習水縣桑木場背斜北西翼煤層氣資源勘探前景分析

閔康 劉太琴

摘要：根據(jù)桑木場背斜北西翼的地質(zhì)調(diào)查、鉆井資料，運用煤田地質(zhì)學、煤層氣地質(zhì)學研究方法，針對貴州省煤層氣資源賦存資源量大，勘探程度低的問題，對區(qū)內(nèi)晚二疊世煤系5號煤層進行了系統(tǒng)研究，分析了該區(qū)煤層氣分布規(guī)律及勘探前景。結(jié)果表明：區(qū)內(nèi)煤厚較大，有機質(zhì)成熟度高，頂?shù)装鍘r性以泥巖為主，且地層相對較緩，構(gòu)造較簡單，煤層氣生儲蓋條件較好；5號煤層含氣量主要分布于4.00ml/g·ad～8.00ml/g·ad，中部含氣量較高，能達到15.00ml/g·ad；區(qū)內(nèi)潛在煤層氣資源量93.36×108m3，屬中型規(guī)模，開發(fā)利用前景廣闊。

關(guān)鍵詞：煤層氣地質(zhì)學；分布規(guī)律；資源量；勘探前景

引言

貴州省全省埋深2000米以淺的煤層氣資源量達3.15×1012m3，總量少于山西，居全國第二[1-2]；煤層氣資源儲量豐富，但勘查與開發(fā)程度較低。根據(jù)前人資料分析，到2020年，貴州天然氣產(chǎn)量將僅達到40×108m3，而消費量將超過70×108m3[1-3]。面對貴州省“貧油少氣（常規(guī)天然氣）”的能源短缺形勢[4-5]，需要大力加強貴州省煤層氣勘查開發(fā)工作，摸清貴州省含煤向斜煤層氣的含氣性、資源量等，從而能穩(wěn)固貴州省國家能源基地地位、改善區(qū)域能源產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、緩解能源供需矛盾。

習水縣是貴州省無煙煤資源較豐富地區(qū)，煤層氣資源研究尚處于空白區(qū)，本文旨在對該區(qū)煤層氣資源分布規(guī)律進行研究，并預測該區(qū)煤層氣資源量，以期對該區(qū)煤層氣資源勘探前景進行分析，為該區(qū)煤層氣資源勘探開發(fā)提供理論基礎(chǔ)及數(shù)據(jù)支撐。

1. 地質(zhì)概況

1.1 含煤地層特征

研究區(qū)主要含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M（P3l），巖性主要為淺灰、灰、深灰、灰黑色泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、細砂巖、粉砂巖、灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r、鋁土質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖及煤層（線）等，為一套海陸交互相沉積組合特征，屬典型的瀉湖——潮坪體系沉積[6]。厚56.80m～94.88m，平均厚79.66m。含煤層（線）10層左右，可采煤層5層，即5、7、8、9、12號煤層，其中5號煤層全區(qū)可采，作為本次研究對象，7、8、9、12號煤層大部可采，其余煤層見零星可采點。

1.2 構(gòu)造

研究區(qū)位于黔北煤田內(nèi)，大地構(gòu)造屬揚子準地臺（一級構(gòu)造單元）黔北臺隆（二級構(gòu)造單元）遵義斷拱（三級構(gòu)造單元）畢節(jié)構(gòu)造變形區(qū)（四級構(gòu)造單元）和四川臺拗古藺山字形構(gòu)造前弧東翼北西側(cè)交匯部位的桑木場背斜北西翼[6-9]。在其南西部發(fā)育有次一級龍寶背斜、木擔壩背斜、龍家壩向斜、尖山子——倪家向斜（圖1），并伴生一系列小到中型斷裂構(gòu)造的發(fā)育。構(gòu)造的發(fā)育雖然導致區(qū)內(nèi)地層傾角變化較大，但整體上南西部地層相對較緩，呈向、背斜構(gòu)造產(chǎn)出，地層傾角為15°～35°，一般在20°左右，易于煤層氣富集成藏。

1.3 煤層及煤質(zhì)

研究區(qū)可采煤層賦存于龍?zhí)督M，可采煤層以龍?zhí)督M中段5號煤層全區(qū)可采，作為本次研究目標層。上距標一底8.36m～23.74m，平均16.05m，上距3號煤層底4.37m～19.68m，一般11m左右，下距6號煤層3.88m～16.79m，一般8.70m左右。煤層對應的側(cè)向電阻率曲線呈高異常寬單峰狀，人工伽瑪曲線呈低異常單峰狀反映（圖2）。煤層全層厚度基本處于0.8m～3.77m，平均1.48m。頂板巖組為灰?guī)r、細砂巖、泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖等致密巖石組成，封蓋性好，底板巖組主要由泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖、細砂巖等組成。綜合分析認為該煤層生儲蓋條件有利于煤層氣賦存，且鄰層煤層不易發(fā)生逸散。

煤層以塊狀為主，少量碎塊狀及粉粒狀，內(nèi)生和外生裂隙較發(fā)育，充填薄膜狀、脈狀方解石，煤層氣賦存空間充足；有機質(zhì)以鏡質(zhì)組為主，占79.04%；最大反射率（R°max%）最小為2.64%，變質(zhì)程度高，變質(zhì)階段為Ⅶ1，有機質(zhì)處于過成熟度階段，煤層具有生成大量熱成因氣的地質(zhì)條件。

2. 煤層氣分布特征

煤層氣俗稱“瓦斯”，是煤礦床的伴生氣體，指賦存在煤層中的自生自儲式非常規(guī)天然氣，以甲烷（CH4）為主要成分，次為重烴（C2H6），通常有吸附和游離兩種賦存形式，以吸附于煤基質(zhì)顆粒表面為主，游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中次之，具有易燃易爆的特征，熱值與天然氣相當，是一種高效、潔凈的氣體清潔能源[10-12]。

2.1 煤層氣成分及含氣量

本次工作在研究區(qū)內(nèi)鉆井32孔，采樣110件，送貴州省煤田地質(zhì)局實驗室進行煤層氣含量測定及成分分析等。實驗結(jié)果顯示煤層氣主要成分為甲烷（CH4）和重烴（C2H6），含氣量為可燃氣體含量，區(qū)內(nèi)煤層氣含量平均值為3.75ml/g·daf～24.61ml/g·daf，平均11.74ml/g·daf，換算成空氣干燥基（Cad）含量為2.88ml/g·ad～19.48ml/g·ad，平均為8.02ml/g·ad（表1）。

2.2 煤層氣分布規(guī)律

通過對研究區(qū)32口鉆井的采樣測試，分析顯示研究區(qū)5號煤層含氣量較高，介于2.88ml/g.ad～19.48ml/g.ad之間，平均值為8.02ml/g.ad。研究區(qū)大面積區(qū)域含氣量介于4.00ml/g·ad～8.00ml/g·ad之間，而中部地區(qū)含氣量相對較高，達到8.00ml/g·ad～15.00ml/g·ad，主要分布于龍保背斜南東翼2501、2502號鉆孔附近（圖3）。

3. 煤層氣資源量預測

（1）估算方法的選取

本次估算采用體積法計算煤層氣資源量，其計算公式[13]為：

Gi=0.01×A×h×D×Cad式中：

Gi—煤層氣資源量（108m3）；A—煤層含氣面積（km2）；

h—煤層凈厚度（m）；D—煤的空氣干燥基容重（t/m3）；

Cad—煤的空氣干燥基含氣量（m3/t），Cad=100Cdaf（100-Mad-Ad）

（2）各參數(shù)的確定

研究區(qū)內(nèi)煤類為無煙煤，根據(jù)《煤層氣資源/儲量規(guī)范》（DZ/T0216-2010），煤層凈厚度≥0.80m，煤變質(zhì)程度（Ro，max）>1.9%，煤的空氣干燥基含氣量下限為：≥8m3/t。

煤層含氣量取8m3/t和測定的含氣量換算后平均值，分析該研究區(qū)5號煤層實驗結(jié)果，取8.02m3/t；煤層凈厚度取該煤層凈厚度的算術(shù)平均值，取1.29m；煤層容重取煤層實測容重平均值，取1.53t/m3；煤層含氣面積以含氣量≥8m3/t的各算量煤層來估算煤層氣資源量的面積，該區(qū)含氣面積約為156.08km2。

（3）資源量預測結(jié)果

將分析的各參數(shù)結(jié)果代入到體積法計算公式Gi=0.01×A×h×D×Cad中，研究區(qū)5號煤層煤層氣資源量預測值為24.71×108m3，綜合其它煤層煤層氣資源量，研究區(qū)共獲潛在的煤層氣資源量93.36×108m3，儲量屬中型規(guī)模。

4. 勘探前景分析

（1）研究區(qū)煤層較多，煤厚較大，有機質(zhì)以鏡質(zhì)組為主，有機質(zhì)成熟度高，煤層具有生成大量熱成因氣的條件；煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖為主，且地層相對較緩，構(gòu)造較簡單，為煤層氣資源的儲集和保存提供了較為有利的條件。

（2）研究區(qū)煤層氣分布規(guī)律分析顯示5號煤層含氣量主要分布于4.00ml/g·ad～8.00ml/g·ad，中部含氣量較高，能達到15.00ml/g·ad。研究區(qū)潛在煤層氣資源量93.36×108m3，儲量屬中型規(guī)模，煤層氣資源分布集中、品位較高，具備大規(guī)?？碧介_發(fā)的資源優(yōu)勢，開展煤層氣發(fā)電、液化等利用項目的前景廣闊。

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