沉积环境研究在煤层气开发优选区评价的应用

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1、沉积环境研究在煤层气开发优选区评价的应用摘要：沉积环境通过控制煤储层的时空分布、几何特征、物理性质等，直接影响煤层气生成的物质基础；煤层气的生、储、盖层是沉积环境及其演化的产物，聚煤期前后的沉积环境及其演化，决定了煤储层顶底板的岩性、岩性组合及厚度，因而影响其的透气性能，对煤层气的赋存和逸散起重要作用；沉积环境分析可以对煤层气含量及保存状态作出定性预测，是煤层气地质研究的重要内容之一，配合其它影响因素对煤层气分布做综合分析，对于煤层气开发优选区的评价具有重要意义。关键词：沉积环境；聚煤作用；煤储层顶底板；沉积体系引言聚煤特征、含煤

2、岩系的岩性、岩相组成及其空间组合受控于沉积环境[1]。基于这种因果关系，沉积作用在很大程度上决定了煤层气生成的物质基础、煤储层与盖层的几何特征以及物性，并通过煤层与围岩之间组合关系、煤层厚度等影响到煤层气的保存条件。1沉积环境与聚煤作用的关系1.1沉积环境决定煤储层的时空分布煤层气是一种生成并储存于煤层中，以甲烷为主要成分，以吸附状态为主的烃类气体[2]。由于煤层气的自生自储特征，煤层气资源受到煤层发育地质时代和沉积环境控制，主要分布于石炭纪以来的沉积地层，主要包括石炭-二叠系、三叠-侏罗系、白垩-古近系[3]；受煤层区域分布与埋

3、深控制，目前发现的煤层气资源主要分布于美国的圣胡安、粉河、黑勇士盆地[4，5]，加拿大的西加拿大前陆盆地[6]，澳大利亚的悉尼、鲍恩、苏拉特盆地，中国的沁水、鄂尔多、斯准葛尔盆地等[7-9]。图1美国主要煤层气盆地分布图图2中国主要煤层气资源分布图1.1沉积环境影响煤储层几何特征能否发生聚煤作用取决于是否具备有利于聚煤的古环境条件，而聚煤作用的强弱、特征，则很大程度上受古构造制约[10-16]。聚煤期的沉积环境研究，可以帮助我们有效推断煤储层发育的几何特征。煤储层的几何特征是指煤层在三维空间的展布形式，包括煤层厚度、煤层稳定性、煤

4、层结构等。这些特征对煤储层含气性与物性有一定影响，是重要的控气地质作用[10，11，14，16-20]。从生气源角度来说，煤层越厚生气量越大。此外，煤储层本身也可以作一种高度致密的低渗透性岩层，上部和下部分层对中间分层具有很强的封盖作用。在构造作用不影响或影响较小，煤阶相同的情况下，煤储层厚度与含气量之间具有正相关趋势[21]。一般来说，在三角洲、滨海平原等环境中形成的煤层厚度较大、分布较厂、较稳定；滨海冲积平原、冲积平原等环境煤厚变化大、不稳定；山问盆地、泻湖等环境煤层厚度也可以较大，但分布范围较小；障壁后潮坪、河口湾环境成煤则

5、厚度较小、且多呈窄带状分布；浅海环境成煤厚小，但面积较大，浅海礁后泥炭坪成煤则分布范围有限，厚度变化也较大[22-25]。2沉积环境与煤层气储存的关系2.1顶底板及煤层自身的封盖能力煤层顶底板是封堵煤层气的第一道屏障，煤层顶底板的封盖能力，特别是顶板封盖能力，决定了煤层气的保存和逸散条件。其主要岩石类型有碳酸盐岩、砂岩、泥岩、油页岩及砂泥岩互层。顶底板封盖能力与其岩性、韧性、厚度、连续性和埋深有关。就岩性而言，封盖能力随碎屑含量减少、颗粒变细及泥质含量增高而增强。即从砂岩、碳酸盐岩、砂泥岩互层、泥岩到油页岩，封盖能力依次增强。此外

6、，韧性更高岩类受构造作用产生裂隙较少，封盖能力更强。岩层越厚、连续性越稳定，封盖能力越强[26，27]。2.2特定沉积体系封盖能力形成于一定沉积体系中的含煤岩系具有特定的煤储层/盖层组合条件，不同条件下煤层顶板的发育特征有所差异，对煤储层的封盖潜势有所不同。因此，借鉴含煤沉积研究的有关成果，结合煤层气地质的具体特征，可以对煤储层围岩的封盖潜势进行区域预测[19，28]。我国含煤地层主要发育于克拉通内部盆地、陆内坳陷盆地和裂谷型盆地，形成于浅海-障壁海岸、浅海-无障壁海岸、三角洲、河流、湖泊及冲积扇6种沉积体系。在不同的沉积体系中，

7、煤层赋存于成因地层单元（旋回）中的不同位置，与顶板甚至顶板之上一定距离内的围岩构成各式各样的组合关系，形成在区域上具有一定展布规律的6种储盖条件[29]。在浅海-障壁海岸沉积体系中，成因地层单元主要由台地、障壁岛、潟湖、潮坪相的碳酸盐岩、中-细碎屑岩和泥岩组成。根据作用营力，可进一步分为以潮汐作用为主的潮坪型和以波浪作用为主的滨海平原型。潮坪型见于华北聚煤区下二叠统山西组、华南聚煤区下石炭统测水组和上二叠统龙潭组以及东北聚煤区三江-穆棱河平原下白垩统城子河组，旋回结构多较完整，煤层位于单元的中部或上部，发育于潮坪或潮上坪环境，顶、

8、底板往往为沼泽相或潮坪相泥岩和粉砂质泥岩，因此对煤储层的封盖能力较强。表1煤层气储盖条件与沉积体系（据秦勇等，2000）沉积体系储盖组合沉积特征封盖能力实例岩相组合岩性组合煤层在组合中位置成因地层单元完整性浅海-障壁海岸台地相→砂坝相→潟湖相→潮坪