鄂爾多斯盆地延川南2號煤層煤相分析

馬偉竣

(中石化華東分公司石油勘探開發(fā)研究院，江蘇 210036)

鄂爾多斯盆地延川南2號煤層煤相分析

馬偉竣

(中石化華東分公司石油勘探開發(fā)研究院，江蘇 210036)

鄂爾多斯盆地延川南區(qū)塊山西組2號煤層為該區(qū)主力煤層，但成煤環(huán)境、煤相類型不明，垂向演化規(guī)律不清，制約了高產(chǎn)富集因素分析和有利區(qū)優(yōu)選。本文通過對延川南區(qū)塊山西組沉積特征和2號煤層煤巖學和煤化學分析，探討了煤層的成煤環(huán)境、煤質(zhì)特征、煤相類型及演化規(guī)律，為后續(xù)煤層氣的勘探開發(fā)研究奠定了理論基礎(chǔ)。研究結(jié)果表明:本區(qū)2號主力煤層成煤環(huán)境為三角洲平原泥炭沼澤;2號煤層煤相可劃分為潮濕森林沼澤相、較淺覆水森林沼澤相、較深覆水森林沼澤相;成煤植物以木本為主，其次為草本植物;煤層鏡質(zhì)組含量較高，有利于割理的發(fā)育，鏡質(zhì)組中以均質(zhì)鏡質(zhì)體、基質(zhì)鏡質(zhì)體為主;垂向上，自下而上成煤泥炭沼澤覆水程度經(jīng)歷了先加深后變淺的過程。

成煤環(huán)境;煤質(zhì)特征;煤相類型;延川南

1 區(qū)域地質(zhì)背景

延川南區(qū)塊位于晉陜交界處，構(gòu)造上位于鄂爾多斯盆地東南緣，隸屬于渭北隆起和晉西撓褶帶交匯處，面積701.4km2，含煤面積672km2。地層西傾，總體形態(tài)為一簡單的單斜，具有構(gòu)造平緩、斷裂少、活動微弱、構(gòu)造穩(wěn)定的特點。延川南山西組發(fā)育一套三角洲平原沉積，巖性以細砂巖、粉砂巖及泥巖為主，主力煤層2號煤層位于山西組的下部，煤層頂?shù)装逯饕獮槟鄮r，局部頂板為致密砂巖，封隔性較好。煤變質(zhì)程度較高，煤階主要為貧煤-無煙煤。

2 山西組2號煤層沉積學特征

山西組時期，海水全部退出，延川南平緩的地形使得該區(qū)的的沉積相為淺水三角洲，主要由分流河道、河口砂壩微相和分流間灣微相組成，其特點是分流河道沉積極為發(fā)育，前三角洲相對不發(fā)育，三角洲平原以分流河道沉積為主。分流河道常對下伏沉積物強烈沖刷，切割先期沉積物乃至海相沉積物在內(nèi)的深水沉積。分流河道巖性由灰白色中粒巖屑石英砂巖組成，夾泥質(zhì)條帶，常對下伏地層造成沖刷，發(fā)育平行層理、板狀交錯層理等，具有自下而上變細的粒度旋回 (圖1)。自然伽馬曲線呈箱型或圣誕樹型。概率粒度累積曲線一般為兩段式，分選中等，主要由跳躍總體組成，懸浮總體含量較少，常缺乏滾動總體，跳躍總體與懸浮總體之間發(fā)育過渡帶 (圖2)，延川南2號煤層成煤環(huán)境為三角洲平原分流間灣泥炭沼澤。

圖1 S5井沉積微相剖面

圖2 分流河道砂巖概率粒度曲線

3 煤巖學特征

3.1 宏觀煤巖特征

區(qū)內(nèi)2號煤層以光亮煤為主，其次為半亮煤(圖3)。成份為亮煤、鏡煤，致密較硬，性脆易破裂，光澤強，玻璃光澤，裂隙發(fā)育，裂隙多方向，局部裂隙中被方解石充填。在煤層中下部灰黑色含炭質(zhì)泥巖夾矸，泥巖中見黃鐵礦團塊。煤體結(jié)構(gòu)以碎裂煤為主，其次為碎粒煤。

3.2 顯微煤巖特征

2號煤層以腐殖型為主，鏡質(zhì)組含量較高(58% ～75%)，平均含量為62.8%，惰質(zhì)組含量中等 (9.2% ～44.3%)，平均含量為32%。鏡質(zhì)組中以均質(zhì)鏡質(zhì)體C1(10.8% ～49.3%)、基質(zhì)鏡質(zhì)體C2(12.6% ～44.4%)占大多數(shù)，碎屑鏡質(zhì)體VD(3.4% ～5.8%)少量。惰性組中以絲質(zhì)體F(5.2% ～29.1%)為主，半絲質(zhì)體SF(3.8% ～14.7%)次之，含有少量粗粒體Ma和惰屑體ID(表1，圖4、圖5)。該區(qū)高鏡質(zhì)組含量具有很高的生氣能力，也有利于煤層中的微裂隙發(fā)育，而且在亞顯微組分中鏡質(zhì)組以均質(zhì)鏡質(zhì)體為主也更利于裂隙的發(fā)育。

圖3 延川南2號煤層煤巖類型及煤體結(jié)構(gòu)圖

圖4 基質(zhì)鏡質(zhì)體、粗粒體和絲質(zhì)體

圖5 均質(zhì)鏡質(zhì)體和惰屑體

4 2號煤層煤相劃分

根據(jù)前面沉積分析，2號煤層形成的總體環(huán)境為三角洲平原泥炭沼澤環(huán)境沉積，但在煤層的形成過程中存在沼澤覆水情況、水體活動強度和氣候干濕程度的變化，因此在煤層內(nèi)部形成了不同的成因類型。煤相的劃分則是區(qū)分出不同泥炭沼澤環(huán)境的成因要素組合類型。本文主要應用TPI-GI各種煤巖學、煤化學參數(shù)的變化特征進行煤相類型的劃分和煤相分析。

4.1 煤相劃分方法

TPI-GI圖解是最經(jīng)典也是目前引用最為廣泛的煤相分析方法。本文應用 Diessel提出的TPI、GI兩個煤相參數(shù)，編制了2號煤層的TPI-GI煤相圖解。凝膠化指數(shù) (GI)主要表明泥炭沼澤的氧化還原性，GI值高，說明泥炭沼澤覆水深，無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體占優(yōu)勢，凝膠化作用強。結(jié)構(gòu)保存指數(shù) (TPI)主要表明泥炭沼澤的埋藏速度和沼澤基底的構(gòu)造沉降速度，TPI值高，說明成煤植物中木本植物比草本植物比例大。本文采用TPI、GI指數(shù)，其計算結(jié)果見表2。

表2 延川南山西組2號煤層TPI、GI計算結(jié)果表

GI(凝膠化指數(shù))=(鏡質(zhì)組+粗粒體)/(絲質(zhì)體+半絲質(zhì)體+碎屑惰質(zhì)體)

TPI(結(jié)構(gòu)保存指數(shù))=(結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體+均質(zhì)鏡質(zhì)體+絲質(zhì)體+半絲質(zhì)體)/(基質(zhì)鏡質(zhì)體+碎屑鏡質(zhì)體+粗粒體+碎屑惰質(zhì)體)

4.2 煤相劃分結(jié)果

根據(jù)2號煤層成因的劃分，將2號煤層劃分為三種煤相類型:潮濕森林沼澤相、較淺覆水森林沼澤相、較深覆水森林沼澤相 (圖6)，其煤相特征如下:

(1)潮濕森林沼澤相

其特征為煤層顯微組分以鏡質(zhì)組為主，惰質(zhì)組稍次，鏡質(zhì)組中以均質(zhì)鏡質(zhì)體和基質(zhì)鏡質(zhì)體為主。GI(凝膠化指數(shù))介于1～5之間，TPI(結(jié)構(gòu)保存指數(shù))大于1，鏡惰比小于2，灰分含量相對較低，小于10%，夾矸厚度小于0.5m。

(2)較淺覆水森林沼澤相

其特征為由于沼澤水體相對潮濕森林環(huán)境有所加深，還原環(huán)境更好，有利于煤的保存，所以鏡質(zhì)組含量有所升高，GI(凝膠化指數(shù))介于5～10之間，TPI(結(jié)構(gòu)保存指數(shù))大于1，鏡惰比值中等，灰分含量 10% ～15%，夾矸厚度 0.5～1m左右。

(3)較深覆水森林沼澤相

其特征是以鏡質(zhì)組占絕對優(yōu)勢，其它組分較少，鏡質(zhì)組中又以均質(zhì)鏡質(zhì)體占優(yōu)勢，含較少的碎屑鏡質(zhì)體和絲質(zhì)體。GI(凝膠化指數(shù))大于10，TPI(結(jié)構(gòu)保存指數(shù))大于1，鏡惰比值較高，灰分含量較高，大于15%，夾矸厚度大于1m。

圖6 延川南山西組2號煤層TPI-GI煤相劃分圖

5 2號煤層煤相變化特征

鏡/惰比 (V/I)、灰分產(chǎn)率 (Aad)一直被用于解釋泥炭沼澤的形成環(huán)境。Smith把V/I比值看做是成煤泥炭遭受氧化程度的參數(shù)，一般來說，鏡質(zhì)組形成于潮濕還原環(huán)境，而惰質(zhì)組則形成于干燥氧化環(huán)境，V/I＜1時指示成煤泥炭曾暴露于氧化環(huán)境?；曳挚梢栽谝欢ǔ潭壬戏从吵擅耗嗵空訚傻乃弧；曳值脑龈呖梢哉f明泥炭層的水動力條件流動性增大，由覆水的低位泥炭形成的煤，其灰分高于高位泥炭形成的煤。煤中硫含量主要取決于泥炭沼澤水體的氧化還原程度。

(1)所有井的煤巖樣品的鏡/惰比值都大于1，2號煤層的灰分含量總體較低 (表2)，這與沉積分析為三角洲平原泥炭沼澤相和煤相的劃分結(jié)果有很好的一致性。

(2)S4井2號煤層自下而上GI值先增大后減小，TPI和V/I(鏡質(zhì)體/惰質(zhì)體)先減小后增大(表2)，這表明2號煤層成煤時期泥炭沼澤的覆水程度由下到上經(jīng)歷了先加深后變淺的過程。

6 結(jié)論

(1)延川南山西組時期為三角洲平原沉積，巖性以灰色細粉砂巖和泥巖為主，山西組2號煤層的成煤環(huán)境為三角洲平原泥炭沼澤，為形成穩(wěn)定的2號煤層奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)。

(2)延川南2號煤層煤相可劃分為潮濕森林沼澤相、較淺覆水森林沼澤相、較深覆水森林沼澤相;成煤植物以木本為主，其次為草本植物。

(3)延川南2號煤層鏡質(zhì)組含量較高，有利于割理的發(fā)育，鏡質(zhì)組中以均質(zhì)鏡質(zhì)體、基質(zhì)鏡質(zhì)體為主，垂向上，自下而上成煤泥炭沼澤覆水程度經(jīng)歷了先加深后變淺的過程。

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Analysis of Coal Facies of No.2 Coal Seam in Yanchuannan Block of Erdos Basin

MA Weijun
(Petroleum Exploration and Development Institute，East China Branch of SINOPEC，Jiangsu 210036)

The No.2 coal seam of Shanxi Formation is the main coal seam on the Yanchuannan Block in Erdos Basin，but its coal forming environment，coal facies and vertical evolution is not clear，which restricts the enrichment factor analysis and favorable zone optimization.In this paper，the coal forming environment，features of coal properties，coal facies and evolution regulation of the coal seam are discussed by analyzing the sedimentary characteristics of Shanxi Formation，as well as the coal petrology and the chemical feature，which will lay a solid foundation for CBM exploration and development.It is concluded that the coal forming environment of No.2 coal seam is the peat bog of delta plain and its coal facies can be divided into the wet，the shallow and the deep water of the forest peat bog.The coal seam with high vitrinite content which mainly is the homocollinite and the desmocollinite is good for cleat growth，and the water depth of the peat bog becomes deeper firstly，then became shallower.

Coal forming environment;feature of coal properties;coal facies;Yanchuannan

中國石油化工股份有限公司華東分公司重點項目

馬偉竣，男，工程師，主要從事非常規(guī)油氣勘探開發(fā)研究工作。

(責任編輯 韓甲業(yè))