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霍林河盆地为白垩系山间断陷盆地,盆地沉积地层分为六个层段:顶泥岩段、上含煤段、上泥岩段、下含煤段、下泥岩段、底砾岩段,其中下含煤段为本次研究的目标层位。下含煤段分为四个煤组,煤层总厚度最大处可达80m,单层厚度最大为30m。煤层分布受到沉积环境的控制,煤层主要富集在盆地中东部地区,具有明显的富煤带与富煤中心。煤层在横向上有明显的分带性,使煤储层物性特征有着极大的差异。盆地东部及局部隆起部位煤层埋深较浅,煤层在盆地东部出露,向盆地中西部煤层埋深逐渐加深,最深处位于翁能花向斜与西南部向斜轴部,在1000米以下。该盆地共有三个煤田钻孔对煤层气含量进行了测试,一口煤层气测试井(霍试一井)进行了煤层气参数测定及排采试验,测定煤层含气量在1.6-5.62m3/t之间,煤层埋深500m以下处甲烷浓度为80%以上,因此确定煤层气风化带深度为500m。霍林河盆地煤层变质程度较低,主要为褐煤,煤孔隙类型以大孔及中孔为主,微孔占总孔隙的比例很小,为游离气赋存提供了大量的空间。大量游离气的存在使得传统的煤层气测试方法不适用于该盆地,因此本文采用吸附气与游离气共同计算的方法计算煤层气含量及含气饱和度,并得出该盆地的煤层气赋存类型为“吸附游离型”。该盆地为山间断裂盆地,因此在较小的范围内沉积环境、沉积相带变化非常快,煤层的分布特征也是严格的受到构造与沉积环境的控制。
主要认识:
1.目标煤储层的结构、几何形态、煤岩类型与渗透性均受到沉积环境控制:霍林河盆地的四个煤组的煤层均为复杂结构煤层,具有明显的合并带、分岔带、分岔尖灭带特征的空间几何形态。这一点是二连盆地群中各盆地具有的共性,如果采用厚度基本稳定的概念加以描述或者指导勘探是不符合实际的。此外,各煤组内部的煤岩类型与其对应的孔、裂隙特征及渗透性均受到沉积环境的严格控制。在煤体的合并带不仅纯煤厚度大,而且渗透性良好;分岔尖灭带的特征是煤层厚度薄、变化特别大,尽管单个分层的渗透率高,但是由于厚层砂泥岩夹层的发育而导致煤体在该部位的总体渗透率很低。
2.盆地的同沉积构造特征导致该类盆地具有明显的富煤带与富煤中心:该类断陷盆地发育的同沉积构造造成盆地内部具有明显的富煤带与富煤中心。所谓富煤带是指纯煤厚度明显增大,富煤带的煤资源丰度异常高,一般是盆地平均丰度的5倍以上。而富煤中心则是在富煤带内部更为富集的有限地段,该区的富煤中心的煤资源丰度是富煤带的2倍以上。就整个盆地而言,在面积不到全盆地的20%的有限区域却聚集了盆地70%的煤资源。因此在勘探该类盆地时,发现与寻找富煤带与富煤中心是最重要的任务。
3.聚煤期后的构造微弱有利于煤层气成藏保存:二连盆地群内的聚煤盆地的聚煤期后构造变形微弱,基本完好地保存了原生盆地的大部分或者绝大部分的构造形态,多数盆地表现为轻微的整体上升剥蚀。微弱的聚煤期后构造有利与煤层气藏保存。
4.霍林河盆地煤层气赋存状态为“吸附--游离型”:霍林河盆地煤层变质程度低,原生孔隙度大,为18.8%,孔隙结构以大孔、中孔为主,为游离气的赋存提供了大量的空间,而有利于吸附气赋存的微孔所占比例较小,导致煤层兰氏体积较小,一般在3-4m3/t。根据计算,设定煤层有效孔隙度为10%,得到煤层气的组成中游离气所占比例在50-64%,因此该盆地煤层气赋存状态属于“吸附游离型”,不能简单照搬传统的测试计算方法计算含气量。
5.霍林河型盆地煤层气成藏模式与勘探:该类盆地规律地发育富煤带与富煤中心,而且在煤层富集的合并带与初次分叉带的煤岩石类型以半亮煤为主,煤储层渗透性比较好。如果主力目标煤层的埋藏深度合适,正好位于煤层气的风氧化带深度以下而有利于煤层气藏的封闭保存,则该区为煤层气勘探的有利区块。富煤带是煤层气勘探选区努力寻找的有利目标,而富煤中心是该类盆地煤层气勘探开发的“甜点”,作者相信随着在二连盆地更为广泛的煤层气勘探工作的展开,将会发现更多的合适埋藏深度的煤层气藏。
6.霍林河盆地煤层气资源量评价:翁能花向斜与西南部向斜转折处,煤层厚度大、煤层埋藏深度适中、顶底板岩性为上下泥岩段、受到后期构造影响小,为煤层气成藏的有利地带。本次研究对霍林河盆地埋藏较深、厚度的较大的Ⅲ、Ⅳ煤组进行了资源评价。煤的平均容重取1.4t/m3,平均含气量取3.75m3/t。Ⅲ煤组A类区块平均厚度取20m,面积为23.78km2,资源量为24.96×108m3;Ⅲ煤组B类区块煤层平均厚度取15m,面积为90.23km2,资源量为71.05×108m3;Ⅳ煤组A类区块平均厚度取40m,面积为10.35km2,资源量为21.73×108m3;Ⅳ煤组B类区块煤层平均厚度取25m,面积为49.85km2,资源量为65.42×108m3;盆地总资源量为183.18×108m3。
建议:
1.我国聚煤盆地特有的地质特征与煤层气藏成藏条件,决定了我国不同类型盆地的煤层气成藏模式,只有不断对其解剖、加深认识才有可能取得突破,不能轻易与国外的盆地做简单的参数比对,更不要轻易照搬外国的勘探开发模式。
2.霍林河型盆地的煤层气藏成藏模式是特定地质背景的产物,因此霍林河型盆地的煤层气藏成藏模式具有明显的适应范围。其预测效果在二连盆地群最佳,对于其他盆地群的预测误差或者风险将明显加大,因此不能将该模式盲目推广到其他盆地。