新疆吉木薩爾縣水溪溝礦區(qū)主要斷裂對煤層氣賦存的影響因素

梁劍明 李 成 胡 永 李磊佳 侯 鵬 蔡 釗

(1.新疆維吾爾自治區(qū)煤田地質(zhì)局一五六煤田地質(zhì)勘探隊，新疆 830009;2.中國冶金地質(zhì)總局西北局，陜西 710119;3.新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局第一區(qū)域地質(zhì)調(diào)查大隊，新疆 830009;4. 新疆維吾爾自治區(qū)地質(zhì)礦產(chǎn)開發(fā)局第六地質(zhì)大隊，新疆 830009)

1 地質(zhì)概況

新疆吉木薩爾縣水溪溝礦區(qū)屬于準(zhǔn)噶爾盆地南緣局部小盆地，是新疆煤炭地質(zhì)工作開展較早的地區(qū)之一，礦區(qū)超過三分之二的范圍達到煤炭詳查階段，礦區(qū)煤炭勘查工作為后期煤層氣研究打下了堅實的基礎(chǔ)。

礦區(qū)含煤地層有侏羅系下統(tǒng)八道灣組(J1b)和中統(tǒng)西山窯組(J2x)，其中，侏羅系下統(tǒng)八道灣組(J1b)為主要含煤地層，可采10層；侏羅系中統(tǒng)西山窯組(J2x)為次要含煤地層，可采3層。煤類以CY和BN為主，八道灣組下段存在少量QM。

礦區(qū)主要由水溪溝向斜(M1)和水溪溝南斷層(F3)組成，通過研究斷層F3附近的煤層氣物性參數(shù)、儲層特征及生產(chǎn)試驗井成果分析此類構(gòu)造對于煤層氣賦存的影響因素，用于后期礦區(qū)煤層氣勘探開發(fā)。

2 礦區(qū)的主要構(gòu)造

2.1 褶皺

礦區(qū)主要地質(zhì)構(gòu)造由水溪溝向斜(M1)和水溪溝背斜(W1)，以及水溪溝南斷層(F3)組成。

2.1.1 水溪溝向斜(M1)

水溪溝向斜(M1)寬3～7km，軸向約300°。軸部位于西大龍口河西1.7km至水溪溝東2.2km處。向斜南翼與水西溝背斜共軛，南翼東南段分布上第三系昌吉河組，下伏地層傾角60°～70°。M1向斜控制了礦區(qū)總體構(gòu)造形態(tài)，對煤系地層產(chǎn)狀、形態(tài)及煤層氣賦存的控制作用明顯。

2.1.2 斷層

礦區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造由6條組成，分別為黑家灣斷層、水溪溝南斷層F3、西大龍口東斷層、雙安煤礦平推斷層、紅山洼煤礦F6斷層、紅山洼煤礦F7斷層，詳見表1。

表1 礦區(qū)斷裂構(gòu)造

水溪溝南斷層F3作為礦區(qū)主要構(gòu)造部分，位于水溪溝南部以西，呈北西～南東向展布，走向長8.7km，根據(jù)上盤上升，下盤下降的特征判定為壓扭性逆斷層。斷面陡傾，走向328°～148°，產(chǎn)狀238°∠60°，斷距在200～450m之間。根據(jù)以往地震報告成果，F(xiàn)3逆斷層為基本查明的可靠斷層。

2.2 井位分布情況

選取8個井位的目的層靶點坐標(biāo)作為原始數(shù)據(jù)，其中， X- 1、X- 2、X- 5井均位于F3逆斷層上盤，剩余X- 3、X- 4、X- 6、X- 7、X- 8主要處于F3逆斷層上盤，具體平面分布情況見圖1。

圖1 井位分布

3 影響因素

煤層氣賦存的影響因素受物性特征、儲層特征影響，根據(jù)生產(chǎn)試驗井煤層特征、氣測錄井、地球物理測井、排采生產(chǎn)數(shù)據(jù)等方面數(shù)據(jù)，研究斷層對煤層氣的賦存影響。

3.1 煤層厚度特征

煤層厚度是煤層氣氣田評價的主要參數(shù)，對于煤層氣資源量評價尤為重要。

從表2中可以看出，F(xiàn)3斷層上盤煤層平均厚度10.98m，小于下盤煤層平均厚度15.40m。經(jīng)過前期研究，以往地質(zhì)報告明確說明斷層形成時間晚于成煤期，所以可以推測經(jīng)過逆斷層作用造成斷層下盤煤層厚度大于上盤層厚度。

3.2 氣測錄井

全烴是氣測錄井的一個非常重要的參數(shù)，它的高低間接反應(yīng)出儲層含烴類物質(zhì)的多少，在判斷儲層流體中有著舉足輕重的作用，可作為定性評價儲層參數(shù)的參考數(shù)值。

表3中斷層上盤、下盤氣測錄井全烴值數(shù)據(jù)顯示：1號煤層F3斷層上盤煤儲層全烴值0.049%～22.936%，平均值9.797%(18)，F(xiàn)3斷層煤儲層下盤全烴值0.880%～34.151%，平均值13.748%(66)；2號煤層F3斷層上盤煤儲層全烴值0.608%～43.905%，平均值16.857%(50)，F(xiàn)3斷層下盤煤儲層全烴值0.969%～54.249%，平均值18.258%(94)；3號煤層F3斷層上盤煤儲層全烴值0.111%～21.167%，平均值4.490%(18)，F(xiàn)3斷層下盤煤儲層全烴值5.165%～50.389%，平均值15.696%(67)。

通過F3逆斷層附近各井位氣測錄井?dāng)?shù)據(jù)得出：斷層下盤全烴值明顯高于上盤，推測斷層作用使得地下水進入斷層面產(chǎn)生封蓋作用，將氣體封閉在斷層以下，致使出現(xiàn)斷層下盤煤儲層全烴值高于上盤，說明此逆斷層有利于局部煤層氣賦存(表3)。

3.3 地球物理測井

煤層氣地質(zhì)勘查階段，采用地球物理測井方式獲取儲層地質(zhì)特征，測井?dāng)?shù)據(jù)中的GR值(泥質(zhì)含量)與煤質(zhì)存在負(fù)相關(guān)性，GR越低煤質(zhì)越好。經(jīng)分析F3斷層周圍地球物理測井煤儲層GR數(shù)據(jù)，顯示下盤GR數(shù)據(jù)值基本處于20API以下，大盤大于20API，推測F3斷層對局部煤炭變質(zhì)產(chǎn)生積極作用(表4)。

表4 斷層上盤、下盤地球物理測井GR值統(tǒng)計

3.4 儲層改造和生產(chǎn)監(jiān)測

一般情況下，如選取KCl活性水壓裂液作為改造液體，會呈現(xiàn)壓裂放噴至排采生產(chǎn)初期采集的井內(nèi)水樣Cl-離子濃度遠(yuǎn)高于生產(chǎn)后期或原地層水Cl-離子濃度的現(xiàn)象。但如果儲層裂隙發(fā)育程度高，壓裂過程中的液體可以快速擴散，將出現(xiàn)Cl-離子濃度變化不明顯情況。

礦區(qū)儲層改造液體優(yōu)選1.5%的KCl復(fù)合壓裂液，統(tǒng)計6個月單井排采生產(chǎn)水質(zhì)樣品化驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)F3斷層周圍生產(chǎn)試驗井排采水中Cl-離子的變化如下：排采生產(chǎn)期已達半年以上，生產(chǎn)初期至生產(chǎn)半年之內(nèi)水質(zhì)檢驗，Cl-離子濃度變化不明顯。

經(jīng)過認(rèn)真分析發(fā)現(xiàn)壓裂放噴與排采生產(chǎn)的間隙期，儲層滲透性的良好表現(xiàn)加快了井筒周圍壓裂液擴散，因此連續(xù)檢測Cl-離子濃度未發(fā)現(xiàn)明顯降低趨勢，此現(xiàn)象同樣與斷層的存在息息相關(guān)(表5)。

表5 各井位生產(chǎn)階段Cl-離子檢測統(tǒng)計

另外，在生產(chǎn)試驗井大量產(chǎn)水以及壓裂放噴階段壓力快速下降的現(xiàn)象均說明了斷層附近裂隙發(fā)育，可為產(chǎn)氣提供良好的倒流通道。

4 結(jié)論

(1)由于構(gòu)造應(yīng)力作用，F(xiàn)3斷層下盤受強烈擠壓，呈現(xiàn)結(jié)果為斷層下盤煤儲層厚度大于斷層下盤；同時，應(yīng)力作用改變儲層厚度特征的同時也造成周圍裂隙更加發(fā)育，為后期生產(chǎn)提供了良好的倒流通道。

(2)構(gòu)造作用是成煤條件之一，斷層的形成進一步改變了煤儲層特征，并將地下水引入斷裂帶，出現(xiàn)了下盤獨有的圈閉環(huán)境，提高儲層儲集能力。