鄂尔多斯盆地东缘石楼区煤层气勘探开发前景宁正伟 王明寿(中联煤层气有限责任公司,北京 100011)摘 要:本文作者对鄂尔多斯盆地东缘石楼区石炭、二叠系煤层的沉积特征和含气性进行了系统的研究,认为该区内具有生成煤层气的物质基础和赋存地质条件。

以影响煤层含气性为重点,详细论述了煤层含气性特征,导致煤层含气性变化较大的主要地质因素是煤的演化变质程度、上覆有效地层厚度和上覆盖层条件。

综合本区煤储层特征及煤层气赋存地质条件,煤层气勘探开发前景可划分为有利区、较有利区两类。

关键词:鄂尔多斯盆地东缘石楼区 煤层气 勘探开发 前景Prospect of CB M Exploration &Development in Shilou Areain Eastern Fringe of Ordos BasinNing Zhengwei,Wang Mingtao(China United Coalbed Methane Co.Ltd.,Beijing 100011)Abstract:Based on the current large quantity of information the authors have made a systematic investigation of the sedimentary charac teristics and gas -bearing capacity of coal sea ms of Carboniferous and Per mian Syste ms in Shilou area in the eastern fringe of Ordos Basin,and consider that there exists material foundation for forma -tion of coalbed methane and geological conditions for occurrence of CB M.Focusing on fac tors that influence gas -bearing capacity of coal sea ms,the authors desc ribe in details the gas-bearing characteristics of coal sea ms.The major geological factors that lead to great variation of gas content of coal seams are:degree of metamorphism in evolution of c oal,the effec tive thickness and capping c onditions of the overlying strata.Based on the characteristics of coal reservoir and geological conditions for occurrence of CB M,the prospects of CB M e xploration and development can be divided into two cate gories,namely,the favorable and fairly favorable zones.Keywords:Shilou area in eastern fringe of Ordos Basin;CBM;exploration and development;prospect1 前言鄂尔多斯盆地东缘石楼区石炭、二叠系含煤区,位于鄂尔多斯盆地东缘中部,煤层埋藏深度小于2000m 区分布面积约3500km 2。

煤层层数多、含气量较高、煤层气资源较丰富,地质构造简单、为煤层气勘探开发中有利的地区之一。

上世纪九十年代至今,先后有外国公司及中石油、中石化、煤炭作者简介 宁正伟,男,1951年生,高级工程师,长期从事煤层气勘探开发和评价选区研究。

第6卷第2期 中国煤层气 Vol 6No 22009年4月 CHINA COALBED ME THANE April 2009等部门在该区及邻区进行过煤层气勘探开发,并取得了一定勘探成果。

2 煤层气地质特征2 1 沉积特征从大地构造背景分析,本区位于华北地台中西部。

石炭、二叠系含煤地层受华北地台晚古生代聚煤环境的控制。

奥陶纪晚期受加里东运动的影响,一直处于抬升剥蚀状态,经过漫长的(1 3~1 6亿年)风化剥蚀逸平后,形成近平原化低地,至中、晚石炭世逐渐下沉,并接受一套滨海环境的碎屑沉积。

岩石组合主要为一套灰、灰绿、灰白色砂岩,砂质泥岩,泥岩,灰岩夹煤层;进入二叠系下统山西组沉积时受北部古陆抬升的影响,海水逐渐向东南退缩,发育了以三角洲平原分流河道、支间沼泽及支间平原亚相为主;进入下石盒子组后沉积环境相变为以河流相为主,河道经历了横向上反复变迁,纵向上多期叠置的沉积;二叠系上统上石盒子组沉积时,河流逐渐萎缩被河湖相所代替。

石炭、二叠系沉积厚度900~1200m。

随着盆地的逐渐下降,该区上覆连续沉积了三叠系,受燕山期构造运动的影响,侏罗纪、白垩纪整体逐渐抬升剥蚀,之后受喜山构造运动的影响,又逐渐下沉接受新生代沉积。

该区石炭、二叠系沉积之后,主要表现为沉积稳定,厚度大。

现对含煤地层分述如下:石炭系中统本溪组:本组由铁铝岩、铝质泥岩、细砂岩、薄层石灰岩及0~3层薄煤层或煤线组成,煤层基本无工业价值。

本组一般厚度为16 ~40m,平均厚度27m。

石炭系上统太原组:主要由灰色中、细粒砂岩,灰~深灰色粉砂岩、砂质泥岩及灰黑色泥岩、炭质泥岩和煤层组成。

是本区主要含煤地层之一,一般厚度为81~116m,平均厚度96m左右。

二叠系下统山西组:主要由陆相碎屑岩沉积为主。

自下而上由砂岩、砂质泥岩、粉砂岩、泥岩及煤层形成的3~4个旋回。

是本区主要含煤地层之一,地层厚度43~80m,平均60m左右。

2 2 煤储层特征2 2 1 煤层该含煤区发育15个煤组,其中山西组含5个煤组;太原组含10个煤组。

太原组8、9、10号煤层为主要煤层,累计厚度达13m左右,平均厚度7m。

山西组4、5号煤层为主要煤层,累计厚度8m 左右,平均厚度2 7m左右,是区内煤层气勘探开发的主要目的层。

2 2 2 煤岩煤的岩石特征是反映成煤物质的质量标志之一,其不同的煤岩类型对煤层气的生、储条件有着直接的影响[1]。

通过对该区主要煤层观测,宏观煤岩特征,成分以亮煤、暗煤为主,次为镜煤和丝炭,煤岩类型均以光亮煤和半亮煤为主,次为半暗煤。

多呈条带状、线理状及均一状结构,具参差状或贝壳状断口,在镜煤分层中见有眼球状断口。

据显微煤岩组分统计,镜质组含量平均在67 5%~ 78 27%;半镜质组在2 47%~4 20%;惰质组含量平均在19 27%~29 07%;稳定组含量0~ 2 50%(表1)。

从煤层显微煤岩组分变化特征看,太原组煤层镜质组含量相对略高于山西组,惰质组含量略低于山西组。

综上所述,宏观煤岩类型以光亮煤和半亮煤为主,煤岩类型相对较好,结构简单;显微煤岩组分中镜质组含量相对较高,这些特征均反映有利于煤层气的生成和储集。

表1 显微煤岩组分统计表组分煤层显微煤岩组分(%)镜质组半镜质组惰质组稳定组山西组2煤69 44 225 632 33煤73 43 423 52 54煤69 83 6326 135煤67 52 929 6太原组8煤78 272 4719 279煤77 233 0519 6510煤67 933 6929 072 23 煤质煤的灰分产率对煤层气的生成、吸附和产出有一定的影响[2]。

依据区内煤层采样分析资料统计,原煤灰分产率变化在2 68%~50 97%,一般在15 00%~25 00%。

其中,山西组变化在2 68%~ 50 97%,平均在18 07%,属低灰~中灰煤。

太原组变化在10 01%~50 13%,一般在20 00%~ 23 00%,属低灰~中灰煤(表2)。

综上所述,该区煤层灰分产率除个别煤层外,均以低~中灰煤为8中国煤层气 第2期主。

反映煤质较好,有利于煤层气的生成、吸附和产出。

表2 主要煤层灰分产率表层位灰分 (%)山西组太原组2煤3煤4煤5煤8煤9煤10煤最小9 436 262 6815 2210 0110 5111 43最大50 2213 1250 9747 1448 6836 1450 13平均17 218 5218 4928 0720 8820 3322 362 2 4 演化程度煤层演化程度与煤层的储集性有着一定的相关性[3、4]。

随着演化程度的增高,累计生成甲烷及内孔隙表面积逐渐增高,所生成的甲烷易被吸附在内孔隙表面中,因此在一般情况下,随着煤层演化程度的增高,煤层含气量增加。

本区煤层热演化程度已进入肥煤、焦煤和瘦煤。

在纵向上煤级也存在着一定的变化规律,自下而上太原组比西山组煤层煤级变高趋势。

2 3 含气性煤层含气性是煤层气勘探开发前景的决定性因素之 。

据本区煤层气勘探井不同煤层含气量数据统计,最高在18 73m3/t(表3),平均在12 64m3/ t。

通过对本区各煤层含气量资料研究发现,制约煤层含气量的地质因素主要有煤演化程度、上覆有效地层厚度、上覆盖层条件和灰分产率,现对制约煤层含气性的地质因素分析如下。

表3 石楼区煤层气勘探井含气量表井号含气性(m3/t)3煤4煤5煤8煤9煤10煤SH15 6812 012 876 72921SH218 7313 9611 0911 888 114 74 SH37626 241 9814 5214 1210 96 SH56 956 574 295 674 61 SH67 286 7313 738 1713 05 SH78 5910 3711 8815 8911 72 SLB-VO1C14 9717 0613 60SLB-VO2C14 582 3 1 煤层演化程度据区内含气量资料统计,煤层含气性与演化程度有着一定的相关性(图1)。

从图可看出,随着煤岩化程度的增高含气量有逐渐增高趋势。

研究表明煤的演化程度对含气量的控制作用与以下机理有关:从生气角度看,随着演化程度的增高,累计生成甲烷就越多,气源充足有利于煤层吸附更多的甲烷,另外煤的演化程度影响到煤的内孔隙表面积,大致从肥煤起,随着煤层演化程度增高,内孔隙表面积逐渐增大,使煤对甲烷的吸附能力增强[5-7]。

从以上煤的演化变质程度与含气性的关系分析,在该含煤区内煤层含气量资料较少的情况下,可充分利用煤的演化变质程度与含气性的关系进行含气性预测。