鄂尔多斯盆地东缘含煤地层水动力条件及其控气作用

高 校　地　质　学　报Geological Journal of China Universities2012 年 9 月，第 18 卷，第 3 期，433-437页September 2012，Vol. 18， No.3， p. 433-437鄂尔多斯盆地东缘含煤地层水动力条件及其控气作用田文广1, 2，汤达祯1，孙 斌2，赵素平2，温军会31. 中国地质大学(北京) 能源学院，北京 100083；2. 中国石油勘探开发研究院 廊坊分院，廊坊 065007;3. 陕西省地矿局 区域地质矿产研究院，咸阳 712000摘要：鄂尔多斯盆地东缘南北跨度大，含煤地层水动力区域分布规律不明。

基于含煤地层含水层分布及孔渗条件、煤层气井产水量、产出水化学及同位素特征、煤层甲烷浓度等的分析，探讨了区内煤层气生成和富集的水动力条件控制作用。

结果显示，砂岩含水层北部较南部发育，北部孔渗条件好于南部；太原组灰岩含水层在三交—吉县地区最为发育，导致山西组煤层含气量高于太原组；煤层气井产水量及产出水钙、镁离子含量北部高于南部，煤层含气量与矿化度呈正相关关系。

分析认为，该区含煤地层水动力条件在北部较南部活跃，北部地区的山西组水动力强于太原组，三交—吉县地区太原组水动力强于山西组 ；在保德以南的中-高煤阶区，地下水弱径流－滞留带有利于煤层气富集 ；在保德及其以北的中－低煤阶区，较活跃的水动力条件和良好的封盖条件为次生生物气的生成和富集提供了关键条件。

关键词：鄂尔多斯盆地；煤层气；水动力；控气作用中图分类号：P641.461 文献标识码：A 文章编号： 1006-7493（2012）03-0433-05Abstract: The Eastern edge of the Ordos basin has a wide north -south span where the regional hydrodynamic conditions are still unclear. Based on the data of the porosity, permeability, drilling water production, hydro -chemical and isotope composition and coalbed methane (CBM) concentration, the control of the hydrodynamic condition to the CBM generation and accumulation in the area was discussed. It was shown that the sandstone aquifers and their pores and permeability develop much well in north part of the basin than in its south. Limestone aquifers in the Taiyuan Formation are most developed in the Sanjiao-Jixian area, resulting in the higher CBM content of the Shanxi Formation than that of the Taiyuan Formation. Drilling water production and the calcium and magnesium ion concentrations are higher in the north than in the south, and the water mineralization is positively correlated to CBM content. It was indicated that the groundwater in the area is more active in the north than in the south. Hydrodynamic condition in the north is stronger in the Shanxi Formation than in the Taiyuan Foramtion but it is opposite in the Sanjiao -Jixian orea of the south. Weak run -off to stagnant groundwater in the middle and high coal -rank area located in the south of the Bode orea is in favor of the CBM accumulation. Active groundwater and good cap -rocks in the low and middle coal -rank area in the north of the Baode provide a key for the generation and accumulation of the secondary bio -gas.Key words: Ordos Basin; coalbed methane; hydrodynamic conditions; gas control First author: TIAN Wenguang, Engineer; E -mail: tianwg69@TIAN Wenguang 1,2, TANG Dazhen 1, SUN Bin 2, ZHAO Suping 2, WEN Junhui 31. School of Energy Resources,China University of Geosciences, Beijing 100083, China;2. Langfang Branch of PetroChina Exploration and Development Research Institute, Langfang 065007, China;3. Institute of Regional Geology and Mineral Resources, Shanxi Bureau of Geological Exploration, Xianyang 712000, ChinaHydrodynamic Conditions and Their Controls of Gas in Coal -bearing Stratain Eastern Edge of the Ordos Basin收稿日期：2012-03-11；修回日期：2012-04-19基金项目： 国家科技重大专项（2011ZX05033-02）资助作者简介：田文广，1979年生，男，工程师，煤层气地质与开发研究方向；E -mail: tianwg69@高　校　地　质　学　报18卷3期434 鄂尔多斯盆地东缘目前已形成保德、三交—柳林、大宁—吉县、韩城四大煤层气勘探开发试验基地，日产气超过40×104 m3。

该区南北跨度大，南北长约500 km，东西宽30~60 km，含煤地层水动力区域分布规律及对煤层气生成和富集的控制作用不明。

根据所掌握的含煤地层含水层分布、煤层气井产水量、产出水化学及同位素、煤层气甲烷浓度分布等资料研究，对该区含煤地层水动力区域分布规律及其控气作用进行了探讨。

1　地质背景 鄂尔多斯盆地东缘位于晋西挠褶带、渭北隆起东段以及伊敏盟隆起东段，总体上为一向W和NW方向缓倾的大型单斜构造，单斜背景上发育轻微的NE向或NNE向褶皱，断层相对较少且规模较小（接铭训，2010）。

区内含煤地层为上古生界石炭系—二叠系，煤层层数多，分布较稳定，集中分布在太原组和山西组。

太原组属于海陆交互相沉积，山西组属于陆相、海陆过渡相沉积（陈钟惠，1989；接铭训，2010）。

太原组上段的6号煤层和下段11号煤层在南北两端发育，山西组下段4+5号煤层和太原组中段8+9号煤层全区发育，这4套煤层为煤层气勘探开发的主要层系。

区内存在四套主要含水层系，分别为中奥陶统碳酸盐岩—膏岩岩溶、裂隙承压含水层组，太原组碎屑岩夹灰岩岩溶、裂隙承压含水层组，二叠系碎屑岩裂隙承压含水层组和新生界松散层孔隙含水层组，隔水层主要为泥质岩类（周宝艳等，2007）；地下水补给主要来源于大气降水和东部奥陶系灰岩的侧向补给，流向与区内岩层倾斜方向基本一致，总体由东向西径流，向深部进入承压滞留区，某些地区受断层影响或河流切割含水层，使地下水以泉的形式排泄；由北向南依次为天桥泉域、柳林泉域、黄河东断凹、龙祠泉域和龙门山五个水文地质单元（周宝艳等，2007；杜锐等，2002）；本区煤系地层含水层主要为山西组砂岩含水层、太原组灰岩裂隙含水层和砂岩含水层，它们对煤层气富集与产出有直接影响。

2　含煤地层水动力条件2.1　水动力条件的区域分布 在含煤地层沉积期，该区物源主要来自北部，南部为次要物源区（陈钟惠，1989；肖建新等，2008），因此，北部砂岩分布范围及厚度较南部大（图1）。

砂岩粒度总体向南变细，北部砂岩粒度粗，孔隙和喉道发育，连通性好，南部砂岩多为孤立孔隙，喉道不发育，连通性差。

测井结果表明，北部砂岩大多为含水层，孔隙度为10%～18%，渗透率为（1.5~8）×10-3μm2；南部砂岩多为致密砂岩，孔隙度为3%~7%，渗透率一般不超过1×10-3μm2。

因此，太原组砂岩和山西组山2段砂岩含水层在北部相对发育；而太原组灰岩在该区中段厚度最大，灰岩岩溶裂隙含水层在中段地区最发育（图1）。

地下水动力强的地区煤层气井产水量也较大。

单井产水量在北段的保德地区为10~50 m3/d，平均约25 m3/d；在兴县东部平均在220 m3/d以上，推断存在断层的影响；在中段的三交—柳林地区平均为20.8 m3/d，南部的吉县地区平均为8 m3/d左右，韩城地区平均为6.5 m3/d左右。

总体上，北部煤层气井产水量明显大于南部，说明北部含煤地层的水动力条件更为活跃。

地表水一般Ca2+，Mg2+和SO42-离子含量较高，随着地表水渗入地下，水岩相互作用的最终结果是Ca2+，Mg2+和SO42-离子含量减少，Na＋，K+和HCO3-离子含量相应增加，Cl-随矿化度增大而增加（Rice et al.，2008）。

因此，地下水中如果富含Ca2+，Mg2+和SO42-离子，说明该区接近水源补给区，地下水径流强烈；若富含Na＋，K+和HCO3-离子，则说明该区远离水源补给区，水动力交替较弱（张继东，2011）。