黔西松河井田多层叠置独立含煤层气系统_周培明.pdf

第 45 卷 第 5 期 煤田地质与勘探 Vol. 45 No.5 2017 年 10 月 COAL GEOLOGY CBM-bearing system; sequence stratigraphy; hydraulic sealing; Songhe mine 多层叠置独立含煤层气系统由秦勇等[1]于 2008 年首次提出之后，多名学者在煤储层孔隙特征、沉 积控制因素和地应力等方面不断充实，为煤层气优 质储层的预测，煤层气合层开发层段优选提供了依 据[2-5]。多层叠置独立含煤层气系统划分的主要依据 为煤层含气量以及压力梯度在垂向上的差异，再通 过沉积层序格架及水文地质相互论证进行划分，但 煤层含气量和压力梯度资料主要通过参数井试井获 得，且一般只获取主要煤层，导致划分依据点较稀 疏，而煤层煤质特征资料容易获取，且能测试大部 分煤层煤质数据，可以提高含气系统划分的精度， 本文基于传统的研究方法， 加入煤层煤质特征分析， ChaoXing 第 5 期 周培明等 黔西松河井田多层叠置独立含煤层气系统 67 对黔西松河井田多层叠置含煤层气系统进行划分。 2013 年实施的贵州省盘江矿区松河矿瓦斯煤层气 地面丛式井抽采示范工程取得了良好的效果，揭示 了该区良好的煤层气开发前景[6]。笔者对黔西松河 井田煤层气地质条件进行深入分析，并在此基础上 划分了多层叠置含煤层气系统，为该区煤层气勘探 开发提供地质依据。 1 地质背景 松河井田位于贵州省六盘水市盘县北部的土城 向斜北翼中段图 1，为一个 NW 向单斜构造，地层 走向 N60W，倾向 SW，倾角 2035，区内构造以 斜向高度正断层为主，走向以 NENEE 向为主， 倾角一般 4580[7]。 研究区主要含煤地层为二叠系龙潭组。井田内 出露地层由老到新分别为二叠系上统峨嵋山玄武 岩组P3β、龙潭组P3l，三叠系下统飞仙关组T1f、 永宁镇组T1yn，第四系Q。 龙潭组层厚 322384 m， 平均 341 m， 含煤 4766 层，一般 50 层，含煤总厚 3747 m，一般 41 m，其 中 13、4、9、12、15、16、17 号煤层为全区主要 可采煤层， 平均总厚 11.68 m。 煤类主要以焦煤为主， 瘦煤次之。 图 1 松河井田构造纲要图 Fig.1 Structural outline of Songhe mine 2 煤层气地质条件垂向分布特征 2.1 煤 质 松河井田煤层原煤全硫质量分数 0.194.73， 13号12 号煤全硫质量分数 0.734.73， 为低 高硫煤，以中高硫煤为主，15 号18 号煤全硫质 量分数 0.190.67，除 18 号煤为低硫煤外，均为 特低硫煤，271煤293煤全硫质量分数 0.79 4.68，为低–高硫煤，以高硫煤为主。煤层原煤灰 分产率为 17.4130.2，13号12 号煤灰分产 率为 20.7730.2，为中–中高灰煤，15 号18 号 煤灰分产率为 17.4120.42， 除 15 号煤为中灰煤 外， 均为低灰煤， 271号293煤灰分产率为 26.94 29.56，均为中灰煤，且接近中高灰煤。煤层硫分 与灰分含量总体上呈上、下高，中间低的规律。松 河井田煤的硫分含量受海水影响明显，硫分含量垂 向上的变化规律反映了晚二叠世松河井田区域海侵 –海退–海侵的旋回过程；灰分含量与硫分含量呈正 相关关系，反映过渡相的沉积环境[8]图 2。 图 2 松河井田煤层群原煤硫分与灰分垂向变化规律 Fig.2 Vertical distribution of ash and sulfur content of the raw coal of coal seams in Songhe mine 2.2 煤层含气量垂向分布特征 研究区煤层含气量为 4.5818.53 cm3/g， 12、 293 号煤层含气量最高， 222号煤层含气量最低。 从13 号12 号煤，煤层含气量呈现上升趋势；从 222号 293号煤， 煤层含气量也逐渐上升； 12 号222号煤， 除 221煤含气量明显偏高外，总体呈下降趋势。以 12 号煤和 222号煤含气量为界，研究区煤层含气量 垂向上由顶部至底部总体呈现“上升–下降–上升”的 趋势图 3。 图 3 松河井田煤层含气性垂向分布曲线 Fig.3 Vertical distribution of CBM content of seams in Songhe mine ChaoXing 68 煤田地质与勘探 第 45 卷 2.3 煤层压力系数垂向分布特征 根据松河井田 SC-1 井试井数据，13 号煤、9 号煤压力系数分别为 1.14、1.08，接近正常压力状 态；16 号煤压力系数为 1.4，属异常超高压；271号 煤压力系数为 1.37，属异常高压。据此，将研究区 煤层垂向上划分为 2 套地层压力系统。 有悖于“吸附原理”的含气量垂向分布特征以 及压力系数垂向上的差异分布等反映了龙潭组含 煤地层垂向上可能存在多个含煤层气系统，各含 煤层气系统之间压力系统及其控制下的含气性相 互独立。 3 多层叠置独立含煤层气系统 多层叠置独立含煤层气系统是沉积–水文–构造 条件耦合控气作用的产物[1]。在松河井田，构造是 影响煤层气系统形成的主要因素，基于沉积特征与 水文特征分析，并综合煤层气地质条件，认为研究 区龙潭组为多层叠置独立含煤层气系统，并建立了 多层叠置独立含煤层气系统模式图 4。 3.1 构造–沉积特征 含煤地层的层序格架特点，奠定了多层叠置独 立含煤层气系统的地质基础[1,9]。大地构造通过控制 沉积基准面的升降影响层序格架。松河井田龙潭组 沉积期间，研究区处于海陆过渡相，受来自西侧的 陆源河流以及来自东侧和东南侧广海方向的海岸潮 汐作用双重因素的影响， 经历了“海侵–海退–海侵”3 次沉积旋回，从底部至顶部，大致形成了潮坪–泻湖 相、三角洲相、潮坪相 3 个沉积体系[7,10]。3 个二级 层序与 3 个岩性分段的地层界限较为一致，下段沉 积于潮坪–泻湖沉积相，以 222号煤层顶板和 293号 煤层底板粉砂质泥岩与上覆龙潭组中段和下伏峨眉 山玄武岩组为封隔，岩性以深灰–灰黑色粉砂质泥 岩、泥质粉砂岩、粉砂岩为主；中段沉积于三角洲 沉积体系，以 12 号煤层顶板和 221号煤层底板的粉 砂质泥岩与龙潭组上段和下段封隔，岩性主要为细 砂岩、粉砂质泥岩、粉砂岩；上段沉积于潮坪沉积 体系，以13号煤层顶板和 11 号煤底板的粉砂质 泥岩与上覆飞仙关组和下伏龙潭组中段封隔，岩性 以灰色–灰绿色中厚层状细砂岩、粉砂岩为主，夹粉 砂质泥岩及泥岩。 龙潭组煤质、含气性和压力系数垂向上的分布 特征与 3 个二级层序地层格架也高度吻合。龙潭组 与上覆飞仙关组、下伏峨眉山玄武岩组，以及各个 二级层序之间均由泥岩、泥质粉砂岩等致密隔水层 相互分隔，隔断了各层之间气、水的连通性，是相 对独立的含煤层气系统的物质基础。 图 4 松河井田龙潭组多层叠置独立含煤层气系统模式 Fig.4 Pattern of unattached multiple superimposed coalbed methane system in Longtan ation, Songhe mine 3.2 水文地质条件 含煤地层与上覆、下伏含水层之间缺乏水力联 系，地层内部不同岩层组合之间水力相互封闭[11]， 这些条件构成了多层叠置独立含煤层气系统的水文 地质条件基础。 根据松河井田龙潭组含煤岩系 29 个涌、 漏水点 煤组上段 9 个，中段 17 个，下段 3 个抽水实验， 上段112 号煤层单位涌水量为 0.87711.2 mL/ sm，渗透系数为 0.006 830.051 6 m/d；中段 1224 号煤层平均单位涌水量 117 mL/sm，渗 透系数 0.158 m/d； 下段24293号煤层单位涌水量 ChaoXing 第 5 期 周培明等 黔西松河井田多层叠置独立含煤层气系统 69 0.30351.6 mL/sm， 渗透系数为 0.000 5230.368 m/d。 含煤地层的透水性较弱， 整套地层均为相对隔水层。 含煤地层单位涌水量和渗透系数垂向上变化较大， 富水性从底部到顶部呈“弱–中等–弱”的变化趋势， 表明不同岩层组合之间水力相互封闭，这是多层 叠置独立含煤层气系统得以形成的水文地质条件。 另外，龙潭组含煤地层富水性的层位分布与 3 个二 级层序格架也高度吻合，三角洲–潮坪–泻湖过渡相 沉积体系形成了由细粒碎屑岩构成的具有隔水阻气 作用的致密岩层，阻碍了垂向上不同岩层组合之 间气、水的流通，使得各层之间的含气性、压力系 数等物性具有相互独立性，从而形成了多层叠置独 立含煤层气系统。 4 结 论 a. 黔西松河井田龙潭组煤层气地质条件垂向 上呈现非均质的变化规律，煤层硫分与灰分含量总 体上呈“上、下高，中间低”的规律，且二者呈正相 关关系，反映了过渡相的沉积环境；煤层含气量垂 向上呈波动式变化，由顶部至底部呈“上升–下降– 上升”的趋势，埋深–压力系数关系曲线垂向上分为 截然不同的 2 套系统。 b. 研究区龙潭组划分为 3 个二级层序，与 3 个 岩性分段的地层界限较为一致，层序格架限定了多 层叠置含煤层气系统的物质基础；每套独立含气系 统之间缺乏水力联系， 富水性由下至上呈“弱–中等– 弱”的变化规律， 构成了多层叠置含气系统的水文地 质基础。 c. 研究区龙潭组多层叠置独立含煤层气系统 是沉积–水文–构造条件耦合控气作用的产物，可划 分为 3 个独立含气系统，各系统间相互独立，系统 之间由封闭层封闭，临近系统之间煤质、煤层含气 量、压力系数、层序地层、水文地质等特征存在显 著差异。 参考文献 [1] 秦勇，熊孟辉，易同生，等. 论多层叠置独立含煤层气系统 以贵州织金纳雍煤田水公河向斜为例[J]. 地质评论，2008， 54165–69. 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