中地數媒 2020-01-15

3。2。1 劃分原則與依據

煤層氣圍巖的封閉性評價，目前趨向於用孔隙結構的定量評價來代替用巖性、厚度、埋深的定性評價，但迄今尚無統一的標準。本次研究主要參考了原地質礦產部石油地質實驗室的研究成果（表3。7），根據巖性特徵及孔隙結構特徵，將區內煤層圍巖劃分為泥岩型（細分為泥岩亞型，粉砂岩亞型）、砂岩型（細分為雜砂岩亞型和砂岩亞型）和灰巖型三種類型六個亞類。

表3。7 不同巖性蓋層效能引數及其分級

（∗據李明潮等，1990）

3。2。1。1 泥岩型（I

1

）

見於各煤層底板和頂板的部分割槽域。巖性為泥岩、炭質泥岩、鈣質泥岩及泥質粉砂岩。據長慶研究院研究，在裂縫不發育的條件下，泥質含量大於40%的泥岩和泥質粉砂岩，其滲透率變化範圍為10

－7

～10

－9

μm

2

，具有良好的封閉性。區內泥岩型圍巖中泥質含量均大於50%，因而當構造破壞微弱時，具有良好的封閉性。

3。2。1。2 粉砂岩型（I

2

）

見於各煤層頂板的部分地段。其滲透率介於泥岩與砂岩之間，為封閉性稍次於泥岩的岩石型別。

3。2。1。3 灰巖型（Ⅱ）

據次生溶孔發育與否，可以細分為Ⅱ

1

亞型和Ⅱ

2

亞型。

主要見於11

＃

煤層頂板的部分地段。巖性為生物碎屑泥晶灰巖、含生物碎屑泥晶灰巖和泥灰岩。孔隙度多小於1%，滲透率一般小於0。01×10

－3

μm

2

。但在構造變動強烈地段，灰巖中裂隙和溶孔均較發育，如馬溝渠井田1101採面煤層頂板灰巖中見有多處溶洞，內有低溫條件下形成的方解石小晶體。故將構造運動不強烈、具有一定封閉能力的灰巖確定為Ⅱ

1

灰巖亞型，將裂隙和溶孔較發育，封閉效能大為降低的灰巖，確定為Ⅱ

2

灰巖亞型。

3。2。1。4 砂岩型（Ⅲ）

主要見於2

＃

、3

＃

、5

＃

、11

＃

煤層頂板的部分割槽域。砂岩巖性在橫向上不穩定，往往很快相變為泥岩型或灰巖型頂板。一般來講該型別圍巖對煤層甲烷的封閉性很差，且往往與煤層一起構成甲烷的儲氣層，根據巖性可進一步劃分為含長石石英雜砂岩亞型（Ⅲ

1

）和石英砂岩亞型（Ⅲ

2

）。雜砂岩較石英砂岩封閉性稍好。Ⅲ

2

亞型主要見於11

＃

煤層頂板。

3。2。2 圍巖封閉型別及其特徵

根據頂板型別，參考圍巖含砂率、次生孔隙發育狀態及後期構造變形特徵，將區內圍巖劃分為透氣層、半透氣層和遮蔽層，各型別特徵見表3。8。

表3。8 研究區頂板圍巖封閉性型別劃分方案

封閉性型別的劃分中頂板圍巖型別是最主要的依據，其效能及分級見表3。7，據研究區內的圍巖型別特點，將區內圍巖封閉型別劃分為四類三級（表3。8），其中砂岩型、灰巖型頂板劃分同一級別。別的引數還有：①頂板含砂率。含砂率反映了煤層頂面之上一定岩層厚度內（20m、10m、5m）透氣性岩石（砂岩、灰巖）與非透氣性岩石（粉砂岩、泥岩）之量比，研究證明該引數與煤層氣含量有一定程度的相關性。含砂率＞50%的高值域約略可以反應地層中砂體的平面分佈形態及特徵。②直頂泥岩厚度。其臨界值確定為0。3m，這是因為泥岩的突破壓力達9。7MPa，遠遠高於區內煤層壓力，故臨界值不取1m，而粗略定為0。3m。③砂岩型別。主要考慮砂岩與雜砂岩具有不同的次生孔隙狀態。④構造影響。構造影響強烈程度決定著頂底板岩石的完整性，構造影響強烈，圍巖透氣性好；無構造影響，圍巖封閉性良好；構造影響中等，圍巖的破壞程度位於以上二者之間。

3。2。3 煤層圍巖封閉性差異的原因分析

3。2。3。1 原始沉積控制

（1）成煤期後瞬時沉積環境

成煤期後瞬時沉積環境是指煤層直接頂沉積期的沉積環境。由於山西組直接頂圍巖受到後期相當於老頂沉積期的河道砂岩的沖刷，因此煤層直接頂沉積物區域性被老頂砂岩所替代，形成不同期沉積環境在平面上的疊置。

1）3

＃

煤層

北區直接頂沉積期沉積環境比較均一，基本上為濱淺湖泊環境的粉砂岩、砂質泥岩和泥岩，僅在區域性有河床相砂岩（圖3。1），故北區3

＃

煤層頂板以泥岩型為主，頂板泥岩厚3～8m。再加上3

＃

煤層厚度大，分佈穩定，因此是區內煤層甲烷生儲能力最好的層位。

南區直接頂沉積期，在馬溝渠井田除區域性地區（如北一採區）為湖泊泥岩、粉砂岩相外，其餘均為河床砂岩相，其巖性為中粒長石石英雜砂岩。故3

＃

煤層頂板以砂岩型為主，再加上煤層受沖刷嚴重，故煤層甲烷生儲能力較差（圖3。2）。在象山井田3

＃

煤層直接頂沉積期可以劃分為河床砂岩相、漫灘砂岩相、湖泊粉砂岩、砂質泥岩相。湖泊相主要分佈於167號孔，30、132號孔，211、252、150、61號孔的周圍；河床相、漫灘相分佈於3勘探線以北的淺部，69號孔、167號孔等區域性地區。故象山井田3

＃

煤層以泥岩型頂板為主，煤層較厚且穩定，煤層甲烷生儲能力較好。

2）11

＃

煤層

北區總的來講，11

＃

煤層直接頂沉積期均處於淺海環境，可以細分為淺海灰巖相，波浪帶砂岩相與潟湖灣泥岩相。淺海灰巖相主要集中分佈於燎原井田中部，下峪口井田的邊淺部和桑樹坪井田的北部，波浪帶砂岩相多與灰巖相相鄰，粉砂岩、泥質岩相不規則分佈於灰巖、砂岩相區之間。故區內具有砂岩型、灰巖型和泥岩型三種頂板型別（圖3。3）。

直接頂沉積期南區巖相型別與北區相同，但灰巖與砂岩相區明顯減少，頂板型別以泥岩型為主（圖3。4）。就其煤層甲烷的儲存能力而言，南區優於北區。

3）區內其他區域性可採煤層

北區2

＃

煤層直接頂沉積期為湖泊粉砂岩、砂質泥岩和泥岩相，後期疊加了沖刷成因的河床砂岩相，河道砂岩相區的展布方向為北西－南東向，頂板型別以泥岩型為主（圖3。5）。

5

＃

煤層成煤期後沉積以河流相中細砂岩為主，集中分佈於120、206、153、117、604、40號孔以南，66、英6、英21號孔以北的廣大地區。

（2）煤系沉積環境演化

前已述及，韓城礦區3

＃

和11

＃

主要可採煤層分屬兩種不同的環境系統，前者頂板岩石為陸相，後者為淺海相。從這個角度來看，在研究3

＃

、11

＃

煤層圍巖的封閉性時，應充分考慮由於沉積環境不同造成的如下問題。

1）兩煤層頂板中高滲透率岩石的型別不同

3

＃

煤層（也包括2

＃

、5

＃

煤層）頂板高滲透率岩石為長石石英雜砂岩，而11

＃

煤層頂板高滲透率岩石是石英砂岩和灰巖。在後期構造破壞作用下，砂岩和灰巖的裂隙發育和溶蝕效能均不同。砂岩主要表現為次生裂隙，而灰巖則伴生有大量次生溶孔和溶洞。

2）兩煤層頂板中砂岩不同

3

＃

煤層為成分成熟度、結構成熟度均較低的長石石英雜砂岩，而11

＃

煤層頂板砂岩為石英砂岩，成分成熟度與結構成熟度均較高。從理論上講，成分成熟度和結構成熟度高的砂岩，其粒間孔隙度及滲透率也高。因此，在相同的條件下（同樣的頂板型別，同樣的砂岩厚度），11

＃

煤層頂板較3

＃

煤層頂板封閉性要差。

3）兩煤層頂板圍巖中低滲透率岩石的型別不同。

最主要的區別是11

＃

煤層頂板中發育較多的鈣質泥岩，而鈣質泥岩中方解石礦物易於在後生階段溶解而形成次生溶孔。

3。2。3。2 後期構造影響

後期構造對煤層圍巖的影響主要表現為破裂構造和褶皺構造對煤層甲烷氣藏蓋層的破壞作用。有關這方面的詳細情況，將在第5章中闡述。