沁水盆地南部构造对煤储层控气因素的影响

摘要:本文通过对沁水盆地南部古生代晚期煤储层构造发展史、现今构造状态、储层应力状态等因素的探讨,分析其对煤阶、渗透性、以及对气藏等封闭状态的影响,综合分析区内煤储层的渗透性、生烃能力状况,解释构造对该区煤层气的控气因素的影响

关键字:沁水盆地;构造;煤储层;控气

引言

沁水盆地南部煤层气田位于沁水复向斜南部晋城地区,东临太行山隆起,西临霍山凸起,南为中条山隆起,北部以北纬30度线为界连接沁水盆地腹部,总体构造形态为一完整的马蹄形斜坡带,地层宽阔平缓,地层倾角平均只有4度左右,断层不发育,仅南部有一组北东向——东西向正断层组成的弧形断裂带。区内低缓平行褶皱普遍发育,展布方向以北北东向和近南北向为主,褶皱的面积和幅度都很小,呈长轴线型褶皱。沁水盆地据初期勘探证明是高储量、高渗透性地带。

1 区内构造演化概史及影响:

沁水盆地南部地区在石炭、二叠系沉积了本溪组、太原组、山西组的优质煤,煤体经受了印支期近南北向挤压应力场和燕山一喜马拉雅早期Nw-SE向挤压应力场,在沁水盆地普遍存在。挤压作用使本区整体成为NE向褶皱,西部的寺头正断层进一步强化,与之平行的近NE、NNE向的、规模较小的正断层形成。喜马拉雅晚期NNE-SSW 方向的挤压作用,形成区内规模较大、叠加在燕山一喜马拉雅早期NE 向褶皱之上的Nw 向褶皱,此时的寺头断层由原来的张性逐渐转化为压性。第四系以来的新构造运动期,伴随着霍山和太行山的不断隆起,在区内产生的NE-sw 向的近水平挤压应力场,形成了Nw 向小褶皱,这种构造应力场一直持续到现在

断裂性质以正断层居多,断层延伸方向以NE向为主,这说明区内断层主控应力场是WWN方向,局部呈近EW 向和NW 向延伸。断层主要分布在盆地西北部的西山一汾西一霍州一带和盆地东南边缘的襄垣一长治一高平一带。深部断层有数量、规模逐步减少的趋势;从井下采煤揭露的情况看,断层的密度比较稀少。位于晋中断陷西侧的断裂可能是太原期就己存在的同沉积断层,它的存在直接决定西山煤田与周边地区的地层在岩性、岩相、厚度和含煤性等的差异。晋中断陷与临汾断陷为两个新生代张性应力作用下形成的断陷盆地,新生代地层厚度逾公里,断陷盆地周边的断层的断距一般较大

结合实地构造状况分析:

a.聚煤期构造稳定,后期构造变形微弱,基本上保留了原型盆地构造面貌的向斜盆地的环状斜坡带,有利于煤层气的生成和聚集。

b.在向斜盆地的环状斜坡带上,以次级宽缓褶皱为主,并由走向北东东向、北西向、近东西向和北东-东西向四组断裂系所围限的区块,是煤层气富集的有利地区。

c.褶皱构造与煤层气赋存密切相关,其中有利区块内的向斜构造是主要的赋气构造

2 应力场对储层的控制解析

应力场主应力差对煤层裂隙壁距和渗透率的影响存在2种效果截然相反的情况。一种是当构造应力场最大主应力方向与岩层优势裂隙组发育方向致时,裂隙面实质上受到相对拉张作用,主应力差越大,相对拉张效应越强,越有利于裂隙壁距的增大和渗透率的增高。而在最大主应力方向与岩层优势裂隙组发育方向垂直时,裂隙面受到挤压作用,主应力差越大,挤压效应越强,裂隙壁距则减小甚至密闭,渗透率降低。也就是说,构造应力实质上是通过对天然裂隙开合程度的控制而对储层原始渗透率施加影响,因此在多期以拉张应力为主的构造应力场的作用下,南部地区的煤岩体变形相对较强,使得煤体遭受一定程度的破坏,形成了裂隙极为发育的碎裂煤。这些区域往往位于褶皱的轴部,特别是多期褶皱轴部的叠加部位,是高渗储层的分布区,尽管本区煤级变质程度较高,以贫煤、无烟煤为主,但煤层割理仍很发育且开启程度较好,割理密度可达530～580条,m,延伸长度0.01～1.0m,宽度0.1～3llnTl,割理充填不明显。为煤层气的储层运移提供了极为优异的场所,使生成的大量烷烃储存在煤储层中。

区内煤储层与其盖层(顶板岩石)中天然裂隙优势发育方向基本上是正交的,即在同一一构造应力场作用下,主应力差对煤储层表现为拉张作用的负值,而在盖层岩石却表现为起挤压作用的正值。在这种受力状况下:顶板节理密闭性随主应力差的增大而增强,有效地提高了煤储层的封盖能力,有利于煤层气的富集;而煤储层裂隙的张开度随主应力差的增大而加大,增强了煤储层的渗透能力,为煤层气高产创造了极其有利的条件。

而在水平方向上,煤储层处在区域性的构造应力场中,受水平构造应力的作用,因此,水平主压应力越大,储层压力也就越高。沁水盆地南部地区的注入/压降试井测试地应力资料作了统计,具体是:3号煤层地应力为2.90～ 10.60 MPa,平均6.89 MPa,地应力梯度为0.98～ 2.04MPa/100m,平均1.46MPa 100m;1 5号煤层地应力为2.93～13.61MPa,平均10.13MPa,地应力梯度为0.95～2.25MPa/100m,平均1.76MPa/100m。大于静水压力梯度,属于高压区,其控制孔裂隙流体压力,提高孔裂隙的储层压力,使得大量煤层甲烷吸附在煤基质块煤基质块上,利于煤层气的富集,且承受着高压,开采时利于煤层气的大量迅速出气。

3 构造引发的热运动对控气的影响

在沁水盆地的构造演化史中,由于岩浆的侵入提高了区内地区的煤变质程度。岩浆运动对煤储层含气量的影响主要通过其热运动对煤的变质程度的影响直接控制产气量来制约其控气因素的。已有资料证实,在太原西山煤田西部和临汾到侯马一带有二长斑岩和闪长岩类出露,物探资料推测在太谷一平遥间有一闪长岩侵入体,昔阳地区有玄武岩出露。这些燕山期和喜山期的产物,对石炭二叠纪煤系的影响各异,沁水盆地南部地区,晋城-阳城一带有燕山期的闪长岩、花岗斑岩等岩体侵入,使该区的煤变质程度较高,镜质组反射2.75%-3.99%,属于无烟煤,在此变质程度下煤层出气量将达到最高水平。

构造运动的块体运动在竖直方向上体现为升降运动,地层要接受深层埋藏。经勘探,石炭二叠纪煤系埋藏深度在数公里,受到地热的影响,在深埋藏的条件下,利于煤的变质,对生烃强度有着促进作用

結束语

沁水盆地南部地区古生代晚期的煤层具有较强的生烃能力,且孔裂隙发育,储层储气性良好,且开采的煤层气排放条件良好,适于大规模商业开发。

参考文献

[1]沁南煤层气藏高渗区预测.孙平.王一兵.

[2]沁水盆地煤与煤层气地质条件.冀涛.杨德义.

[3]沁水盆地煤储层渗透性影响因素研究.孙立东,赵永军.

[4]沁水盆地南部地应力特征及高产区带预测刘洪林,王勃,王烽,李贵中,秦勇.

[5]煤层气地质学.中国矿业大学出版社.

[6]沁水盆地南部构造演化史.

[7]古生物地质学.中国矿业大学出版社.曾勇等.

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