辽河盆地东部凸起北部地区煤层气地质特征及资

发布时间：2021-06-05

辽河盆地东部凸起北部地区煤层气地质特征及资源量估算

辽河盆地东部凸起北部地区煤层气地质特征及资源量估算

贾耀惠

中油辽河石油勘探局煤层气开发公司，辽宁盘锦 124010

摘要：辽河盆地东部凸起北部地区含煤面积大，煤层含气量高，煤层气资源量大。加快该区煤层气的勘探、开发和利用，将为寻找接替能源，解决能源紧缺，减少煤矿瓦斯等安全事故的发生等方面，将产生巨大的经济效益和社会效益。本文通过对该区地层沉积、构造、岩浆侵入、煤储层物性和含气量等主要地质特征的研究探讨及煤层气资源量估算，对该区下步煤层气的勘探和有效开发提出了一些合理性建议。关键词：辽河盆地东部凸起；煤层气；地质特征；资源量；含气量

1 引言

煤层气是赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体，它的热效率高，是重要的洁净新能源。辽河盆地东部凸起北部地区含煤层含气量高，煤层气资源量大，具有较大的煤层气开发潜力。

2 煤层气成藏区域地质背景

2.1 区域概况

辽河盆地东部凸起北部地区，北起辽宁省沈阳市苏家屯，南至太子河南2公里，西至永乐乡附近的F3断层，东到灯塔市张台子乡，南北走向长47Km，东西倾斜宽11Km，含煤面积约517Km2。该区地貌平坦，属于下辽河冲洪积平原东北边缘。长大铁路、沈大高速公路、哈大公路纵贯该区，交通便利。

红阳煤田位于本次研究区内。该煤田于1958年发现，1962年开始勘探，1970

辽河盆地东部凸起北部地区煤层气地质特征及资源量估算

开始建井，目前共建成林盛矿、红菱矿、红阳三矿、西马矿四对生产矿井，年主产焦煤700×104t，永乐、尖台子南、尖台子北三个待建矿井。 2.2 地层沉积特征

本区域自上而下地层为：第四系（Q）、中生界侏罗系（J3）、上古生界二迭系上统石千峰组（P22）、下统石盒子组（P12）、山西组（P11）、石炭系上统太原组（C3）、中统本溪组（C2）。含煤地层主要为石炭～二迭系地层，属于太子河凹陷华北型沉积，具有鲜明海陆交互相沉积特征。 2.3 构造特征

辽河盆地东部凸起大地构造单元属于中朝地台内辽东台背斜和下辽河中新生代凹陷裂谷东坡复合地带，区域构造位于东部凹陷东侧，西界是佟二堡断层，东界隔刘二堡断层与太子河凹陷相接，北靠沈阳隆起，南邻牛庄隆起，为一北东向分布的狭长凸起。北东向断裂多为高角度压扭性断裂，并伴生有北西向、北东向的低次序张性与张扭性断裂。

区内北东向系列褶皱构造发育，其中张良堡背斜、林盛堡向斜发育及保存较为完整，轴长延伸可达30～50Km，区内80％的含煤面积位于此两个褶皱中。褶皱和断裂均呈北东向平行斜列，呈雁行状（见图1）。

图1 辽河盆地东部凸起北部地区煤层构造图

辽河盆地东部凸起北部地区煤层气地质特征及资源量估算

图2 煤层综合柱状图

2.4 岩浆侵入史

区内岩浆活动主要有两期。一为燕山期，呈多次间隙喷发的火山岩，由中、基性岩流形成，为流纹岩、安山岩、玄武岩和火山碎屑组成。构成本区侏罗系上统大明山中段地层，超覆在石炭、二迭系及其以前各时代地层上，一般对煤层、煤质无大影响。另一期为第三纪喜马拉雅期岩浆岩侵入，其中包括玄武岩和辉绿岩的侵入。玄武岩为第三纪早期喷发物，呈暗绿色、细晶质，成分以基性长石、辉石、橄榄石和少量角闪石组成。辉绿岩侵入该区古生代含煤地层中，以断层为通道，沿煤层或松软地层呈岩床、岩脉侵入，对煤层煤质有不同程度的影响，一般受辉绿岩侵入的煤层区域，煤储层内CH4含量均普遍较高，如红菱矿707号钻孔在辉绿岩体附近的7#煤层，其CH4含量高达17.4m3/t。

辽河盆地东部凸起北部地区煤层气地质特征及资源量估算

3 煤储层主要特征

3.1 煤层发育

本区含煤地层主为二叠系山西组和石炭系太原组，煤层埋深300～2500m不等，含煤地层厚度为200m左右，共含煤14层（见图2），煤层平均总厚度为11.03m，含煤系数5.7％。其中3#、7#、12#、13#煤为主要可采层，可采层总厚度为7.53m。北部即林盛矿、红菱矿区3#、7#、12#煤为主要可采层，可采总厚度6.5m左右。南部即尖台子南段、红阳四井区12#、13#煤为主要可采层，其余各层局部可采。 3.2 煤岩煤质

本区各煤层均属于高等植物所形成的腐植煤，宏观观察所见太原组煤层由半光亮型或光亮型组成，而山西组煤层则多为半亮型和半暗型。微观所见凝胶化组分即镜质组，是构成该区煤的主要显微组分，丝炭化组分即丝质组总的含量较低。煤中矿物质主要为粘土、黄铁矿和石英。

表1 红阳煤田煤质分析结果表

煤种

水分Wf%

气煤肥煤焦煤瘦煤贫煤无烟煤

1.42 0.87 0.91 0.89 0.93 1.49

原煤分析灰分Ag% 15.84 13.92 15.53 14.77 15.58 17.55

硫SqQ% 1.39 1.93 1.59 1.41 1.47 2.04

精煤分析

挥发分Vr% 34.10 28.89 21.55 15.83 11.79 7.50

胶质层厚度Y(mm)

20 32 19 6.6 0 0

该区由北而南煤挥发分逐渐降低，变质程度逐渐增高，依次为气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤。据红阳煤田煤质分析结果，该区煤灰分适中，水分极低（见表1）。纵向上，煤的变质程度随埋深有垂向分带变质的特点，即随着深度增加，煤的挥发分逐渐减少。一般垂深每增加100米，挥发分减低0.5～5.63％，平均3.15％。煤的变质程度随深度增加而增高，与煤岩成分无关。

辽河盆地东部凸起北部地区煤层气地质特征及资源量估算

3.3 煤层气含量分布及控制因素

区内以北东向褶皱和伴生的较大断裂所组成的构造格局，控制着煤层气的赋存及其含量分布。据红阳煤田精查勘探瓦斯测定结果，张良堡背斜东南翼及其埋深1500m以下、林盛堡向斜中南段和上岗子向斜核部煤层气含量均在10～20m3／t，有的区域可达25m3／t以上。林盛矿埋深400m以上、红阳三矿西翼浅部等区域煤层气含量偏低，一般在10m3／t以下。另据红阳煤田各矿井开采实践表明，除林盛矿井浅部瓦斯偏小外，其余三矿均为超级瓦斯突出矿井，红菱矿、西马矿瓦斯突出事故已发生190多次，高强度突出已有数十次之多。

研究区内地下水活动属迳流区，除第四系孔隙承压强含水层外，其它均为层间裂隙弱含水层，各含水层自贮自流，渗透系数介于0.0002～3.377m／d，相互间无明显的水力联系，水文地质条件对煤层气赋存一般没有不良影响。 3.4 煤层的孔渗性

表2 红阳煤田煤质分析结果表

煤层编号孔隙率%

3# 5

7# 8.63

121# 4.2

122# 8.57

13# 6.7

平均 6.62

红阳煤田煤储层内存在两种类型裂隙结构。一种类型是一定的地质时期构造应力场作用下形成的并切穿煤岩分层的外生裂隙，一般NE向、NWW向二组显现。据林盛矿井下西二采区调查结果，7煤中NE向裂隙发育频度为10条/50cm，NWW向裂隙发育频度为11条/50cm；12煤中NE向裂隙发育频度为11条/50cm，NWW向裂隙发育，频度为23条/50cm。另一种类型是煤化作用过程中，煤中凝胶物受温度、压力等因素影响，体积收缩内张力作用形成的裂隙，即割理。据林盛矿井下调查表明，12#煤面割理密度为15～17条/5cm，端割理密度为8～10条/5cm，割理密集无充填物，缝宽度一般在0.1～0.2mm以下。

据红阳煤田煤质分析结果，主要可采煤层孔隙度4.20～8.63%，平均为6.62%（见表2），渗透率为0.06～0.17mD，因此该区煤层孔渗性较差。 3.5 煤层顶底板岩性及封闭性

本区煤层由多韵律非渗透性的致密砂岩、海相泥岩及侏罗系杂色砂砾岩等

辽河盆地东部凸起北部地区煤层气地质特征及资源量估算

组成盖层，对煤层气气藏起到了较好的封闭遮挡作用，进而保证已形成的煤层气不会逸散。

4 煤层气资源量

4.1 煤层气资源量计算范围

北起辽宁省沈阳市苏家屯深沟子地堑，南至太子河南2公里，西至永乐乡附近的F3断层，东到灯塔市张台子乡，南北走向长47Km，东西倾斜宽11Km，含煤面积约517Km2。

4.2 煤层气资源量计算相关参数的确定

⑴煤层厚度

据红阳煤田近200口钻孔资料统计：全区可采煤层平均厚度为6.16m。本次统计的煤层可采单层厚度均大于或等于0.7m,小于0.7m的煤层未做统计。

⑵含煤面积和煤层平均容重

该区含煤面积约517Km2，扣除红阳煤田四个矿所占面积99 Km2，剩余含煤面积约418 Km2。根据红阳煤田实测资料，煤层平均容重确定为1.38t/m3。