沁水盆地南部構(gòu)造對煤儲層控氣因素的影響

李　萌　孫嬌鵬

摘要:本文通過對沁水盆地南部古生代晚期煤儲層構(gòu)造發(fā)展史、現(xiàn)今構(gòu)造狀態(tài)、儲層應(yīng)力狀態(tài)等因素的探討,分析其對煤階、滲透性、以及對氣藏等封閉狀態(tài)的影響,綜合分析區(qū)內(nèi)煤儲層的滲透性、生烴能力狀況,解釋構(gòu)造對該區(qū)煤層氣的控氣因素的影響

關(guān)鍵字:沁水盆地;構(gòu)造;煤儲層;控氣

引言

沁水盆地南部煤層氣田位于沁水復(fù)向斜南部晉城地區(qū),東臨太行山隆起,西臨霍山凸起,南為中條山隆起,北部以北緯30度線為界連接沁水盆地腹部,總體構(gòu)造形態(tài)為一完整的馬蹄形斜坡帶,地層寬闊平緩,地層傾角平均只有4度左右,斷層不發(fā)育,僅南部有一組北東向——東西向正斷層組成的弧形斷裂帶。區(qū)內(nèi)低緩平行褶皺普遍發(fā)育,展布方向以北北東向和近南北向?yàn)橹?褶皺的面積和幅度都很小,呈長軸線型褶皺。沁水盆地?fù)?jù)初期勘探證明是高儲量、高滲透性地帶。

1 區(qū)內(nèi)構(gòu)造演化概史及影響:

沁水盆地南部地區(qū)在石炭、二疊系沉積了本溪組、太原組、山西組的優(yōu)質(zhì)煤,煤體經(jīng)受了印支期近南北向擠壓應(yīng)力場和燕山一喜馬拉雅早期Nw-SE向擠壓應(yīng)力場,在沁水盆地普遍存在。擠壓作用使本區(qū)整體成為NE向褶皺,西部的寺頭正斷層進(jìn)一步強(qiáng)化,與之平行的近NE、NNE向的、規(guī)模較小的正斷層形成。喜馬拉雅晚期NNE-SSW 方向的擠壓作用,形成區(qū)內(nèi)規(guī)模較大、疊加在燕山一喜馬拉雅早期NE 向褶皺之上的Nw 向褶皺,此時(shí)的寺頭斷層由原來的張性逐漸轉(zhuǎn)化為壓性。第四系以來的新構(gòu)造運(yùn)動期,伴隨著霍山和太行山的不斷隆起,在區(qū)內(nèi)產(chǎn)生的NE-sw 向的近水平擠壓應(yīng)力場,形成了Nw 向小褶皺,這種構(gòu)造應(yīng)力場一直持續(xù)到現(xiàn)在

斷裂性質(zhì)以正斷層居多,斷層延伸方向以NE向?yàn)橹?這說明區(qū)內(nèi)斷層主控應(yīng)力場是WWN方向,局部呈近EW 向和NW 向延伸。斷層主要分布在盆地西北部的西山一汾西一霍州一帶和盆地東南邊緣的襄垣一長治一高平一帶。深部斷層有數(shù)量、規(guī)模逐步減少的趨勢;從井下采煤揭露的情況看,斷層的密度比較稀少。位于晉中斷陷西側(cè)的斷裂可能是太原期就己存在的同沉積斷層,它的存在直接決定西山煤田與周邊地區(qū)的地層在巖性、巖相、厚度和含煤性等的差異。晉中斷陷與臨汾斷陷為兩個(gè)新生代張性應(yīng)力作用下形成的斷陷盆地,新生代地層厚度逾公里,斷陷盆地周邊的斷層的斷距一般較大

結(jié)合實(shí)地構(gòu)造狀況分析:

a.聚煤期構(gòu)造穩(wěn)定,后期構(gòu)造變形微弱,基本上保留了原型盆地構(gòu)造面貌的向斜盆地的環(huán)狀斜坡帶,有利于煤層氣的生成和聚集。

b.在向斜盆地的環(huán)狀斜坡帶上,以次級寬緩褶皺為主,并由走向北東東向、北西向、近東西向和北東-東西向四組斷裂系所圍限的區(qū)塊,是煤層氣富集的有利地區(qū)。

c.褶皺構(gòu)造與煤層氣賦存密切相關(guān),其中有利區(qū)塊內(nèi)的向斜構(gòu)造是主要的賦氣構(gòu)造

2 應(yīng)力場對儲層的控制解析

應(yīng)力場主應(yīng)力差對煤層裂隙壁距和滲透率的影響存在2種效果截然相反的情況。一種是當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力場最大主應(yīng)力方向與巖層優(yōu)勢裂隙組發(fā)育方向致時(shí),裂隙面實(shí)質(zhì)上受到相對拉張作用,主應(yīng)力差越大,相對拉張效應(yīng)越強(qiáng),越有利于裂隙壁距的增大和滲透率的增高。而在最大主應(yīng)力方向與巖層優(yōu)勢裂隙組發(fā)育方向垂直時(shí),裂隙面受到擠壓作用,主應(yīng)力差越大,擠壓效應(yīng)越強(qiáng),裂隙壁距則減小甚至密閉,滲透率降低。也就是說,構(gòu)造應(yīng)力實(shí)質(zhì)上是通過對天然裂隙開合程度的控制而對儲層原始滲透率施加影響,因此在多期以拉張應(yīng)力為主的構(gòu)造應(yīng)力場的作用下,南部地區(qū)的煤巖體變形相對較強(qiáng),使得煤體遭受一定程度的破壞,形成了裂隙極為發(fā)育的碎裂煤。這些區(qū)域往往位于褶皺的軸部,特別是多期褶皺軸部的疊加部位,是高滲儲層的分布區(qū),盡管本區(qū)煤級變質(zhì)程度較高,以貧煤、無煙煤為主,但煤層割理仍很發(fā)育且開啟程度較好,割理密度可達(dá)530～580條,m,延伸長度0.01～1.0m,寬度0.1～3llnTl,割理充填不明顯。為煤層氣的儲層運(yùn)移提供了極為優(yōu)異的場所,使生成的大量烷烴儲存在煤儲層中。

區(qū)內(nèi)煤儲層與其蓋層(頂板巖石)中天然裂隙優(yōu)勢發(fā)育方向基本上是正交的,即在同一一構(gòu)造應(yīng)力場作用下,主應(yīng)力差對煤儲層表現(xiàn)為拉張作用的負(fù)值,而在蓋層巖石卻表現(xiàn)為起擠壓作用的正值。在這種受力狀況下:頂板節(jié)理密閉性隨主應(yīng)力差的增大而增強(qiáng),有效地提高了煤儲層的封蓋能力,有利于煤層氣的富集;而煤儲層裂隙的張開度隨主應(yīng)力差的增大而加大,增強(qiáng)了煤儲層的滲透能力,為煤層氣高產(chǎn)創(chuàng)造了極其有利的條件。

而在水平方向上,煤儲層處在區(qū)域性的構(gòu)造應(yīng)力場中,受水平構(gòu)造應(yīng)力的作用,因此,水平主壓應(yīng)力越大,儲層壓力也就越高。沁水盆地南部地區(qū)的注入/壓降試井測試地應(yīng)力資料作了統(tǒng)計(jì),具體是:3號煤層地應(yīng)力為2.90～ 10.60 MPa,平均6.89 MPa,地應(yīng)力梯度為0.98～ 2.04MPa/100m,平均1.46MPa 100m;1 5號煤層地應(yīng)力為2.93～13.61MPa,平均10.13MPa,地應(yīng)力梯度為0.95～2.25MPa/100m,平均1.76MPa/100m。大于靜水壓力梯度,屬于高壓區(qū),其控制孔裂隙流體壓力,提高孔裂隙的儲層壓力,使得大量煤層甲烷吸附在煤基質(zhì)塊煤基質(zhì)塊上,利于煤層氣的富集,且承受著高壓,開采時(shí)利于煤層氣的大量迅速出氣。

3 構(gòu)造引發(fā)的熱運(yùn)動對控氣的影響

在沁水盆地的構(gòu)造演化史中,由于巖漿的侵入提高了區(qū)內(nèi)地區(qū)的煤變質(zhì)程度。巖漿運(yùn)動對煤儲層含氣量的影響主要通過其熱運(yùn)動對煤的變質(zhì)程度的影響直接控制產(chǎn)氣量來制約其控氣因素的。已有資料證實(shí),在太原西山煤田西部和臨汾到侯馬一帶有二長斑巖和閃長巖類出露,物探資料推測在太谷一平遙間有一閃長巖侵入體,昔陽地區(qū)有玄武巖出露。這些燕山期和喜山期的產(chǎn)物,對石炭二疊紀(jì)煤系的影響各異,沁水盆地南部地區(qū),晉城-陽城一帶有燕山期的閃長巖、花崗斑巖等巖體侵入,使該區(qū)的煤變質(zhì)程度較高,鏡質(zhì)組反射2.75%-3.99%,屬于無煙煤,在此變質(zhì)程度下煤層出氣量將達(dá)到最高水平。

構(gòu)造運(yùn)動的塊體運(yùn)動在豎直方向上體現(xiàn)為升降運(yùn)動,地層要接受深層埋藏。經(jīng)勘探,石炭二疊紀(jì)煤系埋藏深度在數(shù)公里,受到地?zé)岬挠绊?在深埋藏的條件下,利于煤的變質(zhì),對生烴強(qiáng)度有著促進(jìn)作用

結(jié)束語

沁水盆地南部地區(qū)古生代晚期的煤層具有較強(qiáng)的生烴能力,且孔裂隙發(fā)育,儲層儲氣性良好,且開采的煤層氣排放條件良好,適于大規(guī)模商業(yè)開發(fā)。

參考文獻(xiàn)

[1]沁南煤層氣藏高滲區(qū)預(yù)測.孫平.王一兵.

[2]沁水盆地煤與煤層氣地質(zhì)條件.冀濤.楊德義.

[3]沁水盆地煤儲層滲透性影響因素研究.孫立東,趙永軍.

[4]沁水盆地南部地應(yīng)力特征及高產(chǎn)區(qū)帶預(yù)測劉洪林,王勃,王烽,李貴中,秦勇.

[5]煤層氣地質(zhì)學(xué).中國礦業(yè)大學(xué)出版社.

[6]沁水盆地南部構(gòu)造演化史.

[7]古生物地質(zhì)學(xué).中國礦業(yè)大學(xué)出版社.曾勇等.