贵州省织纳煤田煤层特征及煤层气资源潜力

黄 文 徐宏杰 张孟江 徐大杰

1．中国矿业大学资源与地球科学学院 2．贵州省煤田地质局地质勘察研究院 3．安徽理工大学地球与环境学院

织纳煤田位于贵州省中西部，主要包括比德向斜、三塘向斜、阿弓向斜、珠藏向斜、关寨向斜5个向斜单元，含煤面积约为1 016．3km2，区内煤田地质工作程度高，除煤炭预测及预查区外，煤炭勘查面积达695．64 km2，煤炭总资源量为90．33×108t；据贵州省煤田地质局1996年提交的“贵州省煤层气资源评价报告”［1］，织纳煤田煤层气资源量为7 611×108m3，但该区煤层气的系统评价还很薄弱。因此，对煤田煤层气资源状况、赋存条件进行全面分析和评价，优选煤层气重点勘查和开发区块很有必要［2－4］。

1 区域地质背景

1．1 地质概况

本次评价区块位于川黔滇盆地黔北断拱的西南部，六盘水断陷及黔南断陷外边缘，主要包括前述比德、三塘、阿弓、珠藏、关寨等5个向斜单元。区内褶皱宽缓且延伸距离短，以短轴式褶皱为主，走向主要为北东向（图1），西缘发育少量北西向隔挡式褶皱［5］。各向斜均宽缓且含煤地层深埋，保存较完整，受水城—紫云及贵阳—镇远断裂影响呈多个复式褶皱［6］。

图1 织纳煤田构造纲要及目标区分布图

1．2 水文地质特征

区内地表水、地下水排泄条件好。上覆地层富水带中地下水正常情况下与煤系水无直接联系。下伏茅口组富水带与含煤地层之间的大部分地段有玄武岩相隔，对煤矿充水影响甚微。含煤地层中断裂带导水性一般较弱，含煤地层富水性为弱—中等。区内地下水呈封闭状态，对煤层气有封隔作用，有利于煤层气的保存［7］。

2 煤层特征及含气性

2．1 煤层赋存及储层物质基础

2．1．1 煤层赋存

该区含煤地层为上二叠统长兴组及龙潭组，主要含煤地层龙潭组为海陆交互相沉积，由粉砂岩、泥质粉砂岩、细砂岩、石灰岩、泥岩及煤等组成，厚度为242～375m，一般为306m。含煤19～46层，含煤总厚度为17．45～54．68m，可采煤层4～12层，可采煤层总厚8．28～21．67m，比德、阿弓向斜一带为富煤中心，可采层数达12层，比德向斜可采煤层厚度超过20m。

稳定分布并具有一定厚度和规模的煤层是煤层气富集的基础［8－11］。该区内发育最好的煤层有6、16、27号煤层。6号煤层厚度总体相对较厚（3m左右），可采厚度为1．50～3．00m；16号煤为全区较稳定的煤层，厚度介于1．50～2．80m，可采厚度介于1．3～2．0 m；27号煤层厚度介于0～6．06m，大部分地区可采厚度为1～2m。

2．1．2 煤的物质组成

宏观上，该区煤层以半亮型和半暗—半亮型为主。显微煤岩组分方面，可采煤层镜质组含量为43．42%～98．10%，平均为73．37%；惰质组含量为1．50%～46．50，平均为17．74%；壳质组仅大冲头勘探区煤层中偶尔含有。全区镜质组最大反射率为1．52%～3．97%，平均为2．50%。煤类除比德向斜煤层为贫瘦煤和贫煤外，其余赋煤单元煤层均为无烟煤三号。

区内主要为中灰分、相对富氢、低挥发分煤，灰分平均含量为21．54%，挥发分平均含量为9．10%，干燥无灰基氢含量平均为3．10%。

综合分析认为，该区煤层为高煤阶、煤镜质组含量高、煤质好，具有较高的生烃能力［12］。

2．1．3 煤体结构

该区主要可采煤层6号煤较大程度地受到构造破坏，煤体结构呈现出以碎粒煤、糜棱煤为主，煤层强度和渗透性受到较大的影响，不适合煤层气的产出和开发；其他可采煤层原生结构总体完整，适合煤层气的开发，特别是16号煤具有较好的物性条件，煤体结构以原生结构煤为主，少量碎裂煤，偶见碎粒煤，有利于煤层气的渗流和开发［13－14］；关寨向斜官寨勘探区构造比较复杂，区内各煤层煤体结构不同程度地受到了破坏，降低了煤体强度，影响了煤层的渗透性。

2．2 煤储层物性特征及含气性

2．2．1 煤层孔隙—裂隙发育特征

煤层基质孔隙和裂隙的大小、形态、孔隙度和连通性等决定了煤层气的储集、运移和产出，研究和认识煤中孔隙和裂隙，对煤层气的勘探开发至关重要［15－17］。通过对比德向斜化乐勘探区煤层气参数井——ZK 3603号钻孔煤心裂隙观测，煤层中内生裂隙较发育，密度和方向的发育不均匀，局部密度可达10条／cm。裂隙的这种发育特征，有利于煤层渗透性的发育，也有利于煤层气产出。部分裂隙中有方解石脉充填，可能对煤层渗透率产生一定影响。

区内主要煤层孔隙率为4．64%～13．10%，平均为8．84%，具有良好的储集性和透气性。

2．2．2 煤层渗透性

煤储层渗透率是进行煤层气渗流分析的主要参数，在煤层气资源已查明的前提条件下，煤储层渗透率又是制约煤层气资源开发成败的关键因素之一。

区内比德向斜注入压降法试井渗透率为0．107 4～0．500 16mD（表1），平均为0．279 688mD，为中渗透率煤储层；在层域上，渗透率和埋深的相关关系较好，渗透率随埋深增大而减小（图2）。三塘向斜织3井16号煤层及珠藏向斜织2井23号煤层储层渗透率分别为0．000 514mD、0．000 164mD，均属低渗透率煤储层。

在区域方面，比德向斜试井渗透率远比三塘向斜和珠藏向斜试井渗透好，而三塘向斜试井渗透率稍好于珠藏向斜试井渗透率。由此推测煤田的西部区域渗透率要优于东部。

2．2．3 煤储层含气性

2．2．3．1 煤层气化学组成

该区煤层中甲烷成分浓度为6．18%～100．00%，平均为86．13%；重烃成分一般小于1．00%，阿弓向斜重烃浓度高，在大冲头和文家坝勘探区有重烃异常区，少量区域重烃浓度超过90%；氮气成分浓度为0．01%～61．67%，平均为10．57%。

表1 煤层气参数井测试参数统计表

图2 埋深与渗透率关系图

2．2．3．2 煤层甲烷含量及其分布

全区含气量为0．48～32．69m3／t，平均为11．90 m3／t，各向斜以东部的关寨向斜最高，平均含量为15．47m3／t，比德向斜和珠藏向斜次之，平均含量分别为12．94、12．54m3／t，阿弓向斜最低，平均含量为10．15m3／t；氮气含量不高，一般小于2m3／t；重烃平均含量0．75m3／t；全区甲烷含量以肥田二号最高，平均为16．90m3／t。评价区总体显示甲烷含量随埋深的增加而增加，趋势较为明显，表明埋深对煤层气含气性具有重要的控制作用（图3）。

图3 各赋煤单元甲烷含量垂向分布图

在层域上剔除垂向上埋深不是递增的数据，7号煤层（或6号煤层）以浅的含煤层域，煤层含气量一般随煤层埋深的增大而减小，过7号煤层（或6号煤层）后，随层域埋深的增高，煤层含气量一般有增高的趋势。在垂向上煤田总体显示甲烷含量随埋深的增加而增加（图4）。不同层位的煤层含气量的变化规律指示，研究区内不同向斜单元在纵向上不同煤层可能存在多个独立的含煤层气系统［7，18］。

3 煤层气资源量及可采潜力

3．1 煤层气资源量及其分布

图4 代表区块煤层甲烷含气量层域变化图

采用体积法对研究区煤层气资源量进行了计算，结果表明：总资源量为1 852．91×108m3，其中：煤层埋深500m以浅煤层气资源量为663．36×108m3；埋深介于500～1 000m煤层气资源量为773．23×108m3；埋深介于1 000～1 500m煤层气资源量为315．88×108m3；埋深大于1 500m 煤层气资源量为100．44×108m3。

含气量8～12m3／t煤层气资源量为175．39×108m3；12～15m3／t含气带资源量为193．18×108m3；大于15m3／t含气带资源量为1 484．34×108m3。

在区域分布上，该区煤层气资源量总体呈东、西部高，中部低的整体分布趋势。其中，关寨向斜煤层气资源量最丰富，为5 59．84×108m3，资源量丰度也最好，为2．34×108m3／km2；其次为三塘向斜，其资源量和资源量丰度分别为423．17×108m3和1．70×108m3／km2；珠藏向斜煤层总体埋深较浅，资源量和资源量丰度稍低，分别为239．60×108m3和1．40×108m3／km2。区内5个构造单元煤层气储量规模除珠藏向斜为中型外，其余均为大型。

在层域分布上，6号煤层煤层气资源量为391．93×108m3；16号煤层煤层气资源量为248．94×108m3；27号煤层煤层气资源量为266．01×108m3。

3．2 煤层气地质可采潜力

根据化乐勘探区煤层等温吸附资料计算得出，该区煤层气理论采收率平均为40．35%，煤层气可采资源为747．65×108m3。区内可采煤层气资源量以埋深1 000m以浅为主，即在埋深分类中以浅和中分类为主，为579．67×108m3。

3．3 煤层气勘探有利区块优选

煤层气勘探目标区应是蕴藏有一定资源量、并具有煤层气富集高产潜势的地区。因此，煤储层含气量和渗透率是应优先考虑的两个关键控气因素，面积和资源丰度（两者之积为煤层气资源量）对目标区的经济价值也具有决定性意义。按照递阶优选法，按聚气带→目标区→靶区的递阶层次进行选区评价和优选，优选的关键主要在于煤储层面积、含气量、储层渗透率和临储压力比5个要素［7，19－21］。

5个赋煤单元中，关寨向斜的煤层气资源量和资源量丰度最大、最高，分别为239．60×108m3／km2和2．34×108m3／km2，为优选聚气带；其次比德向斜，资源量丰度较高（1．98×108m3／km2）。

就目标区和靶区来说，关寨向斜构造复杂，各煤层煤体结构不同程度地受到了破坏，煤层渗透性受到影响。比德向斜化乐勘探区有平均含气量和试井渗透率均较高的特点，煤层气平均含量为13．46m3／t，试井渗透率平均为0．279 688mD，可作为优选靶区；其次为关寨向斜官寨勘探区，其拥有最高的煤层气资源量丰度和煤层气平均含量（表2）。

表2 聚气带、目标区及靶区优选表

4 结论

1）织纳煤田煤层气资源丰富，虽然煤储层渗透性相对较低，但区内含煤面积大，煤层气资源丰度较高，含气量较高，煤储层厚度较大，可采性好，具备较好的煤层气勘探有利地质条件与可采性，隐含地面煤层气开发较大的资源潜力。

2）比德向斜化乐勘探区在煤层气资源量丰度、平均含气量和试井渗透率3个方面优势相对明显，且地质工程度高，有利于勘探工作的开展，是今后煤层气开发的优先选择区块。

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