贵州中西部地区煤层气成藏特征_岑明峰

贵州省煤炭资源丰富，全省含煤面积约7万km 2，占总面积的40%以上[1]。全省预测1000m 以浅

煤炭资源量1618.25亿t ，2000m 以浅煤炭资源量2463亿t [2]，占全国煤炭资源的5%左右，是江南其他12个省区的总和，居全国第5位[3]。煤层中还蕴藏有丰富的可供开发煤层气资源，埋深2000m 以浅、含气量大于4m 3/t 可采煤层气地质资源量为31511.59亿m 3，占全国煤层气资源总量的22%左右，仅次于山西，其中1500m 以浅资源量23000亿m 3，同样评

价标准下的煤层气资源量位列全国各省区第二，占华南聚气区煤层气资源总量的76.34%[1,3]。我国南方

富煤、缺油、少气的特点使贵州煤层气资源开发利用具有良好的开发利用潜力和前景。本文结合大量的统计资料和实验测试数据，从含气性、储层物性及成藏规律三个方面系统探讨贵州中、西部地区煤层气藏特征，旨在为煤层气勘探开发利用提供依据。

1区域地质背景

贵州省地处扬子板块的西南部，位于新华夏系第三褶皱带与沉降带的南部和南岭纬向构造带的复合部位，褶曲、断裂均较发育，主要经历三个大的构造发展阶段，即中晚元古代褶皱基底形成阶段，南华纪-侏罗纪盖层形成阶段及侏罗纪之后（白垩纪-新近纪）褶皱造山与叠加改造阶段，构造单元划分见图1。

研究区内地层发育较全，自下而上包括元古界

贵州中西部地区煤层气成藏特征

岑明峰1，任波2，赵福平1，任平1，阳勇1

(1．贵州省煤田地质局一一三队，贵州贵阳550000；2．深部煤炭开采与环境保护国家重点实验室，安徽淮南232000）

摘要：基于贵州地区煤层气富集成藏条件，结合统计资料和实验测试数据成果，从含气性、储层物性及成藏规律三个方面探讨了贵州中、西部地区煤层气藏特征。结果表明：贵州中、西部地区2000m 以浅煤层气资源量约31511亿

m 3，资源丰度高，一般＞2亿m 3/km 2，最高可达7.15亿m 3/km 2，主要集中分布在六盘水煤田、织纳煤田及黔北煤田煤，

且以富甲烷（＞8m 3/t ）为主，500m 以深范围内煤层气CH 4含量＞80%；不同地区不同煤层的孔裂隙发育、渗透性、吸附能力、解析能力、储层压力及储层压力系数等差别较大，地域、层域差异明显，煤储层原地应力较高，原地应力梯度普遍＞1.5MPa/100m ；区内煤系地层“广覆式”生烃，沉积构造史控制着气田的分布，并以大型向斜或复向斜为煤层气富集主要场所。

关键词：煤层气；含气性；储层物性；成藏规律；贵州中图分类号：P618.11

文献标识码：A

作者简介：岑明峰（1984—），男，贵州贵阳人，中国矿业大学资源学院

在职硕士研究生，从事煤层气试井研究。

收稿日期：2012-02-06责任编辑：唐锦秀

CBM Reservoiring Characteristics in Central and Western Guizhou Cen Mingfeng 1,Ren Bo 2,Zhao Fuping 1,Ren Ping 1and Yang Yong 1

(1.No.113Exploration Team,Guizhou Bureau of Coal Geological Exploration,Guiyang,Guizhou 550000;2.State Key Laboratory of Deep Coal Mining &Environment Protection,Huainan,Anhui 232000)

Abstract:Based on CBM enrichment and reservoiring conditions in the Guizhou area,combined with statistical data and laboratory testing results,and discussed CBM reservoir characteristics in central and western Guizhou from methane-bearing property,reservoir physical property and reservoiring pattern 3aspects.The result has demonstrated that:CBM resources above the depth 2000m in central and western Guizhou is about 3151.1billion m 3,with high resource abundance,generally >0.2billion m 3/km 2,maximum 0.715billion m 3/km 2.The resources are mainly distributed in the Lupanshui,Zhina and North Guizhou coalfields,mainly methane rich resources (CH 4content >8m 3/t),and above depth 500m,CH 4content >80%.There are larger and distinct differences in porosity,permeability,adsorptivity,desorptivity,reservoir pressure and reservoir pressure coefficient among different areas and different coal seams.In-situ geostress of coal reservoir is high,in-situ geostress gradient >1.5MPa/100m.Coal measures strata in the area have generated hydrocarbon extensively,sedimentary tectonics controlled the distribution of methane fields,and main CBM enrichment places are large-scale synclines and synclinoria.

Keywords:CBM;methane-bearing property;reservoir physical property;reservoiring pattern;Guizhou

中国煤炭地质

COAL GEOLOGY OF CHINA

Vol．24No．07Jul ．2012

第24卷7期2012年7月

文章编号：1674－1803（2012）07－0018－06

doi ：10.3969/j.issn.1674-1803.2012.07.05

7期

蓟县系、青白口系、南华系、震旦系，古生界寒武系、奥陶系、志留系、泥盆系、石炭系、二叠系，中生界三叠系、侏罗系、白垩系，新生界古近系、新近系及第四系。含煤地层自下而上有下寒武统牛蹄塘组、下石炭统祥摆组，中二叠统梁山组，上二叠统，上三叠统，新近系翁哨组，其中上二叠统含煤8~58层，其中1~24层可采，为研究区内主要含煤地层。

2含气性特征

省内煤层气资源主要分布在中、西部地区，煤层气资源评价研究结果显示[4]，全省埋深2000m以浅的煤层气资源量约为31511亿m3，占全国煤层气资源总量22％左右。其中富甲烷（甲烷平均含量大于8m3/t）为29214亿m3，含甲烷（甲烷平均含量为4~ 8m3/t）为2297亿m3，各煤田的煤层气资源量如表1。

由表1可知，六盘水煤田煤层气资源最为丰富，占全省煤层气资源总量的45.18%，达14326亿m3，织纳煤田和黔北煤田次之，分别为7611m3和7392m3，六盘水煤田、织纳煤田及黔北煤田的煤层气含量占全省总量的92.79%，为省内煤层气勘探开发的重点区域。

在86个评价构造单元中，煤层气资源主要分布于以六盘水和织纳煤田为主的15个向斜构造单元中，各构造单元煤层气资源量均大于500亿m3[5]（图2）。其中含气量＞4m3/t、埋深小＜2000m可采煤层中煤层气资源丰度多＞2亿m3/km2，最高可达7.15亿m3/km2，远远高于1.12亿m3/km2的全国平均水平[6-7]（图3）。

图1贵州省大地构造单元分区略图（据贵州省煤田地质局，2010）

Figure1Sketch geotectonic unit partition map of Guizhou Province

表1贵州省煤层气资源预测量简表

Table1Short list of CBM resource

prediction in Guizhou Province

煤田富甲烷/亿m3

CH4≥8m3/t

含甲烷/亿m3

8m3/t＞CH4≥4m3/t

合计/亿m3

六盘水1334189514236

织纳70735387611黔北68685247392兴义11111211232贵阳705213918黔西北1166122全省29214229731511PG.盘关向斜；TC.土城向斜；JPA.旧普安向斜；QS.青山向斜；DHB.大河边向斜；LD.郎岱向斜；GLM.格目底向斜；LZ.六枝向斜；BL.补郎向斜；CG.蔡官向斜；BDST.比德-三塘向斜；JL.金龙向斜；QX.黔西向斜；PLJ.瓢儿井向斜；ZSB.周市坝向斜

图2主要煤层气田煤层气资源量

Figure2CBM resources in main CBM fields

岑明峰，等：贵州中西部地区煤层气成藏特征19

第24卷

中国煤炭地质

图3主要煤层气田煤层气资源丰度

Figure 3CBM resource abundance in main CBM fields

PG.盘关向斜；TC.土城向斜；JPA.旧普安向斜；QS.青山向斜；DHB.大河边向斜；LD.郎岱向斜；GLM.格目底向斜；LZ.六枝向斜；BL.补郎向斜；CG.蔡官向斜；BDST.比德-三塘向斜；JL.金龙向斜；QX.黔西向斜；PLJ.瓢儿井向斜；ZSB.周市坝向斜

研究区内煤层含气量在0.30~30.47m 3/t ，平均

9.18m 3/t ，其中超过80%的煤层含气量＞4m 3/t ，半数以

上的煤层相对含气量超过8m 3

/t ，而六盘水煤田多数

向斜煤层平均含气量在13m 3/t 以上，部分煤层含气量甚至超过30m 3/t ，织纳煤田多数向斜煤层平均含气量超过18m 3/t ，最高达27m 3/t [4]（图4）。

统计煤层含气量与埋深的关系可见，在500m 以浅，煤层含气量随埋深的增加表现出增大的趋势，

500m 以深煤层含气量与埋深无明显的相关性（图5）。

研究区内煤层的自然煤层气成分以CH 4为主，

其次为N 2和CO 2。煤层气CH 4含量平均为80.88%，其中60%以上煤层中煤层气CH 4含量＞80%（图6）。煤层气CH 4含量与煤层埋深之间并无明显的相关性（图7），仅在500m 以浅范围内存在少数CH 4含量较低的煤层，500m 以深煤层气CH 4含量几乎都在80%以上。

3储层物性特征

3.1孔、裂隙特征

海陆交替的沉积构造环境使得研究区内煤层层数较多，从有限的资料来看，研究区内煤层孔、裂隙发育地域、层域差异明显，不同地区不同煤层孔、裂隙差异较大。

六盘水煤田盘关向斜部分煤层的孔隙率为

2.75%～5.16%，青山矿区主煤层平均孔隙率在

3.85%～

4.91%；织纳煤田中南部孔隙率较大，如肥田

二号、大冲头和肥田三号井田，南西端孔隙率总体偏低，但也不乏高孔隙率分布，如化乐二井田的2#和

6-1#煤层，孔隙率分别达到10.66%和11.99%，坪山井田1#、3#、4#煤层孔隙率均在11.00%以上；黔西地区煤储层孔隙度为1.4%~11.2%，平均5.88%[8]。

煤层孔隙压汞测试结果显示[9]，微、小孔含量平均80%以上，占绝对优势，低温液氮所测的比表面

积为0.253～0.456m 2/g ，平均为0.376m 2/g ；总孔容为

0.0009～0.0017mL/g ，平均值为0.0014mL/g 。这种以

微、小孔为主，大孔不甚发育的孔隙结构，有利于煤

图4煤层含气量柱状图

Figure 4CBM content column

图5煤层含气量与埋深关系图

Figure 5Relationship between coal seam CBM

content and buried depth

图6煤层气CH 4含量柱状图

Figure 6CBM CH 4content column

图7煤层气CH 4含量与埋深关图

Figure 7Relationship between CBM CH 4content and buried depth

20

7期

层气的储集，但制约煤层气的产出。

煤层裂隙发育受构造影响较大，构造发育地区原生裂隙被破坏，构造裂隙发育。总体而言，贵州地区煤层裂隙系统发育良好[10-11]，一般发育2～3组裂隙，仅少部分被矿物完全充填，不同井田裂隙密度差异较大，如盘关向斜裂隙密度5.4～8.7条/m，面裂隙缝宽变化在1～36mm，端裂隙缝宽1～30mm，格目底向斜裂隙密度5.3～11.3条/m，裂隙缝宽1～26mm，端裂隙缝宽在1～20mm。裂隙是煤层气运移的通道，从一定意义上讲，良好的裂隙发育有利于贵州地区煤层气勘探开发。

3.2渗透性特征

研究区内煤储层渗透性普遍较低，一般低于

0.5mD，且渗透性变化很大，低至0.0004mD，高达

1.5621mD。六盘水煤田煤层渗透率一般低于0.03mD，部分钻孔单煤层可达0.4737mD，煤层渗透率与埋深之间并无明显相关性（图8）；织纳煤田煤储层渗透性相对较高，煤层试井渗透率为0.1074~ 0.514mD，但个别钻孔单煤层可达1.5629mD，这可能与煤层埋深较浅有关，该孔试井煤层埋深均小于150m，随着埋深的增加，煤储层渗透率有降低趋势（图9）。3.3吸附、解吸特征

统计资料表明[5-6,12]，区内煤储层吸附能力整体较强，在地域上呈现明显的差异性。织纳煤田原煤平衡水样兰氏体积在8.67~36.46m3/t，平均为21.82m3/ t，吸附能力最高；六盘水煤田原煤平衡水样兰氏体积以水城地区最高，为8.47~29.06m3/t，平均为19.04m3/t，盘县地区最低为6.59~16.02m3/t，平均10.78m3/t（图10）。

部分钻孔煤心解吸结果表明，研究区不同煤层甲烷解吸率在15.76%~46.09%，平均31.14%（图11），略低于沁水盆地中南部煤层甲烷解吸率（为15.6%~68.0%，平均37.82%[13]）。其中，六盘水煤田煤层甲烷解吸率为15.76%~46.09%，平均33.74%，织纳煤田煤层解吸率为17.87%~43.68%，平均29.68%。

3.4储层压力、原地应力特征

煤储层压力受地质构造演化、生气阶段、水文地质条件（水位、矿化度、温度）、埋深、含气量、地应力等诸多因素影响，其中煤层埋深和地应力是储层压力的主控因素。由研究区内煤储层压力与埋深及原地应力的关系可知，煤储层压力随着埋深的增加而增加（图12），随着煤层原地应力的增加而增加（图

图8六盘水煤田煤储层渗透率与埋深关系Figure8Relationship between coal reservoir permeability and buried depth in Lupanshui coalfield

图9织纳田煤储层渗透率与埋深关系

Figure9Relationship between coal reservoir permeability and

buried depth in Zhina coalfield

图10原煤平衡水样兰氏体积统计图

Figure10Statistical chart of raw coal counterbalanced

water sample Langmuir volume

图11钻孔煤心解吸率统计图

Figure11Statistical chart of borehole coal core desorptivity

岑明峰，等：贵州中西部地区煤层气成藏特征21

第24卷中国煤炭地质

13）。

研究区煤储层压力系数变化较大，低至0.58，高达1.32（图14）。其中六盘水煤田煤储层压力系数较高，一般＞1，表现出以正常-高异常压力储层为主，局部地区低异常压力的储层压力特征；而织纳煤田煤储层压力系数整体较低，一般＜1，表现出低异常压力的储层特征。研究区煤储层原地应力普遍＞1.5MPa/100m，显示出较高的原地应力梯度值（图15）。

4成藏规律特征

4.1煤系地层“广覆式”生烃

煤层气作为煤的共伴生矿产，其资源量和分布首先受到煤炭资源的控制。贵州省含煤面积大，且主要集中在中、西部地区，含煤8~58层，其中可采煤层1~24层，整体表现出含煤面积广泛、煤层层数多的特征。煤层在初期深成变质作用阶段及后期热变质作用阶段（与燕山期岩浆活动有关）两个生烃阶段，生成了大量的甲烷、少量重烃及部分气态烃，表现出“广覆式”生烃的特征。

4.2近距离运移，沉积构造史控制气田分布

贵州中、西部地区晚二叠世含煤地层的基底，为峨眉山玄武岩组（P2β）或茅口组灰岩（P2m），其上的含煤岩系多为泥岩、细碎屑岩与煤互层，岩性致密，且岩系内无明显间断和剥蚀；含煤岩系上覆地层为下三叠统飞仙关组（T1f）（岩性为含钙粉砂质泥岩、泥岩夹薄层泥灰岩，厚350~700m）或夜郎组（T1y）（下部沙堡湾段为泥岩、粉砂岩夹薄层泥泥灰岩，上部为泥岩、粉砂岩和石灰岩互层，组厚180~400m），与其下的含煤岩系均为连续沉积，煤层围岩岩性致密，封盖性好，有利于煤层气富集，亦削弱了各煤层之间的气源联系。

另外，研究区内龙潭组含煤地层富水性普遍较差，地下水动力条件偏弱，流量偏少，煤矿床一般属于以大气降雨为主要补给水源的裂隙直接充水矿床，水文地质条件简单，煤层赋存于富水性弱的碎屑岩地层中[7]。煤层与富水性强的灰岩（如P2m、T1f2、T1 f、T1yn等）和地表水之间，赋存有一定厚度的相对隔水层（如P2β、P3l、P3c+d、T1f1等），且断层带、破碎带的富水性弱，导水性差，一般难以构成水力联系通道，煤层与强含水层和地表水没有直接水力联系，仅在浅部与含煤地层风化裂隙水、小煤矿和老窑积水及覆盖其上的第四系孔隙水有直接水力联系[7]。这一特征也在一定程度上阻止了煤层气的远距离运移。

秦勇等对织金-纳雍煤田水公河向斜的研究表明，上二叠统龙潭组单一煤层甲烷平均含量及相邻

图12煤储层压力与埋深关系图Figure12Relationship between coal reservoir

pressure and buried depth

图13煤储层压力与原地应力关系图Figure13Relationship between coal reservoir pressure and in-situ geostress

图14煤层压力系数柱状图

Figure14Coal seam pressure coefficient column

图15煤层原地应力梯度柱状图

Figure15Coal seam in-situ geostress gradient column

22

7期

主煤层之间含气量梯度均呈波动式变化，煤层埋深-压力系数关系在垂向上分为截然不同的两套系统，含煤地层地下流体在不同主煤层之间总体上缺乏交换，导致不同煤层群之间的煤层气系统相对独立[12]。可见，研究区内煤层气很难产生远距离运移，煤层气藏的分布主要受控于沉积构造史，形成了“多层叠置独立含煤层气系统[12]”。

4.3大型向斜或复向斜是煤层气富集主要场所

东吴运动（断裂、基性岩浆喷溢）后，康滇古陆东侧，海陆交互频繁，过渡相区聚煤作用强烈。印支期初，海侵扩张，含煤岩系被广泛发育的海相细碎屑和台地碳酸盐沉积覆盖，晚期隆起，结束海相沉积史；T3和J1之间，局部有间断，但上二叠统含煤岩系基本未受到古风化剥蚀；发生在K2和J3之间的地壳运动（燕山运动主幕），使区内白垩纪以前的地层整体褶皱，奠定了区域构造基本格架；喜山期，以差异隆生和断裂为主，局部伴轻微褶皱，背斜遭强烈剥蚀，复向构造单元中的含煤岩系得以保存[5]，故区内主要煤层气田的基本构造形态为大型向斜或复向斜。研究区内煤层气资源主要分布于以六盘水和织纳煤田为主的15个向斜构造单元中也证实了这一点。

5结论

①贵州中、西部地区煤层气资源丰富，92.79%的煤层气资源量集中分布在六盘水煤田、织纳煤田及黔北煤田煤，主要煤层气田可采煤层的煤层气资源丰度远远高于全国的平均水平；区内各煤层含气量较高，半数以上煤层为富甲烷煤层，500m以浅煤层气含量随埋深增加有增大趋势，500m以深煤层含气量与埋深无明显相关性；煤层气CH4含量高，500m以深范围内煤层气CH4含量几乎都在80%以上。

②区内煤储层渗透性普遍较低，六盘水煤田除个别钻孔外一般低于0.03×10-3μm2，且与煤层埋深关系不大；织纳煤田煤储层渗透性要好于六盘水煤田，随着埋深的增加，煤储层渗透性有降低趋势；煤储层吸附能力整体较强，以织纳煤田最强，六盘水煤田次之；六盘水煤田煤层甲烷解析率较织纳煤田高，均略低于沁水盆地中南部；煤储层压力主要受埋深和地应力的控制，并随着埋深和地应力的增加而增加；煤储层压力系数变化较大，六盘水煤田以正常-高异常压力为主，局部地区出现低异常压力，织纳煤田煤储层压力整体较低，以低异常压力为主。

③贵州中西、部地区含煤面积广，煤层层数多，煤系地层“广覆式”生烃；围岩岩性致密及含煤地层富水性差，各煤层之间几乎没有气源联系，形成了“多层叠置独立含煤层气系统”，并以大型向斜或复向斜为煤层气富集主要场所。

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