黔西地區(qū)紅果區(qū)塊煤層氣資源評(píng)價(jià)與勘探潛力分析

周德華，李倩文，蔡勛育，陳 剛

（1.中國(guó)石化油田事業(yè)部，北京100728；2.中國(guó)石化石油勘探開(kāi)發(fā)研究院非常規(guī)資源研究所，北京100083）

黔西地區(qū)是我國(guó)煤層氣資源最為豐富的地區(qū)之一，總資源量高達(dá)5.022 6×1012m3，其中埋藏深度在200～1 500 m的煤層氣資源量就占總資源量的50%以上[1]，主要存在于上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M（P2l）和長(zhǎng)興組（P2c）層系內(nèi)，多分布在褶皺帶殘留向斜中[2]。之前研究表明，亦資孔向斜、巖腳向斜、格木底向斜是黔西最為有利的煤層氣勘探開(kāi)發(fā)盆地[1-5]，其中亦資孔盆地含煤面積1 362 km2，含氣煤層面積占61.45%，煤層氣資源總量3 587.8×108m3[4]。紅果區(qū)塊位于亦資孔向斜盤關(guān)次向斜（圖1），煤層氣勘探程度較低，煤層氣基本地質(zhì)條件、有利目標(biāo)及資源前景等缺乏系統(tǒng)研究和整體評(píng)價(jià)。因此，本文從區(qū)塊煤層氣成藏地質(zhì)條件出發(fā)，統(tǒng)計(jì)分析該區(qū)煤田鉆孔以及5口煤層氣井的煤樣相關(guān)測(cè)試參數(shù)以及分布規(guī)律，綜合煤層展布特征、煤質(zhì)特征、物性特征、含氣性特征和保存條件等，對(duì)紅果區(qū)塊煤層氣的資源潛力和富氣區(qū)進(jìn)行了評(píng)價(jià)與優(yōu)選，指出該區(qū)塊下一步煤層氣勘探方向。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

紅果區(qū)塊位于貴州省黔西地區(qū)六盤水盤縣，構(gòu)造上位于亦資孔向斜西北部盤關(guān)次向斜（圖1）。自晚二疊世煤系形成以來(lái)主要經(jīng)歷了印支運(yùn)動(dòng)、燕山運(yùn)動(dòng)和喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)，其中燕山期NW-SE向強(qiáng)烈擠壓變形和喜山期EW向擠壓及右行剪切改造對(duì)研究區(qū)影響顯著；該向斜處于楊梅山和盤縣兩個(gè)大型逆沖斷裂構(gòu)造的上盤，整體上呈一NE向延伸的短軸開(kāi)闊斜歪傾伏向斜，向斜軸跡在南部發(fā)生偏轉(zhuǎn)呈近NS向；北西側(cè)由NW向楊梅山逆沖斷裂為界、傾角35°～70°、斷裂帶長(zhǎng)約40 km、斷距約800 m、變形較為強(qiáng)烈，南東側(cè)與NNE 向盤縣逆沖斷裂相接、傾角50°～85°、斷裂帶長(zhǎng)約40 km、斷距約500～1 500 m，北側(cè)以NW向照子河逆斷裂為界、傾角65°～73°、斷裂帶長(zhǎng)約40 km、斷距約600～800 m。總體上盤關(guān)次向斜為一南窄北寬、向西凸出的弧形傾伏向斜，軸向NE30°～45°，往東北方向發(fā)展為一復(fù)式向斜，長(zhǎng)約45 km，寬12～20 km，含煤面積約605 km2；向斜內(nèi)部構(gòu)造較為簡(jiǎn)單，斷裂稀疏，展布方向與褶皺方向一致，地層傾角西陡東緩，總體上對(duì)于煤層氣成藏較為有利[4]。

圖1 亦資孔向斜盤關(guān)次向斜構(gòu)造Fig.1 Structure outline of Panguan syncline in Yizikong Basin

2 煤層氣地質(zhì)特征

2.1 煤層展布特征

紅果區(qū)塊主要發(fā)育上二疊統(tǒng)長(zhǎng)興組和龍?zhí)督M含煤地層，含煤層23～38層（圖2），煤層總厚度32.09～45.83 m，平均34.4 m，總體上該區(qū)煤層分布連續(xù)穩(wěn)定，是中國(guó)大陸南方二疊系煤系地層煤層總厚度最大的地區(qū)[6]。全區(qū)可采有4層，分別為12號(hào)、17號(hào)、18號(hào)、24號(hào)煤層，其中12號(hào)和17號(hào)煤層在全區(qū)分布穩(wěn)、厚度較大，是煤層氣主要勘探目的層。12號(hào)煤層厚度一般為1～4 m，具有自向斜中部向南、向北增厚的趨勢(shì)；17號(hào)煤層厚度一般為1～3.5 m，西南部厚度較大。區(qū)塊煤層埋藏深度較淺（圖3），由兩翼向軸部埋深逐步增加，軸部地區(qū)埋深超過(guò)1 500 m，向斜兩翼埋深一般小于500 m，其余地區(qū)埋深多在1 200 m以淺。從構(gòu)造和展布來(lái)看，盤關(guān)區(qū)塊構(gòu)造兩翼較寬緩，埋深適中，較有利于煤層氣勘探和開(kāi)發(fā)。

圖2 六盤水地區(qū)地層分層（據(jù)陳本金，等[3]改）Fig.2 Stratigraphic division of coal-bearing strata in the Liupanshui area（according to CHEN Benjin,et al[3]）

圖3 盤關(guān)次向斜12號(hào)煤層頂面埋深Fig.3 Burial depth of 12#coal seam in Panguan syncline

2.2 煤巖煤質(zhì)特征

區(qū)塊煤巖演化程度以中等變質(zhì)程度的肥煤和焦煤為主，Ro為0.9%～2.0%；自西向東由氣煤逐漸遞變?yōu)樨毭海▓D4），成條帶狀分布，總體上以深成熱變質(zhì)作用為主，東南部疊加巖漿熱變質(zhì)演化程度較高[6-7]，反映該區(qū)生烴潛力較大。宏觀類型以半暗煤為主，次為半亮煤；煤巖顯微組分以鏡質(zhì)組為主，含量為47.7%～95%，平均77%，向斜東翼含量最高達(dá)80%以上，垂向上從上到下鏡質(zhì)組含量表現(xiàn)為增大—減小—再增大的變化趨勢(shì)；惰質(zhì)組含量為10%～30%，殼質(zhì)組含量變化較大，為0～21%。

通過(guò)對(duì)區(qū)塊各井田煤質(zhì)特征進(jìn)行統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)，研究區(qū)灰分產(chǎn)率平均22.86%，各井田基本相當(dāng)；揮發(fā)分產(chǎn)率9.6%～38.45%，平均28.81%（圖5），向斜東部低于西部，總體上屬于中、高灰分、高揮發(fā)分煤。

圖4 盤關(guān)向斜上二疊統(tǒng)煤介分布Fig.4 Coal distribution of upper Permian in Panguan syncline

圖5 盤關(guān)次向斜各井田煤巖組分組成Fig.5 Maceral compositions of coal fields in Panguan syncline

2.3 煤儲(chǔ)層物性特征

上二疊統(tǒng)煤系中部的厚煤層煤體結(jié)構(gòu)多為粉狀、鱗片狀，煤系上、下部的煤層煤體結(jié)構(gòu)為塊狀、碎塊狀，煤巖割理發(fā)育，煤巖割理密度為每5 cm 7～83條[8]，煤層滲透率相對(duì)較高[9]。根據(jù)區(qū)內(nèi)5口井的注入壓降試井測(cè)試成果分析（表1），向斜東翼金竹坪井田滲透率為（0.004 4～0.416）×10-3μm2，向斜西翼亮山井田滲透率僅為（0.001～0.027 5）×10-3μm2，總體上表現(xiàn)為隨著煤層埋深增加滲透率逐漸降低。煤層埋深1 000 m以淺的煤巖滲透率相對(duì)較好，有利于煤層氣開(kāi)發(fā)[10-11]。

2.4 煤層含氣性特征

煤層含氣性與煤巖煤質(zhì)、煤層熱演化程度等有關(guān)[12]。一般來(lái)說(shuō)，煤層熱演化程度高、揮發(fā)分高則煤層含氣量亦高，煤的吸附能力越強(qiáng)[13]。依據(jù)5口鉆井煤心樣品的解吸測(cè)試數(shù)據(jù)，含氣量為10.98～26.3 m3/t，整體含氣量較高，且隨著煤層埋深增大而增高，明顯具有向斜核部控氣特征（圖6）。煤樣的等溫吸附試驗(yàn)顯示，Langmuir（蘭氏）體積為19.82～31.36 m3/t，Langmuir 壓力為1.22～3.13 MPa，表明該區(qū)煤層具有較好的吸附能力，這也是含氣量相對(duì)較高的原因之一。

表1 紅果區(qū)塊煤層滲透率統(tǒng)計(jì)Table1 Permeability of CBM from wells in Hongguo area

圖6 盤關(guān)次向斜12號(hào)煤層含氣量分布Fig.6 Gas content distribution of 12#coal seam in Panguan syncline

2.5 保存條件

2.5.1 頂?shù)装宓姆馍w作用

研究區(qū)主力煤層12號(hào)和17號(hào)煤層的頂、底板均以泥巖、粉砂巖為主，厚度多在3 m 以上，穩(wěn)定性較好，作為直接蓋層為煤層提供了一個(gè)相對(duì)封閉的儲(chǔ)存體系。此外，盆地范圍內(nèi)還存在一套分布穩(wěn)定、厚度較大的區(qū)域蓋層，即主力煤層上覆的下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組地層，分布范圍廣泛，多為泥巖、粉砂巖等細(xì)碎屑巖組成，厚度大，最大780 m，一般在500 m以上，其中泥巖、粉砂質(zhì)泥巖累厚約200 m，可作為區(qū)域性蓋層；并且煤系地層中泥巖廣泛分布，主要可采煤層的頂、底板多為泥巖、粉砂巖。因此，研究區(qū)煤層頂?shù)装鍘r性及分布對(duì)于區(qū)塊煤層氣的保存較為有利，含氣量整體較高[8]。

2.5.2 水文地質(zhì)條件的控制作用

盤關(guān)次向斜是一個(gè)殘留向斜盆地，地下水的補(bǔ)給源主要為煤系露頭，大氣降水和地表水從煤系露頭順層向深部煤系補(bǔ)給，抑制了深部區(qū)煤層氣向外移散，形成地下水封堵，地層含水量小，地下水循環(huán)深度不大[12-15]。根據(jù)煤層氣井排采試驗(yàn)顯示，Q1井日產(chǎn)水0.4～2.6 m3，Q2井日產(chǎn)水0.2～1.8 m3，表明該區(qū)煤系地層含水性較弱。這主要是由于煤系上覆下三疊統(tǒng)飛仙關(guān)組的泥巖、粉砂質(zhì)泥巖和煤系下部峨眉山玄武巖具有較好的隔水性和封閉性。研究區(qū)煤層水文地質(zhì)條件為弱徑流—滯流環(huán)境，距離斷層相對(duì)較遠(yuǎn)，避免了斷層的錯(cuò)動(dòng)促使煤系含水性變得復(fù)雜，對(duì)煤層氣的保存有利（圖1）。

2.5.3 儲(chǔ)層壓力的控制作用

煤層氣主要以吸附狀態(tài)存在，煤儲(chǔ)層壓力越高對(duì)甲烷的吸附能力就越強(qiáng)，煤層氣越有利于富集成藏[13,16]。在區(qū)塊西翼的金竹坪區(qū)塊和東翼的亮山區(qū)塊，共實(shí)施了4口井7個(gè)層次煤層的注入/壓降試井，統(tǒng)計(jì)顯示煤儲(chǔ)層實(shí)測(cè)壓力為6.598～12.896 MPa，儲(chǔ)層壓力系數(shù)為0.82～1.2，總體上屬于正常壓力范圍；受煤層埋深影響顯著，自向斜兩翼向軸部隨著煤層埋藏深度的增加儲(chǔ)層壓力增高，該區(qū)煤層含氣量的分布也基本呈現(xiàn)這一規(guī)律，煤層氣儲(chǔ)集條件由向斜兩翼向軸部逐漸變好；該區(qū)煤田勘探過(guò)程中在煤層段發(fā)生過(guò)瓦斯噴出、涌水或氣水同噴現(xiàn)象[17]，反映該區(qū)總體上煤層氣保存條件較好[18]（圖7）。

圖7 紅果區(qū)塊儲(chǔ)層壓力系數(shù)隨埋深變化Fig.7 Pressure coefficient distribution of coal reservoir in Hongguo area

3 煤層氣富集目標(biāo)評(píng)價(jià)

3.1 煤層氣資源評(píng)價(jià)

通過(guò)對(duì)研究區(qū)煤層的煤巖煤質(zhì)特征、含氣性特征、儲(chǔ)集條件及保存條件綜合分析，認(rèn)為研究區(qū)具有埋深適中（500～1 200 m）、累厚大（10.3～25.8 m）、熱演化程度中等（0.9%～2.0%）、含氣量高（10.8～26.3 m3/t）的特征。綜合評(píng)價(jià)出紅果區(qū)塊煤層氣有利區(qū)面積260 km2，煤層氣資源量422×108m3，資源豐度1.62×108m3/km2。

3.2 有利目標(biāo)優(yōu)選

綜合評(píng)價(jià)研究區(qū)煤層厚度、含氣量、變質(zhì)程度、壓力系數(shù)等參數(shù)[19-20]，重點(diǎn)考慮埋深關(guān)鍵參數(shù)（研究區(qū)煤層厚度、含氣量等資源條件優(yōu)越，平面上差異較小，埋深成為影響開(kāi)發(fā)效果的關(guān)鍵參數(shù)），建立了適用于紅果區(qū)塊煤層氣綜合選區(qū)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，如表2所示，優(yōu)選出3類有利區(qū)（圖8）。

圖8 紅果區(qū)塊綜合評(píng)價(jià)Fig.8 Comprehensive evaluation of Hongguo area

I1類有利區(qū)位于向斜東部，靠近異常熱變質(zhì)帶，煤巖熱演化程度高，煤巖割理裂隙發(fā)育，G2在該區(qū)407 m處鉆遇9號(hào)煤層，經(jīng)測(cè)試壓力系數(shù)1.32，證明該區(qū)保存條件優(yōu)越，同時(shí)地表?xiàng)l件相對(duì)較平緩，表明I1類有利區(qū)是下一步勘探評(píng)價(jià)的重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)；I2類有利區(qū)位于向斜西部，含氣量較I1類區(qū)略低，壓力系數(shù)0.8～1.1，是下一步有利的接替目標(biāo)區(qū)；向斜核部區(qū)域?yàn)镮I類目標(biāo)區(qū)，煤層傾角較大，埋深超過(guò)1 200 m，在現(xiàn)有開(kāi)發(fā)技術(shù)條件下不具備經(jīng)濟(jì)性。

4 結(jié)論

紅果區(qū)塊具有埋深適中（500～1 200 m）、累厚大（10.3～25.8 m）、熱演化程度中等（0.9%～2.0%）、含氣量高（10.8～26.3 m3/t）的特征，主力煤層煤體結(jié)構(gòu)主要為碎裂煤，割理發(fā)育，煤層氣地質(zhì)條件優(yōu)越。

結(jié)合煤層埋深、含氣量、變質(zhì)程度、壓力系數(shù)等參數(shù)，綜合評(píng)價(jià)出煤層氣有利區(qū)面積260 km2，煤層氣資源量422×108m3，資源豐度1.62×108m3/km2，其中，I1類有利區(qū)位于向斜東部，靠近異常熱變質(zhì)帶，煤巖熱演化程度高，煤巖割理裂隙發(fā)育，是勘探評(píng)價(jià)的重點(diǎn)目標(biāo)區(qū)；I2類有利區(qū)主要位于向斜西部，壓力系數(shù)顯示為常壓區(qū)，是下一步有利的接替目標(biāo)區(qū)；而向斜核部區(qū)域?yàn)镮I類區(qū)，資源落實(shí)，但埋深超過(guò)1 200 m，現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件下開(kāi)發(fā)難度較大。

表2 紅果區(qū)塊煤層氣綜合評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)Table2 Comprehensive evaluation standard of CBM in Hongguo area