理科论文 ：陕甘宁盆地煤层气选区初步地质评价[1]

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【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，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 分析表理学论文