樊莊區(qū)塊煤儲(chǔ)層非均質(zhì)性的構(gòu)造控制作用.doc

樊莊區(qū)塊煤儲(chǔ)層非均質(zhì)性的構(gòu)造控制作用 黃晶晶1宋智華2 （1.成都理工大學(xué)能源學(xué)院，四川成都610059；2.中國(guó)石油大學(xué)北京地球科學(xué)學(xué)院，中國(guó)北京102249） 【摘要】樊莊區(qū)塊煤儲(chǔ)層發(fā)育的非均質(zhì)性較強(qiáng)，直接導(dǎo)致了煤層氣井間產(chǎn)能差異較大。在對(duì)樊莊區(qū)塊進(jìn)行構(gòu)造精細(xì)解釋和地應(yīng)力分析的基礎(chǔ)上，結(jié)合該區(qū)塊煤儲(chǔ)層的煤體結(jié)構(gòu)和裂隙發(fā)育特征，深入研究了構(gòu)造變形和現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)對(duì)煤儲(chǔ)層非均質(zhì)性的影響。研究表明，樊莊區(qū)塊褶皺構(gòu)造比較發(fā)育，主要為軸向近NS的寬緩褶皺，褶皺軸部構(gòu)造裂隙發(fā)育，對(duì)煤儲(chǔ)層有利；該區(qū)煤層中斷裂構(gòu)造非常發(fā)育，以正斷層為主，越靠近斷層，煤層變形破碎越明顯，裂隙越發(fā)育，但在寺頭斷層附近為強(qiáng)烈變形的軟煤發(fā)育帶，對(duì)煤儲(chǔ)層不利?，F(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)對(duì)煤儲(chǔ)層的影響主要表現(xiàn)為對(duì)裂隙“開、閉”的控制，水平主應(yīng)力差越大，越利于煤儲(chǔ)層裂隙的開啟。 關(guān)鍵詞煤層氣；煤儲(chǔ)層；構(gòu)造；非均質(zhì)性 煤儲(chǔ)層特征是制約煤層氣勘探和開發(fā)的重要因素，國(guó)外在低、中煤級(jí)煤儲(chǔ)層煤層氣勘探開發(fā)方面取得了巨大的成功，但在高煤級(jí)煤儲(chǔ)層中卻沒有成功的先例1-2。我國(guó)高煤階氣藏煤層氣資源量占煤層氣總資源量的303，沁水盆地高產(chǎn)氣量煤層氣井的出現(xiàn)，說明中國(guó)具有在高煤級(jí)煤儲(chǔ)層中開發(fā)煤層氣的條件，但是對(duì)于高煤級(jí)煤儲(chǔ)層的研究相對(duì)比較薄弱，從而限制了煤層氣勘探和開發(fā)工作的進(jìn)展4-6。沁水盆地南部樊莊區(qū)塊雖然取得了煤層氣的商業(yè)開發(fā)，但是煤層氣井間的產(chǎn)能差異較大，甚至同一煤層、同一區(qū)塊之內(nèi)也可能存在巨大差異，造成這種產(chǎn)能差異的原因除后期施工及排采工藝的影響外，主要受高煤級(jí)煤儲(chǔ)層非均質(zhì)性所控制7。 1構(gòu)造變形對(duì)煤儲(chǔ)層非均質(zhì)性的控制作用 1.1構(gòu)造發(fā)育及分布特征 樊莊區(qū)塊褶皺構(gòu)造比較發(fā)育，且以寬緩褶皺為主，在全區(qū)穩(wěn)定分布，總體上呈等間距排列；褶皺的面積和幅度都較小，背斜幅度一般小于50m，延伸長(zhǎng)度510km，呈典型的長(zhǎng)軸線型褶皺；主要由燕山期NNE向、近NS向和喜山期NW向背、向斜構(gòu)造組成。 研究區(qū)斷層構(gòu)造也非常發(fā)育，地表出露較少，除西部寺頭正斷層外，鉆孔揭示及野外露頭發(fā)現(xiàn)的斷層很少，且規(guī)模較小。跟據(jù)二維地震探測(cè)資料的解釋分析，樊莊區(qū)塊內(nèi)煤系斷層發(fā)育近50條，其中規(guī)模較大者有8條，延伸距離多在315km，落差在1540m左右。寺頭斷層是本區(qū)的西部邊界斷層，區(qū)內(nèi)延伸長(zhǎng)度約17km，斷層規(guī)模較大，斷層兩側(cè)伴以羽狀張性小斷裂，表明該斷層為具有張扭性質(zhì)的正斷層8。 1.2煤儲(chǔ)層非均質(zhì)分布特征 褶皺對(duì)煤儲(chǔ)層的煤體結(jié)構(gòu)變形和裂隙發(fā)育具有很好的控制作用。一般在褶曲軸部煤儲(chǔ)層裂隙發(fā)育，甚至在局部強(qiáng)烈變形地帶會(huì)形成構(gòu)造煤。樊莊區(qū)塊以固縣地區(qū)褶皺最發(fā)育，其次為蒲池地區(qū)，樊莊地區(qū)最差。由于該區(qū)總體以寬緩褶皺為主，不會(huì)造成煤體的強(qiáng)烈變形，所以褶皺核部及附近區(qū)域裂隙發(fā)育，為有利煤儲(chǔ)層分布區(qū)。 二維地震解釋成果表明，樊莊區(qū)塊煤層中斷裂構(gòu)造非常發(fā)育，以正斷層為主。其中寺頭斷層作為該區(qū)的主要斷層和西部邊界，自印支期就開始形成，以后的數(shù)次構(gòu)造運(yùn)動(dòng)中它都在活動(dòng)，其形成必定影響構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)在本區(qū)的展布，進(jìn)而控制著區(qū)內(nèi)構(gòu)造的形成和展布。具體表現(xiàn)為，寺頭斷裂帶及其附近斷層非常發(fā)育，且斷層的規(guī)模較大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜。在正斷層的形成過程中斷層面附近為一明顯的應(yīng)力集中帶，所以，越靠近斷層，煤層變形破碎越明顯，裂隙越發(fā)育。比如，寺頭斷層對(duì)煤體變形具有明顯的控制作用，沿?cái)鄬有纬绍浢簵l帶；向東逐漸過渡為碎裂煤分布區(qū)，煤層構(gòu)造裂隙也非常發(fā)育，是有利煤儲(chǔ)層分布區(qū)；進(jìn)一步向東為基本不受影響的原生結(jié)構(gòu)煤發(fā)育帶。樊莊區(qū)塊固縣地區(qū)正斷層最發(fā)育，可以推斷該區(qū)構(gòu)造裂隙發(fā)育程度要優(yōu)于蒲池和樊莊地區(qū)。 2現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)對(duì)裂隙開合的影響 現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)的方向和大小控制著已有裂隙系統(tǒng)的“開、閉”，煤儲(chǔ)層中天然裂隙的壁距對(duì)原始滲透率起著關(guān)鍵性的控制作用。當(dāng)構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)最大主應(yīng)力方向與煤層優(yōu)勢(shì)裂隙組發(fā)育方向一致時(shí)，裂隙面實(shí)質(zhì)上受到相對(duì)拉張作用，主應(yīng)力差越大，相對(duì)拉張效應(yīng)越強(qiáng)，越有利于裂隙壁距的增大和滲透率的增高9-10。 利用ANSYS軟件對(duì)樊莊區(qū)塊進(jìn)行了地應(yīng)力模擬，根據(jù)模擬結(jié)果可以將樊莊區(qū)塊的各應(yīng)力值導(dǎo)出，并可根據(jù)最大水平主應(yīng)力和最小水平主應(yīng)力計(jì)算主應(yīng)力差，最后根據(jù)區(qū)內(nèi)各點(diǎn)的應(yīng)力數(shù)據(jù)分別繪制了山西組3#煤層的水平主應(yīng)力差分布圖（圖1）。 本區(qū)的最大主應(yīng)力方向與煤儲(chǔ)層主裂隙發(fā)育方向平行，即在同一構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)作用下，主應(yīng)力差值越大，越利于煤儲(chǔ)層裂隙的開啟。綜合以上分析認(rèn)為，研究區(qū)內(nèi)距離寺頭斷層較遠(yuǎn)或位于背斜軸部的地區(qū)以及主應(yīng)力差高值區(qū)為有利煤儲(chǔ)層發(fā)育區(qū)。由水平主應(yīng)力差分布圖可以看出，研究區(qū)固縣地區(qū)水平主應(yīng)力差為1119MPa、樊莊地區(qū)水平主應(yīng)力差為2331MPa、蒲池地區(qū)水平主應(yīng)力差為1523MPa。所以從水平主應(yīng)力差角度分析，樊莊地區(qū)煤儲(chǔ)層要優(yōu)于固縣地區(qū)，蒲池地區(qū)則介于兩者之間。 3有利煤儲(chǔ)層分布規(guī)律 綜合考慮構(gòu)造變形和現(xiàn)代構(gòu)造應(yīng)力場(chǎng)因素的影響，對(duì)樊莊區(qū)塊煤儲(chǔ)層的非均質(zhì)分布進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)?？蓪⒀芯繀^(qū)3#煤儲(chǔ)層由好到差分為三類。固縣中部構(gòu)造裂隙最發(fā)育，且主應(yīng)力差適中，所以可將其劃分為I類儲(chǔ)層；蒲池東南部與樊莊地區(qū)雖然總體上構(gòu)造裂隙不如固縣中部發(fā)育，但這兩個(gè)地區(qū)的主應(yīng)力差大，有利于裂隙的開啟，所以也為I類儲(chǔ)層；寺頭斷層?xùn)|部附近由于煤體結(jié)構(gòu)破壞嚴(yán)重，所以將其劃分為III類儲(chǔ)層；蒲池東北部和固縣東部則介于前兩者之間，為II類儲(chǔ)層，這兩個(gè)區(qū)域在褶皺軸部的煤儲(chǔ)層最有利（圖2）。 圖2樊莊區(qū)塊煤儲(chǔ)層分布圖 4結(jié)論 褶皺和斷層對(duì)煤體變形和裂隙發(fā)育具有很好的控制作用。褶皺核部煤儲(chǔ)層裂隙發(fā)育程度較好，有利于煤儲(chǔ)層滲透性的改善；距離寺頭斷層一定距離的范圍內(nèi)由于派生斷層的影響，煤儲(chǔ)層裂隙相對(duì)發(fā)育，儲(chǔ)層滲透性也較好。主應(yīng)力差值越大，越利于煤儲(chǔ)層裂隙的開啟。綜合考慮構(gòu)造變形和地應(yīng)力因素的影響，固縣中部、蒲池東南部與樊莊地區(qū)為I類儲(chǔ)層分布區(qū)，蒲池東北部和固縣東部為II類儲(chǔ)層分布區(qū)，而寺頭斷層?xùn)|部則為III類儲(chǔ)層分布區(qū)。 參考文獻(xiàn) 1秦勇.中國(guó)煤層氣產(chǎn)業(yè)化面臨的形勢(shì)與挑戰(zhàn)():走向與前瞻性探索J.天然氣工業(yè),xx,26(36):1-6. 2張群,李建武,張新民,等.高煤級(jí)煤的煤層氣開發(fā)潛力:以沁水煤田為例J.煤田地質(zhì)與勘探,xx,29(6):26-30. 3王紅巖,劉洪林,趙慶波,等.中國(guó)煤層氣富集成藏規(guī)律M.北京:石油工業(yè)出版社,xx. 4陳金剛,張景飛構(gòu)造對(duì)高煤級(jí)煤儲(chǔ)層滲透率的系統(tǒng)控制效應(yīng):以沁水盆地為例J天然氣地球科學(xué),xx,18(1):134-136 5傅雪海,秦勇,姜波,等.高煤級(jí)煤儲(chǔ)層煤層氣產(chǎn)能“瓶頸”問題研究J.地質(zhì)論評(píng),xx,50(5):507-513. 6衛(wèi)明明,琚宜文,薛傳東,等.沁水盆地南部變質(zhì)變形煤儲(chǔ)層特征及煤層氣富集區(qū)劃分J.地質(zhì)科學(xué),xx,46(3):905-918. 7趙賢正,桑樹勛,張建國(guó),等.沁南煤層氣開發(fā)區(qū)塊煤儲(chǔ)層特征分析及意義J.中國(guó)煤層氣,xx,8(2):3-7 8王秀蘭,要惠芳樊莊區(qū)塊煤層氣富集高