郭東鑫，張華蓮，王 晉，張躍磊

(1.重慶市頁巖氣資源與勘查工程技術(shù)研究中心 (重慶地質(zhì)礦產(chǎn)研究院) 重慶 400042；

打通區(qū)塊位于重慶市綦江區(qū)趕水、打通、安穩(wěn)、石壕等鄉(xiāng)鎮(zhèn)，距重慶市區(qū)以南 170km 左右(圖 1)，區(qū)塊面積為107.81km2，主體位于松藻礦區(qū)內(nèi)。區(qū)塊煤層氣開采主要以井下瓦斯抽放為主，主要目的是防止煤礦瓦斯事故，改善煤礦安全生產(chǎn)條件。部分學者[1-2]曾對該區(qū)煤層氣資源進行了評價，認為該區(qū)發(fā)育變質(zhì)程度高的無煙煤，鏡質(zhì)組含量高，煤層氣資源豐富、含氣量高(17～20m3/t)、可采性好，資源豐度高(1.71×108m3/km2)，是重慶地區(qū)煤層氣勘探開發(fā)的重點目標區(qū)之一。該區(qū)目前已實施了Q1、Q2井鉆探、壓裂及排采工程，揭示了較好煤層氣勘探開發(fā)前景。本次研究通過對打通區(qū)塊煤層氣基本地質(zhì)特征、賦存規(guī)律及控氣要素開展分析，旨在為該區(qū)塊煤層氣勘探開發(fā)有利區(qū)的預(yù)測提供指導(dǎo)。

圖1 區(qū)塊及鉆井位置圖Figure 1 Block situation and boreholes layout

1 煤層氣賦存地質(zhì)背景

打通區(qū)塊大地構(gòu)造位置處于揚子準地臺內(nèi)的上楊子臺褶帶與四川臺坳兩個二級大地構(gòu)造單元的分界處[3]。區(qū)塊位于川鄂湘黔隆起褶皺帶中段西側(cè)酒店埡背斜西翼，箭頭埡背斜-桑木場背斜西翼發(fā)育的次級褶皺帶上，在平面分布上呈向北東收斂、南西撒開的放射狀，具有婁山褶皺的特征，即背斜寬緩，向斜緊湊，褶曲波幅由東向西逐漸減弱，由東向西依次有兩河口向斜、羊叉灘背斜、大木樹向斜和魚跳背斜形成向西突的“鼓包形構(gòu)造”(圖2)。這種特殊的構(gòu)造形態(tài)，是不同方向應(yīng)力的共同作用致使煤系及其上覆地層抬升的結(jié)果。

圖2 區(qū)塊構(gòu)造綱要圖Figure 2 Block structural outline map

區(qū)內(nèi)地層沉積由老到新依次有寒武系、奧陶系、志留系、(泥盆系和石炭系缺失)二疊系(含煤地層)、三疊系、侏羅系。古生界主要出露于本區(qū)的東部和東南部背斜軸部或近軸部；中生界分布于西部及東部和東南的向斜部分；新生界只發(fā)育有第四系，零星分布于河谷地帶及巖溶洼地中。其中，二疊系龍?zhí)督M是本區(qū)的主要含煤地層，屬海陸過渡相沉積，厚57～107m，與上覆長興組為整合接觸，與下伏茅口組假整合接觸。由灰至深灰色泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及少量細砂巖、泥灰?guī)r、石灰?guī)r和鋁質(zhì)泥巖組成。含煤層層數(shù)多，含煤10-12層。龍?zhí)督M整體含水性弱，與上覆上二疊統(tǒng)長興組和下伏中二疊統(tǒng)茅口組含水層缺乏水力聯(lián)系，有利于煤層氣資源的富集。

2 煤儲層基本特征

區(qū)塊內(nèi)上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M發(fā)育4套主力煤層(M6-3、M7-3、M8、M12)(表1)，均為全區(qū)可采煤層。煤層單層厚度薄，總厚4.01～9.88m，平均7.58m，M8煤層厚度最大，平均厚度2.75m。

表1 區(qū)塊主力煤層特征一覽表

區(qū)內(nèi)主力煤層宏觀煤巖類型以半暗型煤為主，條痕為灰黑色，似金屬光澤，貝殼狀斷口，內(nèi)、外生裂隙均較發(fā)育，偶見斑塊狀黃鐵礦。有機質(zhì)含量平均81.5%～88.0%，以M8煤層為最高。煤巖有機質(zhì)顯微組成以鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組為主，平均含量61.0%～88.0%；半絲質(zhì)組與絲質(zhì)組次之，占比13.9%～39.0%；無機組分中以黏土類為主，硫化物次之，含少量氧化物類及碳酸鹽類。煤巖鏡質(zhì)體平均反射率(Rran)2.13%～2.56%，熱演化程度高，屬貧煤-無煙煤。Q1井M7-3、M8煤層孔滲測試表明，煤層孔隙度介于1.69%～5.87%，平均為2.96%，孔隙度總體偏?。粷B透率為(0.004 5～1.146 2)×10-3μm2，層屬低孔低滲儲層。

3 含氣性特征及控氣因素

3.1 含氣性特征

區(qū)內(nèi)各鉆孔主力煤層含氣量測試分析表明(表2)，M6-3煤層平均含氣量為10.26m3/t；M7-3煤層含氣量為19.62～21.92m3/t，平均為20.84m3/t；M8煤層含氣量為8.26～27.92m3/t，平均為17.81m3/t；M12煤層含氣量為23.12m3/t。整體上，M6-3煤以深的煤層含氣量較高，均值在20m3/t左右。煤層氣CH4濃度較高，平均達96.88%。

表2 鉆孔煤層氣(瓦斯)實測含量及解析成分表

3.2 控氣因素

煤層氣富集的必要前提是生成、儲集、封蓋、運移、聚集、保存等條件及其動態(tài)發(fā)展過程的有利配置，是構(gòu)造因素控制之下諸多地質(zhì)因素耦合作用的結(jié)果[4-6]。研究認為，本區(qū)煤層氣富集的主要有以下控制因素：

(1)沉積環(huán)境控制作用。沉積環(huán)境控制著聚煤特征、含煤巖系的巖性、巖相組成及其空間組合，并決定著煤儲層物性和蓋層圍巖特征，通過圍巖透氣性能影響著煤層氣的保存條件[5-6]，是影響煤層氣聚集與保存的基礎(chǔ)地質(zhì)條件。

區(qū)塊內(nèi)龍?zhí)督M發(fā)育以瀉湖—海灣—潮坪及淺海碳酸鹽沉積為主，聚煤區(qū)以濱岸沉積環(huán)境為主，后期南桐潮坪環(huán)境對煤儲層封蓋起主控作用[7-8]，龍?zhí)督M煤層頂?shù)装灏l(fā)育海灣—潮坪—沼澤/泥炭相泥巖或粉砂質(zhì)泥巖，具有較強的封蓋能力。煤的微孔容為 0.015 9～0.032 2 cm3/g，而偽頂發(fā)育炭質(zhì)泥巖、頁巖等，結(jié)構(gòu)致密，孔徑以小孔為主，小于100nm 的平均占65.3%，孔容為 0.011 4～0.017 2 cm3/g，平均0.014 6 cm3/g，因此透氣性極差，是良好的封閉層；直接頂發(fā)育細砂巖、粉砂巖，以微晶或細屑顆粒為主，粒徑為0.25～0.005m，原生及次生孔隙多被黏土礦物充填，也是較好的不透氣層；區(qū)內(nèi)基本頂灰?guī)r晶間孔隙、裂隙發(fā)育，面孔隙率平均3.1%，也限制了煤層氣逸散，從而形成了一個良好的封閉體系[9]。

(2)構(gòu)造作用。一般地，在褶皺強烈地帶或緊密結(jié)合部位，如向斜的軸部附近、背斜的傾伏端等，受控與構(gòu)造作用，構(gòu)造煤發(fā)育，含氣量大，煤層氣(瓦斯)富集程度高。區(qū)內(nèi)9-4號鉆孔位于魚跳背斜傾伏端走向轉(zhuǎn)彎部位，M8煤層厚度為0.33 m，埋深296 m，但M8煤層構(gòu)造煤發(fā)育，煤層氣(瓦斯)含量高達34.90 m3/t。受構(gòu)造作用控制，構(gòu)造煤發(fā)育，煤層的孔裂隙結(jié)構(gòu)破壞，從而造成煤層氣(瓦斯)含量富集。

(3)水文地質(zhì)作用。區(qū)內(nèi)主要含水層為石灰?guī)r巖溶裂隙含水層，自上而下可劃分出1個強含水層、4個中等含水層、4個隔水層，含水層和隔水層縱向上相互疊置。嘉陵江組四段、五段、六段(T1j4-5)為強含水層；嘉陵江組一段、二段(T1j1-2)，玉龍山組二段、三段(T1y2-3)，長興組(P3c)、茅口組(P2m)為中等含水層；嘉陵江組三段(T1j3)，飛仙關(guān)組一段、二段(T1f1-2)，玉龍山組一段(T1y1)、龍?zhí)督M(P3l)為隔水層(表3)。

表3 區(qū)塊主要含水層與隔水層簡表

4 結(jié)論

目前，已實施的Q1井排采試氣產(chǎn)氣 1 200m3/d，2017年3月以來已累計產(chǎn)氣 1.2×105m3(290 d)，據(jù)初步估算，打通區(qū)塊煤層氣資源潛力約 215×108m3，煤層氣資源及開發(fā)潛力大。

(1)綦江打通區(qū)塊構(gòu)造相對簡單，煤儲層具有 “一多一薄、兩高低”的地質(zhì)特征，即煤層層數(shù)多，4套主力煤層(M6-3、M7-3、M8、M12)分布穩(wěn)定；厚度薄，最大為2.75m；孔滲低，孔隙度范圍為1.69%～5.87%，平均為2.96%，滲透率范圍為0.004 5×10-3～1.146 2×10-3μm2；變質(zhì)程度高，煤巖鏡質(zhì)體平均反射率(Rran)2.13%～2.56%；含氣量高，煤層平均含氣量為10.26～ 23.12m3/t。

(2)區(qū)塊煤層氣含氣量較高，煤層氣富集主要受沉積環(huán)境、構(gòu)造作用、水文動力條件耦合作用控制；煤層頂?shù)装逯饕獮榫哂蟹馍w能力較強的海灣—潮坪—沼澤/泥炭相泥巖或粉砂質(zhì)泥巖，對煤層氣起到了很好的區(qū)域性封蓋保存作用；含水層和隔水層縱向上相互疊置，水力聯(lián)系差，煤層氣保存條件良好。