新疆吉木萨尔县水溪沟矿区主要断裂对煤层气赋存的影响因素

梁剑明 李 成 胡 永 李磊佳 侯 鹏 蔡 钊

(1.新疆维吾尔自治区煤田地质局一五六煤田地质勘探队，新疆 830009;2.中国冶金地质总局西北局，陕西 710119;3.新疆维吾尔自治区地质矿产开发局第一区域地质调查大队，新疆 830009;4. 新疆维吾尔自治区地质矿产开发局第六地质大队，新疆 830009)

1 地质概况

新疆吉木萨尔县水溪沟矿区属于准噶尔盆地南缘局部小盆地，是新疆煤炭地质工作开展较早的地区之一，矿区超过三分之二的范围达到煤炭详查阶段，矿区煤炭勘查工作为后期煤层气研究打下了坚实的基础。

矿区含煤地层有侏罗系下统八道湾组(J1b)和中统西山窑组(J2x)，其中，侏罗系下统八道湾组(J1b)为主要含煤地层，可采10层；侏罗系中统西山窑组(J2x)为次要含煤地层，可采3层。煤类以CY和BN为主，八道湾组下段存在少量QM。

矿区主要由水溪沟向斜(M1)和水溪沟南断层(F3)组成，通过研究断层F3附近的煤层气物性参数、储层特征及生产试验井成果分析此类构造对于煤层气赋存的影响因素，用于后期矿区煤层气勘探开发。

2 矿区的主要构造

2.1 褶皱

矿区主要地质构造由水溪沟向斜(M1)和水溪沟背斜(W1)，以及水溪沟南断层(F3)组成。

2.1.1 水溪沟向斜(M1)

水溪沟向斜(M1)宽3～7km，轴向约300°。轴部位于西大龙口河西1.7km至水溪沟东2.2km处。向斜南翼与水西沟背斜共轭，南翼东南段分布上第三系昌吉河组，下伏地层倾角60°～70°。M1向斜控制了矿区总体构造形态，对煤系地层产状、形态及煤层气赋存的控制作用明显。

2.1.2 断层

矿区内断裂构造由6条组成，分别为黑家湾断层、水溪沟南断层F3、西大龙口东断层、双安煤矿平推断层、红山洼煤矿F6断层、红山洼煤矿F7断层，详见表1。

表1 矿区断裂构造

水溪沟南断层F3作为矿区主要构造部分，位于水溪沟南部以西，呈北西～南东向展布，走向长8.7km，根据上盘上升，下盘下降的特征判定为压扭性逆断层。断面陡倾，走向328°～148°，产状238°∠60°，断距在200～450m之间。根据以往地震报告成果，F3逆断层为基本查明的可靠断层。

2.2 井位分布情况

选取8个井位的目的层靶点坐标作为原始数据，其中， X- 1、X- 2、X- 5井均位于F3逆断层上盘，剩余X- 3、X- 4、X- 6、X- 7、X- 8主要处于F3逆断层上盘，具体平面分布情况见图1。

图1 井位分布

3 影响因素

煤层气赋存的影响因素受物性特征、储层特征影响，根据生产试验井煤层特征、气测录井、地球物理测井、排采生产数据等方面数据，研究断层对煤层气的赋存影响。

3.1 煤层厚度特征

煤层厚度是煤层气气田评价的主要参数，对于煤层气资源量评价尤为重要。

从表2中可以看出，F3断层上盘煤层平均厚度10.98m，小于下盘煤层平均厚度15.40m。经过前期研究，以往地质报告明确说明断层形成时间晚于成煤期，所以可以推测经过逆断层作用造成断层下盘煤层厚度大于上盘层厚度。

3.2 气测录井

全烃是气测录井的一个非常重要的参数，它的高低间接反应出储层含烃类物质的多少，在判断储层流体中有着举足轻重的作用，可作为定性评价储层参数的参考数值。

表3中断层上盘、下盘气测录井全烃值数据显示：1号煤层F3断层上盘煤储层全烃值0.049%～22.936%，平均值9.797%(18)，F3断层煤储层下盘全烃值0.880%～34.151%，平均值13.748%(66)；2号煤层F3断层上盘煤储层全烃值0.608%～43.905%，平均值16.857%(50)，F3断层下盘煤储层全烃值0.969%～54.249%，平均值18.258%(94)；3号煤层F3断层上盘煤储层全烃值0.111%～21.167%，平均值4.490%(18)，F3断层下盘煤储层全烃值5.165%～50.389%，平均值15.696%(67)。

通过F3逆断层附近各井位气测录井数据得出：断层下盘全烃值明显高于上盘，推测断层作用使得地下水进入断层面产生封盖作用，将气体封闭在断层以下，致使出现断层下盘煤储层全烃值高于上盘，说明此逆断层有利于局部煤层气赋存(表3)。

3.3 地球物理测井

煤层气地质勘查阶段，采用地球物理测井方式获取储层地质特征，测井数据中的GR值(泥质含量)与煤质存在负相关性，GR越低煤质越好。经分析F3断层周围地球物理测井煤储层GR数据，显示下盘GR数据值基本处于20API以下，大盘大于20API，推测F3断层对局部煤炭变质产生积极作用(表4)。

表4 断层上盘、下盘地球物理测井GR值统计

3.4 储层改造和生产监测

一般情况下，如选取KCl活性水压裂液作为改造液体，会呈现压裂放喷至排采生产初期采集的井内水样Cl-离子浓度远高于生产后期或原地层水Cl-离子浓度的现象。但如果储层裂隙发育程度高，压裂过程中的液体可以快速扩散，将出现Cl-离子浓度变化不明显情况。

矿区储层改造液体优选1.5%的KCl复合压裂液，统计6个月单井排采生产水质样品化验结果发现F3断层周围生产试验井排采水中Cl-离子的变化如下：排采生产期已达半年以上，生产初期至生产半年之内水质检验，Cl-离子浓度变化不明显。

经过认真分析发现压裂放喷与排采生产的间隙期，储层渗透性的良好表现加快了井筒周围压裂液扩散，因此连续检测Cl-离子浓度未发现明显降低趋势，此现象同样与断层的存在息息相关(表5)。

表5 各井位生产阶段Cl-离子检测统计

另外，在生产试验井大量产水以及压裂放喷阶段压力快速下降的现象均说明了断层附近裂隙发育，可为产气提供良好的倒流通道。

4 结论

(1)由于构造应力作用，F3断层下盘受强烈挤压，呈现结果为断层下盘煤储层厚度大于断层下盘；同时，应力作用改变储层厚度特征的同时也造成周围裂隙更加发育，为后期生产提供了良好的倒流通道。

(2)构造作用是成煤条件之一，断层的形成进一步改变了煤储层特征，并将地下水引入断裂带，出现了下盘独有的圈闭环境，提高储层储集能力。