陕甘宁盆地煤层气选区初步地质评价

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1、陕甘宁盆地煤层气选区初步地质评价【摘要】陕甘宁盆地是我国一大型聚煤盆地，上古生界的石炭-二叠系和中生界的侏罗系是其两套主要含煤层系。石炭-二叠系煤层镜质组含量高，热变质程度较高，含气量大，有利勘探区主要位于盆地的东缘和西缘；侏罗系煤层镜质组含量较低，热变质程度低，含气量相对较小，有利勘探区主要分布于盆地内部。综合评价表明：两套含煤层系有7个有利勘探区块，埋深小于1500ｍ的煤层气资源量约11×１０１２ｍ３。陕甘宁盆地地跨陕、甘、宁、蒙、晋五省区，面积约25万ｋｍ2，是一大型聚煤盆地，上古生界的石炭-二叠系和中生界的侏罗系是其两套主要含煤层系，煤炭储量巨大

2、，蕴藏着丰富的煤层气资源。目前有关部门已在盆地东缘的柳林、韩城及南部彬长地区进行了开采试验，并取得一定成果。1陕甘宁盆地煤层气富集的控制因素国内外的研究成果表明：煤层气的高产富集与否，其主要受控于煤层的含气量、渗透性和保存条件。煤层的含气量代表着煤层气资源的富集程度，它与煤岩的组分、煤的变质程度、煤层的埋深和压力有关。煤层的渗透率决定着煤层气的产气量和生产周期，它取决于煤层本身的裂缝系统(割理和裂隙)，而裂缝系统又受煤质和煤变质程度及煤层构造条件的影响。煤层气的保存条件与煤层顶底板岩性、构造活动、水文条件密切相关。11煤层的展布特征陕甘宁盆地石炭-二叠系的煤层主

3、要分布于山西组和太原组，煤层数可达十余层，累计厚度5~20ｍ。山西组煤层形成于陆相泥炭沼泽环境，层位稳定性相对较差；太原组煤层形成于海相泥炭潮坪环境，层位相对稳定。两套煤层全盆地均有展布，但西部地区煤层最厚，局部累计达20ｍ以上，东部地区次之，累计约10ｍ以上，南部和北部煤层较薄，其中埋深小于1500ｍ的地区主要分布于盆地东缘晋西地区、东南部韩城-铜川地区以及盆地西缘，这说明石炭-二叠系煤层气的勘探方位应立足于盆地周缘。侏罗系的煤层在石沟驿-银洞子以东平凉-彬县-黄陵-延安-神木西-准格尔旗一线向盆地外围方向尖灭，因而延安组煤层埋深由盆地沉积中心向四周递减。侏罗系

4、煤层展布总面积约155万ｋｍ２，煤层总厚5~４２ｍ不等。层数1~２７层，单层厚度05~１２ｍ，平均厚度大于3ｍ。这套煤层总的分布规律是：埋藏相对较浅，沉积受古构造和古河道控制，层数多，单层厚度变化大；由南向北厚度增大，层数增多，由西向东煤层厚度变薄，层数减少。12煤岩组分特征煤岩组分中镜质组含量影响着煤层的含气量大小和煤层的渗透性。镜质组含量大，生气能力强，煤层裂隙发育，煤层渗透率相对较高。图1是石炭系太原组煤层镜质组含量变化图，盆地东缘和西缘镜质组含量均达80%以上，具有良好的生气和储集条件。13煤变质特征煤的变质过程即煤阶的变化直接影响煤的生气量、吸

5、附量和其作为储层的渗透性。煤的变质过程图1石碳系太原组煤镜质组含量伴随着烃类气体的生成过程，在煤层生气量低于煤层最大吸附量时，生气量就是煤层中吸附气量的影响因素；但据徐永昌(1986)和张新民(1991)等人研究，大约在气煤(Rｏ＝０８５％)以后，煤层的生气量大于煤的最大吸附量，并随煤阶增高二者差距加大。同时可以看出不同煤阶的煤吸附能力不同，气煤、肥煤和焦煤的吸附能力相对于其它煤阶的吸附能力略低。综合看来，在同一外部条件下(同一埋深和压力条件下)煤层气含量随煤阶增高而增高。图2某地山西组煤面割理密度与煤阶的关系(据樊明珠等1995)从储层渗透率来看，割理发育与

6、否是渗透率好坏的关键，而割理是煤变质的结果，统计表明(图2)，中低变质程度的煤具有较高的割理密度，渗透率较高。陕甘宁盆地侏罗系煤层形成的地质时代相对较晚，煤化作用持续时间较短，因而全盆地侏罗系煤层处于中~低煤阶，镜煤反射率在055~12%之间变化，大部分地区镜煤反射率在05~09%之间。北部伊金霍洛旗以东为褐煤阶；杭锦旗-靖边地区为长焰煤阶；鄂托克旗、石沟驿、定边、环县等广大地区呈气煤阶；庆阳以西小范围地区属肥煤阶。煤阶的变化除与埋深有关外，还受构造运动和断裂带的控制。图3为陕甘宁盆地石炭-二叠系煤阶图。在盆地周缘小于1500ｍ埋深区，东部准格尔旗以北属长

7、焰煤，煤化程度低，向南煤化程度逐渐增高，到韩城一带可达瘦煤阶；西缘地区煤阶为肥煤阶。总的看来，石炭-二叠系煤层煤化程度较高，含气量较高。图3石炭-二叠系煤阶图14煤的吸附性能图4为石炭-二叠系和侏罗系煤样等温吸附曲线，石炭-二叠系煤样属肥~焦煤阶，侏罗系煤样属气煤阶。从图中可以看出：侏罗系煤层的吸附能力明显低于石炭-二叠系煤层，其中侏罗系煤层惰质组含量较高、镜质组含量低应是其主要原因。显然石炭-二叠系煤层的储集条件远好于侏罗系煤层。15煤层气保存条件分析表明：侏罗系煤层中煤层气保存条件主要有四种方式：其一是地层沿煤层顶板网络状微裂缝渗滤封堵区，这种封堵类型主要

8、分布在古河