沁水盆地中南部煤层气聚散史模拟研究.pdf

第 “卷 第期中国矿业大学学报 ’ 文章编号 “ “ A B C D E “ C B F 沁水盆地中南部煤层气聚散史模拟研究 韦重韬G秦勇G傅雪海G姜波 李贵中G宋党育G焦思红 D中国矿业大学 资源与地球科学学院G江苏 徐州 “ H E 摘要利用计算机模拟系统对沁水盆地中南部煤层气的聚散演化史进行了定量模拟研究’结果 表明G模拟区煤层气聚散史可分为C个演化阶段G即煤层气聚集作用微弱的第“ G 阶段I各种演 化作用发育且聚集作用强烈的第阶段及以散失作用为主的第C阶段’区内地史中煤层气聚散 演化作用强烈的部位其聚集相对较强’模拟区南部和北部的中区是煤层气聚集的有利地区’ 关键词煤层气J聚散史J数值模拟J沁水盆地 中图分类号KB “ H ’ “ “文献标识码L 煤层气聚散史研究是一项较为复杂的工作G涉 及到煤层气及其地质环境的演化历程’对煤层气聚 散史进行研究G有助于阐明煤层气在一个地区的聚 散演化过程G为煤层气勘探开发及选区评价提供依 据’在过去近二十年里G研究者们从地质勘探I选区 评价I开采技术等方面对我国煤层气勘探开发的热 点地区之一的山西沁水盆地作了大量研究G成果斐 然’煤层气成藏史方面也有较多的成果G但煤层气 聚散史定量研究方面仍有待深入’本文利用自行研 制的计算机模拟系统G对沁水盆地中南部地区进行 定量模拟G以期查明其煤层气在地质历史时期的聚 散演化过程及聚集规律’ M 模拟系统 在过去的数年中G本文作者对煤层气地质演化 史的地质过程I物理过程及其数学表达进行过详细 研究G建立了相应的计算机模拟系统G并对沁水盆 地中部山西组主煤层进行过模拟计算N “ O’最近又对 该系统进行了改进G包括可视化改造I充实基本参 数数据等G最主要的工作是重新编制了该模拟软件 的核心程序G使模拟的煤层数从层增至F层’ 该模拟系统能用键盘或文件输入基本参数J根 据埋藏史和地温史计算有机质成熟度及生烃量J判 断煤储层所处的储层压力体系是封闭体系I半开放 或开放体系并计算储层压力J根据埋深I储层压力 计算割理孔隙率和渗透率G判断是否发生盖层突破 或渗流散失作用G若发生过G则计算相应的散失量J 利用有限差分法解算扩散散失偏微分方程J此外还 具有保存计算结果I绘制含气量和储层压力曲线图 的功能’ 该系统能够模拟煤层气在地质历史时期的生 成I聚集I散失过程G是研究煤层气聚散史的有力工 具’ P 地质条件及模拟参数 模拟区位于沁水盆地中南部G其北界为沁县一 线G东I西I南界均为煤层露头线’ P ’ M 煤系和煤层条件 模拟区内含煤岩系为山西组和太原组G山西组 以砂岩I粉砂岩和泥岩为主G夹有或C层煤层’太 原组则以砂岩I粉砂岩I泥岩及灰岩为主G夹煤层 “ 层左右’山西组主煤层在东部为 Q煤层G 在西 部为 Q煤层J 太原组主煤层在东部为“ F Q煤层G 在 西部为“ Q煤层N O’ 为便于计算G将煤层地质模型 进行简化G以两主煤层为模拟对象G其上I其间及其 下的煤层按厚度等效合并为上边界煤层I中间煤层 和下边界煤层G从而形成了模拟研究的地质模型 D图“ E ’在准备阶段G收集了相关煤层的地质数据 收稿日期 “ B “ 基金项目国家自然科学基金资助项目D C “ R F H E J中国矿业大学博士启动基金J高校骨干教师资助项目 作者简介韦重韬D “ A B E G男G广西省宜州市人G中国矿业大学副教授G工学博士G从事煤层气地质I矿物岩石学方面的研究S 万方数据 和储层物性数据如煤厚“灰分“镜质组最大反射 率“渗透性“孔隙性及割理特征等同时也收集了煤 系上覆盖层的相关数据如盖层厚度“岩性组合“扩 散系数等 图地质模型 6 0 A B C D E F G H IJ G K L M E F H NK L I BN G O G K G M HM PL J BK G QD A L G H IE B I G M H 埋藏阶段地质时代构造运动期次煤层最大埋藏深度R 9 .阶段特征 第阶段煤层形成3晚三叠世海西晚期3印支期 5 S 煤层先慢速后快速埋藏 第7阶段早侏罗世3中侏罗世燕山早期 5 ; 煤层埋深稳定R波动 第5阶段晚侏罗世3早白垩世燕山中期 5 7 煤层埋深显著减小“构造分异显著 第阶段晚白垩世3早第三纪燕山晚期3喜山早期 T ; 煤层埋深减小 第;阶段晚第三纪3第四纪喜山中“晚期 ; 煤层埋深减小R增大构造分异明显 表0古地热场发展演化历史及煤化作用特征 A B0 U A B M V I B M L J B E Q A P G B A N H NW M A G P G W L G M HJ G K L M E FM PL J BK G QD A L G H IE B I G M H 发展阶段地质时代构造运动期次古地热场特征煤化作用特征 第阶段晚石炭世3晚三叠世海西后期正常深成变质作用 第7阶段早侏罗世3中侏罗世燕山早期正常煤化作用几乎无进展 第5阶段晚侏罗世3早白垩世燕山中期异常高热区域热变质作用 第阶段晚白垩世3第四纪燕山晚期3喜山晚期正常煤化作用停止 模拟研究区内O聚散演化作用强烈的地区O 煤层气聚集作用大多强于散失作用而且煤层气聚 集作用较强Q反之O聚散演化不甚发育时O煤层气的 聚集强度差P煤层气聚集作用较弱F最终在聚散作 用较活跃的地区形成了煤层气的聚集F 构造演化史P煤层埋藏史及煤层和煤系地 层的特征是其重要的影响因素F由于上述因素的空 间差异性O使得煤层气的聚集程度在空间上差异明 显F模拟研究区南部和东部煤层区聚集程度较高O 是煤层气勘探开发的有利地区F MNA 第期韦重韬等V沁水盆地中南部煤层气聚散史模拟研究 万方数据 参考文献 “ 韦重韬煤层甲烷地质演化史数值模拟研究“ 6 6 ; A B C D A ; 6 * G 6 6 H ; 6 6 J F A K6 J 8 6 D 6 LM N C J O * ; ’KN PQ O ’R S T 8 F * J 6 ’1 N UPVD ’ W N V 8 6 * X J O ’5 YPVG O * B 8 ’1 N UY5 6 * J O 3C 9 9 F O F A ; 6 * I 6 6 H ; 6 J 6 ; A BE 9c F I7F ; J F3 C D J F76 I I 9 F * 8 ; J F A K6 J 8 6D 6 d e 8 ; 6 ; ; 6 f F 9 B 6 78 9 ; F I [ J F A F 8 9 ;6 I 6 E ; F ; J ;; J F dJ 9 F E E F ; A ; 6 * I 6 6 H ; 6 J 6 ; A BE c FI 6 f 6 I F I6 ; 8 A ; O F ’; J ; 6 ’ ; O F F I; dd6 ; JdF gE E F ; A ; 6 C D O F; J A F Fd6 ; Jf A 6 8 6 ; F 6 f FF f 9 8 ; 6 IJ 6 O J9 F f F 9 E E F ; A ; 6 8 A 6 dJ 6 E J; J F 7 6 F f 9 8 ; 6 E ; 6 6 I 6 6 H ; 6 N ; J F A F F A E JA F O 6 ’; J F 9 E ; 6 dJ F A F ; J F C D A ; 6 * I 6 6 H ; 6 E ; 6 6 ; A OJ ; A OE E F ; A ; 6 C D J F A H A ; I; J F76 I I 9 F A F ; J F A ; J F A H A ; A FH A A C D A ; 6 hi jk l ‘ m E 9 c F I7F ; J F nE E F ; A ; 6 * I 6 6 H ; 6 J 6 ; A B n 8 7F A 6 E 9 6 78 9 ; 6 nK6 J 8 6 D 6 .0 中国矿业大学学报第/ 卷 万方数据