二連盆地群低煤階煤儲(chǔ)層裂隙地質(zhì)建模與精細(xì)描述

劉建華，王生維，粟冬梅

(1.山西工程技術(shù)學(xué)院，山西 陽(yáng)泉 045000；2.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)(武漢) 資源學(xué)院，湖北 武漢 430074；3.北京中公教育科技有限公司，四川 成都 610000)

0 引 言

二連盆地群霍林河盆地含煤層系是下白堊統(tǒng)霍林河組，探明煤炭?jī)?chǔ)量131億t，主要為褐煤，煤層埋藏深度一般在1 000 m以淺。該區(qū)煤層較厚、含氣量較高，但是勘探程度較低，煤儲(chǔ)層物性特征認(rèn)識(shí)的不足極大制約了該地區(qū)煤層氣的開發(fā)。煤儲(chǔ)層中裂隙系統(tǒng)的發(fā)育情況直接影響煤層氣的儲(chǔ)集和滲流，關(guān)系到煤層氣的生產(chǎn)，因此在煤層氣勘探開發(fā)過(guò)程中，必須深入研究煤儲(chǔ)層的裂隙結(jié)構(gòu)特征。正確認(rèn)識(shí)煤儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)及空間結(jié)構(gòu)，是指導(dǎo)煤層氣鉆井[1-3]、壓裂及排采[4]，最終提高煤層氣開采效率的基礎(chǔ)[5]。

前人研究主要針對(duì)高煤階煤儲(chǔ)層空間裂隙發(fā)育情況，王登科等[6]利用工業(yè)CT掃描實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)對(duì)河南安陽(yáng)主焦礦和山西汾西中興礦煤樣進(jìn)行了無(wú)損掃描，獲取了煤樣內(nèi)部裂隙結(jié)構(gòu)的發(fā)育程度與分布特征，結(jié)合滲流理論，建立了煤的分形滲流模型，預(yù)測(cè)煤的滲透性。尚建華等[7]以沁水盆地南部3號(hào)煤儲(chǔ)層為研究對(duì)象分析了孔裂隙發(fā)育與高階煤儲(chǔ)層滲透率的耦合關(guān)系。呂帥峰等[8]通過(guò)對(duì)沁水盆地地面煤層氣井的井下精細(xì)解剖，描述并統(tǒng)計(jì)了天然裂隙系統(tǒng)和壓裂裂縫形態(tài)及類型，并闡明了二者之間的作用關(guān)系。張馳等[9]分析了保德煤礦8號(hào)煤層裂隙發(fā)育主方向及其與構(gòu)造應(yīng)力的關(guān)系,測(cè)試獲得了沿主裂隙不同角度時(shí)煤樣滲透率的變化規(guī)律。

基于此，以二連盆地群霍林河盆地低煤階煤儲(chǔ)層為研究對(duì)象，通過(guò)在露天煤礦選取典型剖面進(jìn)行實(shí)例解剖，輔以光學(xué)顯微鏡、CT掃描等室內(nèi)測(cè)試分析的研究方法，精細(xì)描述研究區(qū)煤儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)發(fā)育特征，構(gòu)建目標(biāo)煤儲(chǔ)層垂向上空間裂隙發(fā)育模型，為后續(xù)工程開發(fā)提供參考?，F(xiàn)場(chǎng)解剖及試驗(yàn)樣品采集在北露天一號(hào)礦坑(霍林河盆地Ⅳ煤組儲(chǔ)層)和扎哈淖爾礦坑(Ⅲ煤組ⅢA煤儲(chǔ)層)完成。據(jù)《煤巖術(shù)語(yǔ)》(GB/T 12937—2008)，褐煤宏觀煤巖類型分為木質(zhì)煤(含有10%以上木質(zhì)煤)、碎屑煤(木質(zhì)體、絲炭含量均小于10%)、絲炭煤(絲炭含量大于10%以上)、礦化煤(礦物質(zhì)含量高)四類。

1 煤儲(chǔ)層特征及樣品采集

霍林河盆地下含煤段為該盆地的主要含煤層段，共含煤23層，經(jīng)內(nèi)蒙古472地質(zhì)隊(duì)劃分組合為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ四個(gè)煤組(圖1)，下含煤段地層厚度為300～600 m，煤層最大總厚超過(guò)90 m，含煤率為15%。研究主要涉及Ⅲ煤組和Ⅳ煤組。

圖1 霍林河盆地10號(hào)勘探線沉積斷面Fig.1 Sedimentary section of exploration line 10 in Huolinhe Basin

Ⅲ煤組為下含煤段中分布最為穩(wěn)定的煤組，全區(qū)發(fā)育，共分為ⅢA、ⅢB、ⅢC三個(gè)分層，ⅢA、ⅢB在A15與16之間合并成為Ⅲ煤層，向西南ⅢA再次分叉為ⅢA1、ⅢA2、ⅢA3，ⅢB分層開始變薄尖滅。ⅢA煤層全區(qū)發(fā)育，在大部分地區(qū)可采，煤層穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單或較簡(jiǎn)單，煤層厚度1～16.6 m，平均6.9 m，上距ⅡC煤層20～80 m，平均50 m?？傮w上，Ⅲ煤組單層厚度較大，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、全區(qū)發(fā)育穩(wěn)定，煤層分布范圍最廣，在盆地北部、中部、西南部各有一個(gè)富煤中心，富煤中心處煤層厚度在20 m以上。

Ⅳ煤組為霍林河盆地煤層數(shù)最多的煤組，煤層結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，在盆地中部為合并層Ⅳ，向淺部分為ⅣAB、ⅣC兩個(gè)分層，向盆地深部又是一次分叉為ⅣA、ⅣB、ⅣC三個(gè)分層。露天西南部為Ⅳ層組合并區(qū)，煤層結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，厚度1.0～27.0 m，平均4.9 m，層組合并后的最大厚度為27.0 m。Ⅳ煤組整體上分布于盆地北部、中部，成帶狀富集于盆地中心地帶，具有2個(gè)富煤中心，富煤帶煤層厚度大于20 m，富煤中心處煤層厚度大于40 m。

現(xiàn)場(chǎng)調(diào)研主要觀測(cè)了霍林河盆地Ⅳ煤組儲(chǔ)層(北露天一號(hào)礦坑)、Ⅲ煤組ⅢA煤儲(chǔ)層(扎哈淖爾礦坑)。共采集19個(gè)樣品(包括5個(gè)構(gòu)造附近煤樣)。北露天一號(hào)礦坑共采集Ⅳ煤組儲(chǔ)層8個(gè)煤樣(包括一個(gè)礦化煤樣)，以字母“BL”開頭編號(hào)；扎哈淖爾礦坑共采ⅢA煤儲(chǔ)層煤樣11個(gè)(包含5個(gè)構(gòu)造附近煤樣)，以字母“ZH”開頭編號(hào)。具體煤巖樣品說(shuō)明見表1。

表1 煤巖樣品Table 1 Coal rock samples

2 煤儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)發(fā)育特征

2.1 煤儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)劃分依據(jù)

對(duì)煤中孔隙、裂隙的劃分與命名有多種方案，本文采用王生維等[10]從煤層氣產(chǎn)出特征分析的需要出發(fā)提出的適用于煤儲(chǔ)層巖石物理研究和煤層氣產(chǎn)出特征分析的分類與命名方案，見表2。

表2 煤儲(chǔ)層孔隙、裂隙系統(tǒng)劃分及術(shù)語(yǔ)[10]Table 2 Coal reservoir pore and fissure system division and glossary[10]

2.2 煤儲(chǔ)層外生節(jié)理發(fā)育特征

2.1.1 北露天礦區(qū)Ⅳ組煤層外生節(jié)理發(fā)育特征

北露天礦區(qū)主要觀測(cè)到霍林河下含煤段Ⅳ組煤，Ⅳ組煤是北露天礦首采區(qū)最主要可采煤層，主要以碎屑煤和木質(zhì)煤為主。全礦區(qū)發(fā)育穩(wěn)定，單一厚煤層，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，煤層厚度在10～20 m，局部有數(shù)層夾矸，頂?shù)装逡苑凵皫r或泥巖為主。觀測(cè)點(diǎn)Ⅳ煤層厚約20 m，分為上下2個(gè)部分，可見灰白色粉砂巖底板，未見頂板。

Ⅳ煤組上部，高度約8 m，主要為木質(zhì)煤，未見頂板，可見夾矸4層，巖性為灰白色粗砂-砂質(zhì)泥巖，局部可見褐鐵礦化層狀脈。主要發(fā)育兩組節(jié)理：一組節(jié)理產(chǎn)狀68°∠81°，約4條/m，開度3～5 mm，半填充，填充物為泥質(zhì)，高度大于1m，穿過(guò)1～2層夾矸；另一組節(jié)理產(chǎn)狀81°∠75°，約8條/m，開度1～3 mm，未填充，高度0.3～0.6 m，未穿過(guò)夾矸(圖2)。

圖2 Ⅳ煤組上分層煤層裂隙Fig.2 Group Ⅳ coal seam cracks

Ⅳ煤組下部煤層厚度10～12 m，主要為碎屑煤，層面產(chǎn)狀為241°∠10°。見8層夾矸，夾矸厚度為10～15 cm，夾矸巖性為灰白色細(xì)砂-粉砂巖或砂質(zhì)泥巖。主要發(fā)育兩組的節(jié)理(圖3)：一組節(jié)理產(chǎn)狀59°∠90°，2～3條/m，開度約3～5 mm，半填充，填充物為泥質(zhì)，高度為1～1.5 m，穿過(guò)一層夾矸；另一組節(jié)理產(chǎn)狀44°∠80°，約4條/m，開度1～3 mm，未填充，高度0.35～0.5 m，未穿過(guò)夾矸。

圖3 Ⅳ煤組下分層煤層裂隙Fig.3 Group Ⅳ coal seam cracks

Ⅳ煤組節(jié)理裂隙傾角在70°～80°節(jié)理占到了47%，80°～90°節(jié)理占到了53%，傾角的發(fā)育比較平均。通過(guò)煤層野外露頭節(jié)理統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及繪制煤層露頭節(jié)理走向、傾向及傾角分布玫瑰花圖，揭示煤層發(fā)育NE向優(yōu)勢(shì)方向節(jié)理。Ⅳ煤組底板巖性主要為灰白色粉砂巖，具有紋層狀層理，含黑色不規(guī)則形狀顆粒狀煤含有粉砂-粗砂粒序旋回，粗砂層(5～10 cm厚)。砂巖粒度變粗，至粗砂巖，含多個(gè)粒序旋回。觀測(cè)點(diǎn)可見厚度約4 m，節(jié)理裂隙傾角在60°～70°節(jié)理占到了27%，70°～80°節(jié)理占到了64%，80°～90°節(jié)理占到了9%，發(fā)育NE向和SE向優(yōu)勢(shì)方向節(jié)理。

2.1.2 扎哈淖爾礦區(qū)ⅢA煤層外生節(jié)理發(fā)育特征

扎哈淖爾礦區(qū)主要觀測(cè)到ⅢA煤層，觀測(cè)點(diǎn)煤層厚約10 m，分為上下2個(gè)部分(圖4)，可見頂板。煤層上部約4 m，主要為木質(zhì)煤-碎屑煤，頂部往下1 m處有厚約10 cm夾矸，巖性為灰白色粗砂巖。煤層多為層理狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造均一。外生節(jié)理較不發(fā)育，僅部分分層內(nèi)發(fā)育垂直于層面的節(jié)理，層面產(chǎn)狀318°∠12°，節(jié)理產(chǎn)狀132°∠54°，密度60條/m，延伸約0.8 m，止于夾矸處，開度0～3 mm，填充物為泥質(zhì)；產(chǎn)狀54°∠79°，密度12條/m，延伸約大于1 m，穿過(guò)一層，開度3～5 mm，填充物為泥質(zhì)。此處觀測(cè)點(diǎn)可見流水痕跡，綜合鏡下觀察填充物多為石英及硫化礦物，認(rèn)為泥質(zhì)充填物為煤層暴露后在流水作用下形成。

圖4 ⅢA煤層上下部Fig.4 ⅢA coal seam upper and lower part

煤層下部約6 m節(jié)理較發(fā)育，煤層較為破碎，為碎屑煤-絲炭煤，下部約3 m處發(fā)育一層厚10 cm左右的斷續(xù)發(fā)育的透鏡狀砂巖形成的夾矸。該觀測(cè)點(diǎn)可見一處出露良好構(gòu)造觀測(cè)點(diǎn)，發(fā)育一小型褶皺，褶皺左翼發(fā)育節(jié)理產(chǎn)狀84°∠38°，密度8～10條/m，可見處延伸4～5 m；垂直于節(jié)理發(fā)育大量裂隙，產(chǎn)狀27°∠80°，密度30～40條/m；延伸至于節(jié)理。右翼發(fā)育一組共軛節(jié)理，產(chǎn)狀99°∠81°，密度4條/m，可見處延伸4～5 m；產(chǎn)狀68°∠54°，密度8條/m，可見處延伸2 m左右。

扎哈淖爾礦區(qū)ⅢA煤層節(jié)理裂隙傾角50°～60°節(jié)理占到了38%，70°～80°節(jié)理占到了33%，80°～90°之間節(jié)理占到了29%，主要發(fā)育NE向和SE向優(yōu)勢(shì)方向節(jié)理。

ⅢA煤層頂板為厚約10 m砂巖，可大致分為3層，上部為2～3 m厚的細(xì)砂-泥巖，中間為1～1.5 m厚的泥巖，下部為5～7 m厚的中砂-粗砂巖。上部發(fā)育節(jié)理，產(chǎn)狀為120°∠90°，4條/m，長(zhǎng)度5 m左右；下部發(fā)育節(jié)理，產(chǎn)狀115°∠75°，1條/m，長(zhǎng)度3～4 m。

2.2 煤儲(chǔ)層內(nèi)生裂隙發(fā)育特征

2.2.1 北露天礦區(qū)Ⅳ煤層內(nèi)生裂隙發(fā)育特征

Ⅳ煤層上部?jī)?nèi)生裂隙在條帶狀、透鏡狀木質(zhì)體中發(fā)育，密度在1～4條/cm，延伸高度限于木質(zhì)體層厚，多在0.5～1.5 cm，裂隙面較平坦，少見無(wú)機(jī)礦物充填。Ⅳ煤層下部?jī)?nèi)生裂隙在條帶狀、透鏡狀木質(zhì)體中發(fā)育(圖5a)，密度多在2～3條/cm之間，延伸高度限于木質(zhì)體層厚，多在0.3～0.8 cm，裂隙面較平坦，少見無(wú)機(jī)礦物充填。研究區(qū)褐煤為高全水分煤，煤巖樣品采出后水分揮發(fā)，會(huì)造成內(nèi)生裂隙擴(kuò)展，不僅裂隙密度有所增大，延伸高度也會(huì)增加，出現(xiàn)不同層面或透鏡狀木質(zhì)體中內(nèi)生裂隙聯(lián)通現(xiàn)象(圖5b)。

2.2.2 扎哈淖爾礦區(qū)ⅢA煤層內(nèi)生裂隙發(fā)育特征

ⅢA煤層上部?jī)?nèi)生裂隙在條帶狀、透鏡狀木質(zhì)體中發(fā)育(圖6a)，密度在1～5條/cm之間，延伸高度限于木質(zhì)體層厚，從0.1～0.5 cm，裂隙面較平坦，少見無(wú)機(jī)礦物充填。ⅢA煤層下部?jī)?nèi)生裂隙在條帶狀、透鏡狀木質(zhì)體中發(fā)育，密度多在1～2條/cm，延伸高度限于木質(zhì)體層厚，從0.1～0.5 cm，裂隙面較平坦，少見無(wú)機(jī)礦物充填。內(nèi)生裂隙在剖面上發(fā)育特征，在條帶狀、透鏡狀木質(zhì)體中近乎垂直于層面平行發(fā)育，在平面發(fā)育上呈矩形網(wǎng)狀-平行狀特征。矩形網(wǎng)狀內(nèi)生裂隙中面裂隙密度大于端裂隙，二者近直交，有助于提高煤儲(chǔ)層滲透性，且滲透性各向異性不明顯。平行狀內(nèi)生裂隙反應(yīng)局部端裂隙不發(fā)育，僅面裂隙發(fā)育，對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)具有各向異性，沿裂隙發(fā)育方向?yàn)閮?yōu)勢(shì)方向。同時(shí)可見層面上內(nèi)生裂隙出現(xiàn)彎折現(xiàn)象(圖6b)，推測(cè)因?yàn)樵摌悠啡∽詳鄬酉卤P煤儲(chǔ)層，受到構(gòu)造擠壓作用。

圖6 ⅢA煤內(nèi)生裂隙Fig.6 ⅢA coal endogenous cracks

2.3 煤儲(chǔ)層微裂隙系統(tǒng)發(fā)育特征

在微觀尺度下識(shí)別的微裂隙按照其延展性和開放性，可從實(shí)用角度劃分為A、B、C、D四類[11]。

2.3.1 霍林河盆地煤儲(chǔ)層微裂隙系統(tǒng)發(fā)育特征

ⅣA煤中微裂隙非常發(fā)育，主要為張裂隙，微裂隙的發(fā)育受煤巖內(nèi)部成分均一性的制約，一般不切過(guò)殘留的細(xì)胞腔，也不穿過(guò)不同顯微組分紋層，通常發(fā)育于鏡質(zhì)體中及煤不同顯微組分微層理邊界(圖7)，微裂隙延伸在104～107nm級(jí)，裂隙開度約在103～105nm級(jí)，基質(zhì)孔隙與裂隙系統(tǒng)的連通性較好，利于煤層氣的運(yùn)移。

表3 煤儲(chǔ)層微裂隙實(shí)用分類[11]Table 3 Practical classification of coal reservoir micro-fractures[11]

圖7 Ⅳ煤組BL07煤巖光片(微裂隙)Fig.7 Group Ⅳ BL07 coal rock light sheet (micro crack)

鏡下常見無(wú)機(jī)礦物充填微裂隙，可見寬度1～10 μm級(jí)石英脈充填微裂隙，且常見沿充填石英脈發(fā)育的裂隙(圖8)。ⅢA煤中微裂隙比較發(fā)育，主要為張裂隙，微裂隙也具有發(fā)育于鏡質(zhì)體中及煤不同顯微組分微層理邊界的特征，微裂隙延伸在104～107nm級(jí)，裂隙開度在103～104nm級(jí)，基質(zhì)孔隙與裂隙系統(tǒng)的連通性較好，利于煤層氣的運(yùn)移。

圖8 Ⅳ煤組BL06煤巖光片(微裂隙充填石英脈)Fig.8 BL06 coal rock light sheet of group Ⅳ coal (micro-crack filling quartz veins)

鏡下常見無(wú)機(jī)礦物充填微裂隙，石英脈主要充填不同顯微組分微層理邊界裂隙，部分半充填垂直于顯微組分微層理發(fā)育的裂隙(圖9)。且ⅢA煤多見疏松多孔絲炭層，植物細(xì)胞殘留孔隙和基質(zhì)孔隙發(fā)育(圖10)。ⅣA煤煤儲(chǔ)層的顯微裂隙為22～157條/cm2，平均78條/cm2，ⅢA煤煤儲(chǔ)層的顯微裂隙為25～152條/cm2，平均63條/cm2，研究區(qū)的顯微裂隙總體較高，在4中裂隙類型中，主要發(fā)育D型微裂隙，B型、C型顯微裂隙次之，A型發(fā)育較少，或不發(fā)育，其中D類裂隙數(shù)量超過(guò)其他三類總和。顯微裂隙的發(fā)育程度具有雙重性，適度的發(fā)育的顯微裂隙，且定向性和連通性好，會(huì)增加煤儲(chǔ)層的滲透性；過(guò)度發(fā)育的顯微裂隙，且定向性和連通性差，會(huì)使煤體結(jié)構(gòu)破碎，降低煤儲(chǔ)層的滲透性。此外，顯微裂隙被無(wú)機(jī)礦物充填，會(huì)大大降低滲透性。研究區(qū)微裂隙發(fā)育具有較好定向性，主要為張性裂隙，開度較大，有利于增加煤儲(chǔ)層的滲透性。但同時(shí)研究區(qū)煤層礦物充填比例17.13%～68.10%，平均47.58%，充填比例較高，不利于增加煤儲(chǔ)層的滲透性。

圖9 ⅢA煤ZH03煤巖光片(微裂隙)Fig.9 ⅢA coal ZH03 coal rock light sheet (micro crack)

圖10 ⅢA煤層絲炭煤多孔結(jié)構(gòu)Fig.10 ⅢA porous structure of silk-carbon coal

2.4 煤儲(chǔ)層CT成像特征

2.4.1 霍林河盆地煤樣三維重建圖像

霍林河盆地ⅣA煤組(圖11a、圖11b)裂隙和孔隙在煤某些呈透鏡狀或?qū)訝钇叫杏趯用娴慕M分中集中，圖11中深藍(lán)色部分顯示空隙，可能為內(nèi)生裂隙發(fā)育的透鏡狀木質(zhì)體分層，也可能為孔隙發(fā)育的絲炭層。圖中紅色～黃色部分表示無(wú)機(jī)礦物含量高，代表被無(wú)機(jī)礦物充填的裂隙或孔隙。其他淺藍(lán)-綠色部分，則代表孔隙和裂隙不發(fā)育的煤基質(zhì)部分。ⅢA煤組紅色～黃色占比較高(圖11 c、圖11d)，表明ⅢA煤組無(wú)機(jī)礦物充填度較高，此外從紅色的平行于層面方向呈層狀分布來(lái)看，無(wú)機(jī)礦物充填具有分層分布的特征[12-18]。

圖11 CT掃描三維重建(箭頭指示平行層面方向)Fig.11 CT scan three-dimensional reconstruction map (arrows indicate parallel plane direction)

2.4.2 霍林河盆地煤儲(chǔ)層CT值統(tǒng)計(jì)分布特征

CT值與原子序數(shù)有關(guān)，與密度正相關(guān)。常規(guī)水CT值為0。姚艷斌等[12]研究認(rèn)為不同煤質(zhì)或不同煤巖顯微組成的樣品可能具有不同的CT 數(shù)分布特征，但是一般情況下煤中的礦物、有機(jī)基質(zhì)和空隙的 CT 數(shù)大都具有固定的分布區(qū)間，且分別為3 000 HU左右、1 000～1 800 HU和<600 HU。從本次試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，褐煤CT值不適用于上述分類，明顯偏小，CT值在-100～600 HU，多集中于100～300 HU。

CT值分布為均勻平緩曲線，代表該斷面孔裂隙及無(wú)機(jī)礦物充填均有發(fā)育；CT值近似呈正態(tài)分布曲線分布，代表CT值在某一數(shù)值比較集中，如果這一數(shù)值偏大，即該斷面無(wú)機(jī)礦物充填占優(yōu)勢(shì)，反之偏小，代表該斷面孔裂隙發(fā)育占優(yōu)勢(shì)。

研究區(qū)CT值統(tǒng)計(jì)分布圖分為比較典型的3種(圖12)。A類CT值統(tǒng)計(jì)分布圖表現(xiàn)為斷面CT值分布變化較大，無(wú)明顯峰值，代表煤巖樣品層面上非均質(zhì)性較強(qiáng)，孔裂隙發(fā)育情況及無(wú)機(jī)礦物充填程度變化較大(圖12a)。B類CT值統(tǒng)計(jì)分布圖具有一個(gè)明顯的峰值，代表煤巖樣品非均質(zhì)性較弱，如圖12b所示，CT值均集中于400 HU左右，整個(gè)曲線分布來(lái)看CT值分布集中偏大，表明該煤樣孔裂隙不發(fā)育或無(wú)機(jī)礦物充填度較大。

C類CT值統(tǒng)計(jì)分布圖有明顯峰值，但是峰值變化較大，代表煤巖樣品剖面上非均質(zhì)性較強(qiáng)，孔裂隙發(fā)育情況及無(wú)機(jī)礦物充填程度變化較大。如圖12c所示，前半部分峰值集中在150 HU左右，表明該煤樣前半部分孔裂隙發(fā)育且基本未被無(wú)機(jī)礦物充填，后半部分峰值集中在200～250 HU，表明該煤樣后半部分孔裂隙不發(fā)育或無(wú)機(jī)礦物充填度較大。

圖12 霍林河盆地煤儲(chǔ)層CT值統(tǒng)計(jì)分布特征Fig.12 Characteristic map of CT distribution of coal reservoirs in Huolinhe Basin

3 煤儲(chǔ)層地質(zhì)裂隙發(fā)育模型

3.1 Ⅳ煤組裂隙系統(tǒng)垂向上空間裂隙發(fā)育模型

霍林河盆地Ⅳ煤組解剖剖面位于Ⅳ煤組合并帶，Ⅳ煤組外生節(jié)理發(fā)育(圖13)，密度1～6條/m不等，多為3～4條/m，延伸高度1～4 m，多1 m左右和3～4 m，開度多為3～5 mm，節(jié)理發(fā)育優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镹E向；內(nèi)生裂隙非常發(fā)育，主要為木質(zhì)體中垂直于層面發(fā)育張性裂隙，密度多在2～3條/cm，延伸多在0.5～1.5 cm，少見無(wú)機(jī)礦物充填；微裂隙總體較發(fā)育，平均78條/cm2，具有較好定向性，主要為張性裂隙，開度較大，有利于增加煤儲(chǔ)層的滲透性。煤層礦物充填比例變化較大，總體較高，不利于增加煤儲(chǔ)層的滲透性。從CT三維重建同樣可以看到Ⅳ煤組孔裂隙在煤的透鏡狀或?qū)訝罱M分中集中，且CT值偏小，為50～250 HU，集中在100～200 HU，整體孔裂隙發(fā)育，無(wú)機(jī)礦物充填較ⅢA煤少。

圖13 Ⅳ煤組煤儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)特征Fig.13 Characteristics of fracture system of group Ⅳ coal reservoir

3.2 ⅢA裂隙系統(tǒng)垂向上空間裂隙發(fā)育模型

ⅢA煤外生節(jié)理發(fā)育(圖14)，密度5～10條/m不等，多為6～8條/m，延伸高度1～5 m，多為2～3 m，開度多為3～5 mm，節(jié)理發(fā)育優(yōu)勢(shì)方向?yàn)镾E向和NE向；內(nèi)生裂隙發(fā)育，主要為木質(zhì)體中發(fā)育張性裂隙，密度多為1條/cm左右，延伸0.1～0.5 cm。顯微裂隙較發(fā)育，平均63條/cm2，具有較好定向性，主要為張性裂隙，開度較大，有利于增加煤儲(chǔ)層的滲透性。煤層礦物充填比例較高，平均53%，不利于增加煤儲(chǔ)層的滲透性。從CT三維重建可以看到ⅢA煤無(wú)機(jī)礦物充填度較高，且無(wú)機(jī)礦物充填具有分層分布的特征，CT值分布變化較大，-100～500 HU均有分布，CT值分布類型也比較多樣，主要為A類和B類，整體孔裂隙較發(fā)育，但無(wú)機(jī)礦物充填較多。

圖14 ⅢA煤儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)特征Fig.14 Characteristics of fracture system of ⅢA coal reservoir

ⅢA煤煤儲(chǔ)層野外觀察到一處產(chǎn)狀76°∠31°，斷距約3 m，充填泥巖-細(xì)砂巖巖性的斷層角礫巖，貫穿煤層與圍巖的斷層。受斷層影響，上盤煤儲(chǔ)層發(fā)育小型褶皺(圖15)。

圖15 斷層附近ⅢA煤儲(chǔ)層裂隙系統(tǒng)特征Fig.15 Characteristics of fracture system of ⅢA coal reservoir near fault

斷層上盤煤儲(chǔ)層外生裂隙密度10～15條/m不等，內(nèi)生裂隙密度多為2～3條/cm，明顯較受斷層影響較小的煤儲(chǔ)層更為發(fā)育。且外生節(jié)理產(chǎn)狀受到局部褶皺控制變化較大，內(nèi)生裂隙發(fā)育形態(tài)也受到影響，原來(lái)的平行狀和矩形網(wǎng)狀內(nèi)生裂隙局部發(fā)生變形彎曲。顯微裂隙發(fā)育情況受斷層影響較小，主要為具有較好定向性的張性裂隙，未見雁行狀、“X”狀剪性裂隙。煤層礦物充填比例受斷層影響較小的煤儲(chǔ)層略高，平均57%。

4 結(jié) 論

1)霍林河盆地煤儲(chǔ)層大裂隙系統(tǒng)及微裂隙均表現(xiàn)出良好定向性，外生節(jié)理傾角多近乎直立，內(nèi)生裂隙及微裂隙多垂直于層面發(fā)育。顯微裂隙主要為原生張性裂隙，未見具有構(gòu)造特征的剪性裂隙。大裂隙系統(tǒng)少見充填，微裂隙充填度較大，在40%～50%左右，儲(chǔ)層連通性整體較好。外生節(jié)理發(fā)育的程度與方向、內(nèi)生裂隙形態(tài)特征受構(gòu)造影響明顯，但微裂隙發(fā)育程度主要受煤巖組分影響，受構(gòu)造影響不明顯。

2)煤CT三維重建特征表明無(wú)機(jī)礦物充填空隙和未被充填空隙都具有分層分布特征，Ⅳ煤組整體孔裂隙發(fā)育，無(wú)機(jī)礦物充填較ⅢA煤少。

3)霍林河盆地Ⅳ煤組解剖剖面位于Ⅳ煤組合并帶，Ⅲ煤組解剖剖面位于Ⅲ煤組初次分岔ⅢA煤處，受附近小微構(gòu)造發(fā)育影響，ⅢA煤儲(chǔ)層大裂隙系統(tǒng)較Ⅳ煤組略發(fā)育，微裂隙較為發(fā)育。