围岩储层物性特征

勃利盆地煤层顶底板一般由粉砂岩、粉细砂岩组成，岩石坚硬，储层物性不好。 有时具薄层凝灰岩，但厚度不大，一般为0.50-2.00m 左右，岩性变化较大，可在局部地段起到盖层作用，有小的圈闭范围，大多数情况下起不到盖层作用。从含砂率分析得知该盆地含煤岩系细砂岩—粗砂岩约占75%左右，它们是不好的盖层，也不是好的储层。但在北兴—金沙地区，煤系上复地层为猴石沟组，其中有几层3～10m 厚的凝灰岩和较厚粉砂岩，具较好的盖层条件，但赋煤情况不清，有待今后进一步工作。

3 地质构造控气作用

勃利盆地形成过程中，经过多次构造变动。 一般背斜核部及压性断裂有利于煤层气的赋存，张性断裂一般是煤层气运移的通道，不利于煤层气的赋存。 而盆地内部断裂多期不同性质活动，都有经历过拉张，同时断裂的规模，切割的宽度及破碎带的宽度都比较大，因此，造成盆地内煤层气的逸散，含气量偏底。 盆地内部(特别是七台河矿区内部)断裂发育特点是西部以NW-NWW 向为主，向东过渡为NE-NEE向。 晚喜山构造运动区域应力场为NEE-SWW 向挤压，造成盆地内部NW-NWW 向断裂显现压性或裂剪性，而NE-NEE 向断裂显现张性或张剪性，因此使盆地内出现西部煤层含气量高于东部煤层含气量(即西部矿井相对瓦斯涌出量高于东部矿井瓦斯涌出量)的特征。

4 结论

4.1 含气量

平面上具有西高东低特点，七台河—桃山区甲烷含量最高，可达7.6m3/t， 茄子河—铁山区较低≤4.7m3／t， 龙湖外围区最大值为5.5～7m3／t。 从3 个远景区的煤层甲烷梯度可以看出煤层甲烷含量随着埋深增加而增高的规律。

4.2 与地质构造的关系

勃利盆地受地质构造的控制与改造，一般背斜核部及压性断裂附近有利于煤层气的赋存，张性断裂一般是煤层气运移的通道，不利于煤层气的赋存。 盆地内断裂西部以NW-NWW 向为主， 向东过渡为NE-NEE 向，断裂显现张性或张扭性，因此，使盆地内部出现西部煤层气含气量高于东部的差异。

4.3 与煤质煤阶的关系

从煤的变质阶段上看，勃利盆地以气煤和焦煤为主，煤的渗透性较差，透气性能亦较差，同时又具有吸附能力较高的特点。 一般说来，当R0max为0.5%-1.3%(相当于长焰煤-肥煤阶段)， 煤中孔隙以微孔和小孔体积均逐渐回升，但大孔和中孔体积仍持续下降；当Rmax＞2%，煤的中孔和大孔已微乎其微。同时，对煤中粘土，黄铁矿和碳酸盐岩矿物进行了分析，结果认为随着煤的灰分增高，其微孔和小孔体积的百分比增加，而大孔和中孔体积则大幅度下降。 因此，可以初步认为，以气煤、焦煤为主，低、中变质阶段并以低灰煤为主的勃利盆地，煤层的渗透性较差。

［1］《煤成气地质研究》编委会.煤成气地质研究[M].北京∶石油工业出版社，1987.

［2］中国煤田地质总局.冲国煤层气资源[M].徐州∶中国矿业大学出版社，1988.

［3］赵庆波，李贵中，孙粉锦，等.煤层气地质选区评价理论与勘探技术[M].北京∶石油工业出版社，2009.