张集矿山西组煤成气储层分布特征分析

吴建鑫

(成都理工大学，四川 成都 610066)

1 张集矿区山西组煤成气储层特征

1.1 研究区地层概况

研究区底部以太原组与海相泥岩分界。二叠系总厚度980 m，分上、下统，其中上统包括石千峰组、上石盒子组；下统包括下石盒子组、山西组。都为含煤系地层，含煤32层，厚720 m，总厚为36.09 m，含煤系数为5.0%。

其中 13-1煤层是二叠系下统山西组(P1sh)的第一个含煤段，厚约65 m，含有一层可采煤层。底部是一层灰黑色的泥岩，其上覆地层为泥砂岩互层，中部是以中、粗砂岩为主的岩层。煤厚为0～8.28 m，平均厚度4.41 m，与16-1煤层的层间距为101.78 m。局部含夹矸1～3层。西三采区的煤层大部分地段含有1层的夹矸，部分含有两层及以上的夹矸，单层夹矸常位于煤层底部，夹矸厚度为0.34～0.79 m，为泥岩、炭质泥岩；四线以东十九线与十八线附近煤层一般常含有1层夹矸，位于煤层的下部，厚约0.3 m，且多为泥岩；东一采区深部的大部分地段煤层中上部含有1层的夹矸，而部分地段含有2～3层的夹矸，多为炭质泥岩。其可采指数为97.06%，为全区稳定的主采和首采煤层。

1.2 山西组的沉积环境

淮南矿区的山西组地层厚度分布比较稳定，一般在70 m左右，其中山西组下部主要是黑色的呈块状层理的泥岩，是在海湾环境中沉积发育的。泥岩之上被一套粉砂岩和泥岩互层所覆盖，呈现透镜状层理，属于远砂坝沉积环境，其上是石英细砂岩，分选性较好，具波状层理，属河口沙坝沉积环境，是一套呈楔形交错层理的细-中粒砂岩，属河口坝沉积，常常发育一些同生的小断层，砂体呈指状沉积，所以属三角洲前缘沉积。

综述以上沉积特征，山西组的沉积环境主要是三角洲沉积环境。由于它是从海湾开始形成三角洲平原的，且地形没有大的突变，故属于下三角洲平原。此种沉积环境有利于成煤储气。

1.3 煤成气储层类型及砂岩作为储层的可能性

所谓储层就是具有一定的储集空间并可使储存在其中的流体在有压力的环境下可自由流动的岩层。砂岩气在我国的煤气储量中占有很大的比例，在能源结构中占有重要的一环，因此研究砂岩储层的分布特征，有助于找到更多的能源。淮南张集矿区的含煤岩系中煤成气主要储存在上石盒子组、下石盒子组和山西组中的泥页岩、砂岩及煤层中。含煤岩系的砂岩几乎占了一半，砂岩的总厚度大多在80 m左右。砂岩储层储气可能性较大的是致密砂岩和粗砂岩。砂岩中的非常规天然气并非产自砂岩本身，而是由附近的煤层及泥页岩中的非常规天然气运移到砂岩中。由于致密砂岩孔隙度小，即成煤气的储集空间较小，煤成气因低渗透性储存在其中不易逸散，因此可能储存有部分的煤成气。粗砂岩的孔隙度非常大，即煤成气的储集空间很大，此时煤成气储存的决定性因素主要取决于盖层岩层的性质。若盖层是致密的泥页岩、煤层之类的岩层能够对砂岩层构成一个良好的圈闭作用，储存在粗砂岩中的煤成气就不易逸散；若盖层的孔隙度较大或是发育有较多的裂缝、断裂、节理时，即没有形成一个完整的圈闭时，煤成气就会因高渗透性而逸散出去。综上所述，砂岩层具有煤成气储存的可能。

1.4 张集矿山西组煤成气储层分布特征

山西组厚度大于3.5 m的优势厚煤层，又不同于上石盒子组和下石盒子组，本组沉积较好的是13-1煤，其中最厚的在十二3孔出现，达9.1 m，为特厚煤层，深度约690 m,其伪顶和伪底均为较为松软的薄黏土层，其直接顶主要是粉砂岩和粉砂质泥岩，直接底则是细粒砂岩。由于此处在特厚煤层，有成为煤层气储层的优势条件。

(1)含煤岩系泥页岩层位分布特征。山西组泥页岩类中沉积较厚的仍然与上、下石盒子组的岩性一样，均为粉砂质泥岩，但沉积的厚度却只是它们的一半，为15.66 m。该优势层位处于山西组的底部，深度约为728 m，其上覆岩层是一层厚的标志层“13-1煤”。

(2)含煤岩系砂岩层位分布特征。山西组的煤层是主要的生气源岩，煤层所占比例比上、下石盒子组的煤层比例都大，大约为18%，具有煤层气勘探的价值，主要分布在矿区的东南部和东北部的中部。泥页岩所占的比例与砂岩相当，约为40%。山西组的砂岩在六9和十五9孔所占比例最大，位于矿区西南区域的中部以及东北区域的中部。五10孔处出现泥页岩很多、砂岩非常少的现象，而在十五9孔却没有泥页岩的沉积。

2 张集矿煤成气储层厚度分布规律

2.1 山西组泥页岩储层分布规律

山西组的泥页岩厚度平面展布特征与山西组的煤层厚度分布大体相似，但厚度比煤层大许多，主要分布在矿区的西北角、中部局部以及东南部，厚度基本上大于22 m，以五10孔、十一2孔、十五1孔、67-61孔以及十四6孔为沉积中心，山西组泥页岩厚度等值线环形分布，其中最厚的位于五10孔，达到了34 m。厚度较薄的区域在以六9孔、十一12孔、十二5孔、十二3孔、十四2孔以及十五5孔为中心的凹陷区，厚度不到17 m。东北和西北角的泥页岩层厚度比较稳定，厚度约22 m。

2.2 山西组粉细砂岩储层分布规律

勘探区西北部总体上呈现出“南北分带，东西展布”的趋势，且厚度等值线由北向南依次减小，其最大值为32 m，在七勘探线内厚度变化比较急剧。而西南部的粉细砂岩层厚度比较稳定，基本上维持在3 m左右。在矿区东南角处以三21孔为沉积中心，厚度等值线呈环形展布，且由中心向四周依次变厚，三21中心处厚度最大，达到了34 m，为全区最厚处。

2.3 山西组中粗砂岩储层分布规律

中粗砂岩厚度分布总体上呈现出一种对称分布，对称轴的方向大致是北东-南西，尤其是西南部有个像蝴蝶状的厚度等值线分布图，它是以六勘探线为对称轴，厚度等值线呈向两边依次减小的环形分布。其中最大厚度在六勘探线上的六9孔，达到了49 m。东北部中粗砂岩的厚度分布较稳定，维持在6 m左右。中粗砂岩在勘探区的边缘部分地区没有沉积的迹象。

3 影响煤成气储层厚度的因素

含煤岩系的沉积环境是各组的各岩层沉积厚度的决定性因素。不同的沉积相将导致在矿区各部位形成不同厚度的岩储层，煤岩层越厚，含煤岩系的原始状态保存越完整，生成和储存的煤成气就越多。开发煤成气首先要对含煤岩系储层的厚度分布特征有一个系统而深入的了解，对于厚度值偏小的勘探区因不具备开发价值，而不纳入勘探范围内。

山西组13-1煤层是本组的优势层位，煤层发育最好，沉积厚度最大，它所在的沉积环境是水下三角洲平原成煤环境。山西组13-1煤层的局部有一些薄煤层出现，主要是处在分流河道发育的地方，成煤后受河流的后生冲蚀作用比较强烈。山西组中发育最好的泥页岩类是直接位于13-1煤之下的粉砂质泥岩，厚度为15 m，它所处的沉积环境属于前三角洲—海湾沉积。如张集矿区是位于13-1煤之下呈现指状分布的砂岩体，反映出它是以河口坝为特征的沉积序列。

4 结论

煤系地层煤成气储层分布特征研究对煤成气资源评价与非常规气共采具有一定指导意义。通过对张集矿区钻孔数据的统计，以MAPGIS、Surfer和Section软件为数据成图工具，通过对各岩石地层煤成气储层的平面分布特征和纵向分布特征对比分析，得出如下结论：(1)张集矿含煤岩系中泥页岩层最厚，砂岩层次之，煤层最薄；(2)煤层呈现出分区分布形式，勘探区的东北部和西北部煤层厚度稳定分布，中部东南方煤层较厚，储层发育相对有利；(3)泥页岩厚度分布呈现出“东西分带，南北展布，南厚北薄”的趋势，在矿区的南缘页岩气储层发育相对有利；(4)矿井东南部和西北部粉细砂岩是全区最厚的部位，可能是砂岩气储存的有利场所，东北角厚度分布也较稳定，具有一定的致密砂岩气资源勘探的价值；(5)中粗砂岩在煤系地层中厚度最高达100 m以上，主要分布在矿区的西南和东部局部地区，是否能成为煤成气的有利储层尚待进一步研究。