鄂尔多斯盆地南北部侏罗系煤层含气性差异分析

　第４７卷第４期煤炭科学技术Ｖｏｌ􀆰４７　Ｎｏ􀆰４　　２０１９年４月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ａｐｒ.２０１９　移动扫码阅读贾秉义ꎬ晋香兰.鄂尔多斯盆地南北部侏罗系煤层含气性差异分析[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１９ꎬ４７(４):１９３－１９８.ｄｏｉ:１０􀆰１３１９９/ｊ􀆰ｃｎｋｉ􀆰ｃｓｔ􀆰２０１９􀆰０４􀆰０３２ＪＩＡＢｉｎｇｙｉꎬＪＩＮＸｉａｎｇｌａｎ.ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｇａｓｂｅａｒｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆＪｕｒａｓｓｉｃｃｏａｌｂｅｔｗｅｅｎＳｏｕｔｈｅｒｎａｎｄＮｏｒｔｈｅｒｎＯｒｄｏｓＢａｓｉｎ[Ｊ].ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１９ꎬ４７(４):１９３－１９８.ｄｏｉ:１０􀆰１３１９９/ｊ􀆰ｃｎｋｉ􀆰ｃｓｔ􀆰２０１９􀆰０４􀆰０３２鄂尔多斯盆地南北部侏罗系煤层含气性差异分析贾秉义ꎬ晋香兰(中煤科工集团西安研究院有限公司ꎬ陕西西安　７１００７７)摘　要:为了弄清造成鄂尔多斯盆地南北部侏罗系煤层含气性差异的主要原因ꎬ以盆地内煤层含气量与含气饱和度为基础ꎬ从煤层的生气能力、构造运动、水文地质条件与煤层顶底板岩性特征等４个方面进行了分析研究ꎮ结果表明ꎬ侏罗系煤层在盆地北部保存完整但含气性较差、南部保存不完整但含气性较好ꎮ南部煤层热演化程度较北部高ꎬ生气强度大ꎬ盆地南部地层水矿化度较盆地北部高ꎬ地下水动力条件较弱ꎬ有利于煤层气的富集和保存ꎬ而盆地南北部主要煤层顶底板岩性主要以泥岩为主ꎬ顶底板岩性对煤层气的富集影响大致相同ꎮ综合分析认为ꎬ影响鄂尔多斯盆地南北部侏罗系煤层含气性差异的主要因素是水文地质条件、构造运动和生气能力ꎮ关键词:煤层含气性ꎻ侏罗系ꎻ构造运动ꎻ生气能力ꎻ水文地质条件ꎻ鄂尔多斯盆地中图分类号:ＴＤ７１２ꎻＰ６１８　　　文献标志码:Ａ　　　文章编号:０２５３－２３３６(２０１９)０４－０１９３－０６ＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｇａｓｂｅａｒｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆＪｕｒａｓｓｉｃｃｏａｌｂｅｔｗｅｅｎＳｏｕｔｈｅｒｎａｎｄＮｏｒｔｈｅｒｎＯｒｄｏｓＢａｓｉｎＪＩＡＢｉｎｇｙｉꎬＪＩＮＸｉａｎｇｌａｎ(Ｘｉ’ａｎＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅꎬＣｈｉｎａＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＣｏｒｐ.ꎬＸｉ’ａｎ　７１００７７ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:ＩｎｏｒｄｅｒｔｏｆｉｎｄｏｕｔｔｈｅｍａｉｎｒｅａｓｏｎｓｆｏｒｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｇａｓｂｅａｒｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙｏｆＪｕｒａｓｓｉｃｃｏａｌｓｅａｍｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎａｎｄｓｏｕｔｈ￣ｅｒｎＯｒｄｏｓＢａｓｉｎꎬｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｇａｓｃｏｎｔｅｎｔａｎｄｇａｓｓａｔｕｒａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｓｅａｍｉｎｔｈｅｂａｓｉｎꎬｆｒｏｍｔｈｅｆｏｕｒａｓｐｅｃｔｓｏｆｔｈｅｃｏａｌｓｅａｍ'ｓｇａｓｇｅｎ￣ｅｒａｔｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙꎬｔｅｃｔｏｎｉｃｍｏｖｅｍｅｎｔꎬｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄｌｉｔｈｏｌｏｇｉｃｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｒｏｏｆａｎｄｆｌｏｏｒｏｆｃｏａｌｓｅａｍꎬｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｒｅｓｅａｒｃｈａｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔＪｕｒａｓｓｉｃｃｏａｌｓｅａｍｉｓｉｎｔａｃｔｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｐａｒｔｏｆｔｈｅｂａｓｉｎꎬｂｕｔｈａｓｐｏｏｒｇａｓｃｏｎｔｅｎｔꎬｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎｐａｒｔｉｓｉｎｃｏｍｐｌｅｔｅｂｕｔｈａｓｇｏｏｄｇａｓｃｏｎｔｅｎｔ.Ｔｈｅｄｅｇｒｅｅｏｆｔｈｅｒｍａｌｅｖｏｌｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏａｌｓｅａｍｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈꎬａｎｄｔｈｅｇａｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙｉｓｓｔｒｏｎｇꎬｔｈｅｍｉｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎｄｅｇｒｅｅｏｆｆｏｒｍａｔｉｏｎｗａｔｅｒｉｎｔｈｅｓｏｕｔｈｅｒｎｐａｒｔｏｆｔｈｅｂａｓｉｎｉｓｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎｐａｒｔｏｆｔｈｅｂａｓｉｎꎬａｎｄｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｃｏｎｄｉｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｗａｔｅｒｉｓｗｅａｋꎬｗｈｉｃｈｉｓｆａｖｏｒａｂｌｅｆｏｒｔｈｅｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔａｎｄｐｒｅｓ￣ｅｒｖａｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅ.Ｔｈｅｒｏｏｆａｎｄｆｌｏｏｒｏｆｔｈｅｍａｉｎｃｏａｌｓｅａｍｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈａｎｄｓｏｕｔｈｏｆｔｈｅｂａｓｉｎｉｓｍａｉｎｌｙｍｕｄｓｔｏｎｅꎬａｎｄｔｈｅｉｎ￣ｆｌｕｅｎｃｅｏｆｔｈｅｍｏｎｃｏａｌｂｅｄｍｅｔｈａｎｅｉｓａｌｍｏｓｔｔｈｅｓａｍｅ.Ｔｈｅｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅａｎａｌｙｓｉｓｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｍａｉｎｆａｃｔｏｒｓａｆｆｅｃｔｉｎｇｔｈｅｇａｓ－ｂｅａｒｉｎｇｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔｈｅＪｕｒａｓｓｉｃｃｏａｌｓｅａｍｉｎｔｈｅｎｏｒｔｈｅｒｎａｎｄｓｏｕｔｈｅｒｎＯｒｄｏｓＢａｓｉｎａｒｅｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎬｔｅｃｔｏｎｉｃｍｏｖｅｍｅｎｔａｎｄｖｉ￣ｔａｌｉｔｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｇａｓｂｅａｒｉｎｇｐｒｏｐｅｒｔｙꎻＪｕｒａｓｓｉｃꎻｔｅｃｔｏｎｉｃｍｏｖｅｍｅｎｔꎻｇａｓｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｐｏｔｅｎｔｉａｌꎻｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓꎻＯｒｄｏｓＢａｓｉｎ收稿日期:２０１８－１１－１５ꎻ责任编辑:王晓珍基金项目:国家科技重大专项资助项目(２０１６ＺＸ０５０４５－００２－００１ꎬ２０１６ＺＸ０５０４５－００２－００２)作者简介:贾秉义(１９８８—)ꎬ男ꎬ山西朔州人ꎬ助理研究员ꎮＥ－ｍａｉｌ:[e-mail]通讯作者:晋香兰(１９７６—)ꎬ女ꎬ山西运城人ꎬ研究员ꎬ博士ꎮＥ－ｍａｉｌ:[e-mail]０　引　　言鄂尔多斯盆地是一个周缘被造山带或构造活动带围限的世界级能源盆地ꎬ发育有石炭二叠系、三叠系、侏罗系等含煤地层ꎬ其中侏罗系含煤地层在盆地内广泛分布ꎬ含煤１０~１５层ꎬ煤层总厚度５~４８ｍꎬ可采及局部可采煤层５~８层ꎬ单层厚度０~９ｍꎬ累计厚度多为５~１０ｍꎬ最大超过３０ｍ[１]ꎮ全盆地划３９１２０１９年第４期煤炭科学技术第４７卷分为１５个煤田ꎬ其中石炭二叠系７个、三叠系１个、侏罗系７个[２]ꎮ目前针对侏罗系煤层气进行勘探开发的区域主要集中在盆地南部的彬长、焦坪等地ꎬ且开发效果较盆地北部的乌审旗等地好ꎮ煤层含气性是煤层气富集的基础条件ꎬ是决定煤层气勘探开发前景的核心因素ꎬ弄清煤层含气性分布特征及其影响地质因素ꎬ对煤层气有利区块选取ꎬ开发工程部署等具有重要意义ꎮ煤层含气性与煤层的生气能力、储集能力、保存条件等密切相关ꎮ鄂尔多斯盆地侏罗系煤层变质程度整体较低ꎬ煤层吸附性能较弱ꎬ因此ꎬ造成盆地南北部煤层含气性差异的因素主要包括生气能力、构造运动、水文地质条件和顶底板岩性等地质条件ꎮ前人关于鄂尔多斯盆地侏罗系煤层气的研究主要集中在盆地的局部地区ꎬ潘新志等[３]对神府地区煤层气勘探潜力进行了分析研究ꎬ许浩等[４]对盆地西部煤层气储层特征和有利区块进行了预测分析ꎮ研究内容上则主要集中在煤层气的生气条件[５]、储层特征[６－７]、富集规律、成藏条件和特征、排采工艺制度[８]等方面ꎬ而从盆地角度去分析讨论南北部侏罗系煤层含气性差异的研究尚未见报道ꎮ为此ꎬ笔者以煤层含气量和含气饱和度数据为基础ꎬ从生气能力、构造运动、水文地质条件、顶底板岩性等方面进行分析研究ꎬ探讨鄂尔多斯盆地南北部侏罗系煤层含气性差异的影响因素ꎬ为盆地煤层气勘探开发提供更加详实精细的理论基础ꎮ１　煤层含气性１.１　含气量分布特征鄂尔多斯盆地侏罗系煤层含气性测试数据分布不均ꎬ主要集中在盆地南部彬县、焦坪、黄陵、麟游和北部的乌审旗等地ꎮ煤层含气量整体较低ꎬ空气干燥基含气量０.１１~４.３３ｍ３/ｔꎬ平均含气量１.８３ｍ３/ｔ(表１)ꎮ平面上煤层含气性呈现南高北低的趋势ꎻ其中ꎬ黄陵矿区煤层含气量平均２.３４ｍ３/ｔꎬ焦坪矿区４.１１ｍ３/ｔꎬ杨家坪井田２.７９ｍ３/ｔꎻ北部的乌审旗含气量０.２１~１.０２ｍ３/ｔꎮ垂向上ꎬ下部煤层的含气量高于上部煤层ꎬ随煤层埋深的增大ꎬ含气量整体上略呈增加趋势ꎬ但１０００ｍ以浅ꎬ煤层含气量与埋深的正相关性较差ꎮ同一煤层在不同地区含气量差异也较大ꎮ如盆地南部普遍发育的４号煤层ꎬ在东部黄陵、焦坪等地的空气干燥基含气量为２.７０~２.９３ｍ３/ｔꎻ而向西部的大佛寺、杨家坪ꎬ其含气量略低ꎬ空气干燥基含气量１.４２~１.７９ｍ３/ｔꎬ再向深部的庆阳、宁县地区ꎬ煤层空气干燥基含气量仅１.６８ｍ３/ｔꎮ而位于盆地北部的乌审旗地区煤层含气量为０.１~６.５ｍ３/ｔꎬ大部分钻孔测试资料显示煤层含气量小于１ｍ３/ｔꎮ　表１　鄂尔多斯盆地侏罗系延安组煤层含气量分布Ｔａｂｌｅ１　ＧａｓｃｏｎｔｅｎｔｔｏＹａｎ’ａｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＪｕｒａｓｓｉｃｉｎＯｒｄｏｓＢａｓｉｎ地区煤层含气量/(ｍ３􀅰ｔ－１)空气干燥基干燥无灰基黄陵２０.５４~０.９０/０.７２(２)０.６０~１.１４/０.８７(２)３０.１１~４.３２/２.３８(３)０.１７~４.９７/２.７５(３)４２.７０４.０６杨家坪大佛寺２０.４０~０.５２/０.４６(２)０.５２~０.７０/０.６１(２)３０.２７~３.９０/１.７９(７)０.３３~４.４７/２.０５(７)４０.４８~４.３３/３.５３(６)０.６０~５.５４/４.３８(６)４０.７２~１.９７/１.４２(４)０.８７~２.２８/１.６６(４)庆阳３０.２５~１.５４/０.８６(７)０.２８~１.７８/１.０３(７)４０.２１~２.３２/１.６８(６)０.２５~２.７３/２.０１(６)５０.２１~２.６５/１.９４(８)０.２５~３.１７/２.３４(８)焦坪乌审旗３４.０９４.６８４２.９３３.５４３０.２００.２１５０.９１１.０２　　注:表中数据０.５４~０.９０/０.７２(２)表示最小值~最大值/平均值(样品数)ꎮ１.２　含气饱和度鄂尔多斯盆地不同煤层气井的含气饱和度差别较大(表２)ꎮ总体上ꎬ盆地内低煤阶煤层含气饱和度较低ꎬ饱和度１０％的样品占３０％以上ꎬ饱和度２５％的样品占５８％以上ꎬ饱和度５０％的样品较少ꎬ总体上属于欠饱和储层ꎮ垂向上ꎬ不同煤层的含气饱和度差异较大ꎬ但是整体上呈现出随埋深增加含气饱和度增加的趋势ꎮ如盆地南部彬县杨家坪井田上部２号煤层含气饱和度低于１０％ꎬ中部３号煤层含气饱和度最高达４１.８８％ꎬ下部４号煤层含气饱和度最高达５８.４３％ꎻ北部乌审旗上部煤层含气饱和度低于１０％ꎬ下部煤层含气饱和度高于１０％ꎬ尽管含气饱和度整体偏低ꎬ但也展现出含气饱和度随深度的变化趋势ꎮ不同地区不同煤层含气饱和度的差异较大ꎬ说明制约含气饱和度的因素比较复杂ꎮ除了构造、顶底板岩性、水文地质等保存条件外ꎬ作为低煤阶煤储层ꎬ具有较高比例的游离气可能也是含气饱和度偏低的重要原因[７]ꎮ４９１贾秉义等:鄂尔多斯盆地南北部侏罗系煤层含气性差异分析２０１９年第４期表２　鄂尔多斯盆地侏罗系延安组煤层含气饱和度统计Ｔａｂｌｅ２　ＧａｓｓａｔｕｒａｔｉｏｎｔｏＹａｎ’ａｎｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆＪｕｒａｓｓｉｃｉｎＯｒｄｏｓＢａｓｉｎ地区煤层煤层埋深/ｍ朗格缪尔体积ＶＬ/(ｍ３􀅰ｔ－１)朗格缪尔压力ＰＬ/ＭＰａ储层压力Ｐ/ＭＰａ含气饱和度/％黄陵２３９４.６０~４１４.６０１３.１５~１３.７５３.９８~３.８４２.３７~２.４９１０.６７~１７.１６３３４４.０５~４３１.１３１１.９７~１５.２９３.６７~４.７９１.３６~３.０４３.００~１００４３５５.９５１６.３２４.２７２.１４４９.６２杨家坪２７８９.５６~８５０.７５１０.２９~１１.４７４.５８~５.１７７.７４~８.３４１０３８１７.４７~９１０.５６１０.５５~１６.０１４.