滇东雨旺区块多煤层叠置地质特征及有利区优选

金世豪

(中联煤层气有限责任公司,北京 100016)

1 概况

云南老厂煤层气勘察区块位于云南省东部、云贵两省边界地带、曲靖市东南150°方位，分为雨旺区块与道班房区块两个部分。其中雨旺区块被道班房区块呈C字型半包围，中心点地理坐标为104°34′24″N, 25°9′2″E，区块属曲靖市富源县十八连乡镇管辖，面积为81.64km2。

雨旺区块处于师宗-弥勒大断裂东南侧、富村断裂与罗平-泸西断裂之间，位于将向斜构造盆地划分为南、北两个向斜的老厂背斜的南东翼上，整体地层走向北东，倾向南东8°～15°(图1)。

图1 老厂雨旺区块BB′剖面图

区块内总体褶皱构造不发育，基本为宽缓的单斜构造，地层倾角10°～20°，局部发育波状起伏(B401背斜、S401向斜等)。B401 背斜轴向北东80°～90°，轴长7km，宽缓、基本对称，略微向东倾伏；S401 向斜位于B401 背斜北侧，两者近平行紧邻相伴，波幅约320m左右。区块内偶见逆断层发育，其中主要断层F405，走向40°，长约6km，断距50～100m，北端与B401背斜轴部相切。

2 研究区煤储层地质特征

2.1 煤层发育特征

研究区主要含煤地层为上二叠统龙潭组(P3l)与长兴组(P3c)。龙潭组分三段，主要可采煤层集中于上部。含煤地层平均总厚419.65～475m，平均总厚度436.90m，一般含煤层数17-41层，含煤总厚35.70m。主要可采煤层有C2、C3、C7+8、C9、C16、C19六层，厚度范围为0.10～12.52m，除C19煤层属厚煤层外，其余均属中厚煤层。其中C7+8、C9、C13、C19煤层全区层位较稳定，厚度较大，为主力煤层。

图2 老厂雨旺区块主力煤层厚度图

在平面上四套主力煤层厚度变化大，呈透镜状分布，单层煤厚最大值为5.8m，最小值为0.23m。四套主力煤层均位于龙潭组上部，大部分区域煤层埋深小于1000m，平均厚度均超过2m，主力煤层间距平均在3～10m之间(图2)。

根据对区块内各煤田钻孔及8口煤层气参数井分析，勾绘出四套主力煤层标高等值线图。以C7+8煤层标高等值线为例，构造高点位于区块中部，沿主要集中在B401背斜(图3，表1)。

煤体结构反应了煤层受到地应力改造破坏的程度，是控制煤层渗透率的重要地质因素。Ⅰ类煤结构完整，块状构造为主；Ⅱ类煤受破坏活动影响，为块状和碎粒结构；Ⅲ类煤受强烈构造破坏，多以粉状为主，裂缝被煤粉堵塞导致渗透率极低。研究区内的煤体结构分为三类，即：原生结构(Ⅰ类煤)、碎裂结构(Ⅱ类煤)、碎粒、糜棱结构(Ⅲ类煤)。雨旺区块煤层Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类煤均有发育，整体结构以Ⅰ和Ⅱ类煤为主，局部为Ⅲ类煤，下部煤层比上部煤层煤体结构较好(图4)。

2.2 煤岩煤质分析

根据煤层气参数井测试结果，各煤层有机组分含量一般为75.47%～90.87%，平均84.30%；无机组分为10.58%～24.53%，平均16.70%。有机组分主要为镜质组、惰质组，以镜质组为主。矿物质主要包括粘土类、硫铁矿、碳酸盐类、氧化硅类等。

研究区各煤层的空气干燥基煤样水分(Mad)含量在0.29%～3.32%之间，平均为1.39%。主要煤层中，C19煤平均水分含量最高，为1.47%。各煤层水分含量随煤层埋深的增加而增大。灰分(Ad)在8.13%～57.22%之间，平均23.42%，其中C7+8，C9为中灰分煤，C13为低中灰分煤，C19为中高灰煤。挥发分(Vdaf)在5.75%～34.72%之间，平均37.11%。其中，C19属中高挥发分煤。挥发分在垂向上随深度的增大而增大。

2.3 镜质体反射率

雨旺区块煤类主要为无烟煤，镜质组最大反射率平均为3.30%。C7+8煤层平均镜质体反射率3.24%；C9煤层平均镜质体反射率3.28%; C13平均煤层镜质体反射率3.33%; C19煤层平均镜质体反射率3.33%.垂向上镜质组最大反射率有升高趋势，说明煤的变质程度自上而下逐渐变深。

2.4 主力煤层渗透率

根据XA-1, XA-5, XB-1, XB-2，XB-3，XB-4井试井结果，各煤层渗透率在0.015～0.056mD之间，平均为0.03mD。渗透性相对较差，为中低渗储层。 C7+8煤层测渗透率为0.056mD， C9煤层渗透

表1 老厂雨旺区块参数井煤层埋深、煤层厚度统计表

图3 老厂雨旺区块C7+8煤标高等值线图

图4 XB-1井岩心照片

图5 老厂雨旺区块主力煤层含气量等值线图

率为0.015mD，C13煤层渗透率为0.032mD，C19煤层渗透率为0.02mD。

2.5 煤层气组分

根据研究区共计56个含气量数据显示，雨旺区块煤层气组分以甲烷为主，含少量氮气、二氧化碳。CH4浓度介于43.57%～95.14%之间，平均85.65%。其中，C7+8煤层CH4浓度量介于 76.97%～93.60%，平均为87.71%；C9煤层CH4浓度介于在68.77%～93.30%，平均为83.44%；C13煤层CH4浓度介于79.48%～91.53%之间，平均为87.79%；C19煤层CH4浓度介于72.16%～90.08%之间，平均为83.36%。

2.6 含气性特征

根据研究区内煤层含气量测试数据，雨旺区块煤层含气量介于3.11～16.71m3/t之间，平均11.46 m3/t。其中，C7+8煤层空气干燥基含气量为6.8～15.94m3/t，平均为11.58m3/t；C9煤层空气干燥基气含量为3.11～14.63m3/t，平均为11.55m3/t；C13煤层空气干燥基含气量为8.38～16.71m3/t，平均为13.33m3/t；C19煤层空气干燥基气含量为7.88～10.31m3/t，平均为9.52m3/t(图5)。

在平面上，雨旺区块各主力煤层含气量呈“中部高，北部、南部低”的分布特征。含气性整体自北向南逐渐降低。研究区主力煤层平均含气饱和度在54%。分煤层来看，C7+8煤层含气饱和度21.92%～67.51%，平均52.11%；C9煤层含气饱和度15.61%～95.54%，平均55.27%；C13煤层含气饱和度42.26%～75.25%，平均59.31%；C19煤层含气饱和度39.80%～53.54%，平均44.78%。

煤层气含气量分布与埋深具有一定的相关性，主要受B401背斜与S401向斜控制。在背斜的轴部，尤其是B401背斜的西端受构造影响，含气性较好，在S401向斜及B401背斜南翼方向含气性较差，尤其是在XB-1井东侧，各主力层位出现明显的低含气量异常。造成这种异常的原因可能是构造应力褶皱造成煤体破碎与煤层物质组分、煤体发育成熟度、煤层埋深、上覆岩层封闭性综合作用的影响。

2.7 小结

雨旺区块煤层层数多，主力煤层C7+8、C9、C13、C19厚度累计厚度较大，分布面积广。煤质成分较好，煤阶适中，煤层含气量变化范围较大，为3.11～16.71m3/t之间，平均11.46m3/t。CH4浓度介于43.57%～95.14%之间，平均85.65%。区域上，各主力煤层含气量呈现“中部高，北部、南部低”的变化趋势，煤层气含气性整体自北向南逐渐降低，主要受B401背斜与S401向斜、老厂背斜的叠加影响。

3 有利区优选

本次有利区优选主要结合老厂雨旺区块现有煤层气探井与煤田钻孔参数，选取埋深、煤层厚度、累加煤厚、含气量、含气饱和度作为优选指标，将煤层有利区分为Ⅰ、Ⅱ、和Ⅲ类，对区块内煤层气分布有利区进行优选。

煤层气的埋深影响着地应力状态与渗透率的变化，通常埋深越大，地应力趋势增大，渗透率越低，因此将煤层埋深作为研究区评价的主要指标之一。雨旺区块煤层大部分埋深在1000m以浅，整体自北西-南东向埋深逐渐增大，在区块北部东南地区埋深超过1000m。因此本文选择埋深小于1000m地区为1类区，埋深1000～2000m为Ⅱ类区，埋深大于1200m为Ⅲ类区。

图6 老厂雨旺区块煤层气有利区优选图

根据《煤层气资源/储量规范》(DZ/T 0216—2010)，在煤层气资源/储量计算时，单井煤层净厚度下限值为0.5～0.8m，经整理研究区煤层气参数井及煤田钻孔资料可知，研究区内发育多套主力煤层，单层煤厚范围在5.8～0.23m之间，平均厚度均超过2m。但从图2可知，四套主力煤层厚度分布不均，煤层呈透镜状分布。因此取煤层单层厚度大于4m为Ⅰ类有利区，3～4m之间为Ⅱ类有利区，小于3m为Ⅲ类有利区；

根据郭明强对于云南老厂开发层系优选的研究，研究区主力煤层中C7+8、C9、C13为常压储层，C19为欠压储层，考虑优先将C7+8、C9、C13煤层作为一个优先开发层系，C19煤层作为接替层系。因此有利区的圈定需考虑多煤层累加煤厚作为指标之一，取主力煤层累加厚度大于10m为Ⅰ类有利区，10～5m之间为Ⅱ类有利区，小于5m为Ⅲ类有利区。

根据研究区内13口煤层气参数井及白龙山煤矿主力煤层含气量数据，取含气量8m3/t、4m3/t为划分Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类有利区的含气量分界值；取含气饱和度50%、40%为划分Ⅰ、Ⅱ和Ⅲ类有利区的含气饱和度分界值。

据吴财芳与王肖研究，针对滇东黔西地区多煤层、高应力、构造地质条件复杂的特点，在甜点区的优选中，需考虑断层分维值、构造曲率作为关键指标。雨旺区块具有高地应力的特征，主力煤层整体弯曲程度较大，煤层受构造作用影响明显，地应力低值区主要位于区块中部，地应力高值区主要位于区块北部边缘及东南部，因此选择研究区中部地应力适中的区域作为划分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类有利区的参考因素。

表2 老厂雨旺区块煤层气有利区主要评价指标列表

依据上述有利区优选指标，综合雨旺区块XA-1，XA-2，XA-3，XA-4，XB-1, XB-2, XB-3, XB-4井及煤田钻孔储层参数数据，划分Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ类有利区。可见平面上Ⅰ类有利区位于雨旺区块中部，主要沿B401背斜轴线分布。