【摘要】：煤系氣是近年來(lái)非常規(guī)能源領(lǐng)域的一個(gè)前緣與熱點(diǎn)研究?jī)?nèi)容,引起了國(guó)內(nèi)外學(xué)者的廣泛關(guān)注。煤系非常規(guī)氣具有自生自儲(chǔ)或短距運(yùn)移、成烴物質(zhì)類同、成藏時(shí)間有序、賦存空間關(guān)聯(lián)等基本特點(diǎn),表現(xiàn)出緊密的內(nèi)在聯(lián)系和統(tǒng)一的地球動(dòng)力學(xué)背景。我國(guó)含煤盆地普遍經(jīng)歷了多期構(gòu)造熱演化事件,后期改造顯著,使得我國(guó)煤系氣富集成藏規(guī)律復(fù)雜化、多元化。多期構(gòu)造作用的負(fù)面影響表現(xiàn)在破壞了煤系原有的完整性和連續(xù)性,因此,復(fù)雜構(gòu)造區(qū)的煤系氣耦合成藏成為了我國(guó)煤系氣勘探開(kāi)發(fā)的一個(gè)重要關(guān)隘。青海省木里煤田聚乎更礦區(qū)是煤系氣成藏的典型地區(qū),該地區(qū)受后期構(gòu)造改造影響較大,煤系氣富集條件復(fù)雜,對(duì)聚乎更礦區(qū)煤系氣成藏條件的剖析,可以進(jìn)一步加深我國(guó)構(gòu)造復(fù)雜區(qū)煤系氣勘探開(kāi)發(fā)的理論認(rèn)知。本文以聚乎更礦區(qū)中侏羅統(tǒng)含煤巖系為研究對(duì)象,以煤系氣的生成、運(yùn)移、儲(chǔ)集與保存為主線,通過(guò)野外地質(zhì)調(diào)查與采樣,樣品的室內(nèi)測(cè)試,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理,圖件的編制,綜合運(yùn)用構(gòu)造地質(zhì)學(xué)、煤田地質(zhì)學(xué)、非常規(guī)油氣地質(zhì)學(xué)等理論方法分析了聚乎更礦區(qū)中侏羅統(tǒng)煤層氣、煤系頁(yè)巖氣和致密砂巖氣的賦存特征及其組合類型。揭示了構(gòu)造作用控制下的煤系烴源巖生烴(氣)和煤系氣運(yùn)移過(guò)程,結(jié)合煤系儲(chǔ)層及保存條件,建立了構(gòu)造控制下的煤系氣耦合成藏模式。(1)野外踏勘、鉆孔手標(biāo)本觀測(cè)以及烴源巖地化實(shí)驗(yàn)表明,研究區(qū)中侏羅統(tǒng)煤系烴源巖主要有三種:煤、暗色泥巖、油頁(yè)巖。其中,煤層全區(qū)分布于木里組上段,厚度為1.80m~83.65m,主要以巨厚煤層的狀態(tài)成為了煤層氣的載體;暗色泥巖也全區(qū)分布于中侏羅統(tǒng)煤系,厚度范圍為0.79m~245.70m;而油頁(yè)巖主要分布江倉(cāng)組上段,只在礦區(qū)的中南部有分布,厚度范圍為3.33m~362.00m。江倉(cāng)組上段的暗色泥巖有機(jī)質(zhì)豐度最好,其次為江倉(cāng)組下段,有機(jī)質(zhì)豐度中等,最次為木里組上段。煤系暗色泥巖和油頁(yè)巖的有機(jī)質(zhì)類型主要集中在II_1~II_2型之間,煤巖則幾乎都為III型干酪根,所有烴源巖均正處于成熟階段。選擇煤系烴源巖相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對(duì)其進(jìn)行等級(jí)判定,認(rèn)為江倉(cāng)組上段的暗色泥巖和油頁(yè)巖其等級(jí)分別為好、較好—好,木里組上段中的煤巖等級(jí)為好—極好,較差的是木里組上段的暗色泥巖與江倉(cāng)組下段的暗色泥巖。(2)根據(jù)煤和泥/頁(yè)巖的生烴能力以及巖性組合特征,識(shí)別出研究區(qū)煤、泥/頁(yè)巖和致密砂巖的生儲(chǔ)蓋性質(zhì),進(jìn)而劃分出研究區(qū)三大類六小類的煤系氣組合類型,其中,三個(gè)大類主要是煤層氣與頁(yè)巖氣(I類)、煤層氣與頁(yè)巖氣與致密砂巖氣(II類)、頁(yè)巖氣與致密砂巖氣(III類)組合,然后根據(jù)泥/頁(yè)巖的生烴能力對(duì)每一個(gè)大類進(jìn)一步細(xì)分出兩個(gè)小類,每種煤系氣組合類型在縱向上有不同的分布層位:I類和II類耦合類型主要分布在木里組上段,而III類耦合類型主要分布于江倉(cāng)組上、下段。各層序中的低位體系域往往是自生自儲(chǔ)型的煤系氣組合類型賦存的層位,而在研究區(qū)各層序中高位體系域中發(fā)育的良好的烴源巖較少,容易形成良好的致密砂巖儲(chǔ)集層。而煤系后期改造對(duì)煤系氣耦合類型的影響主要為含煤巖系的剝蝕、地層的增厚與減薄,逆沖斷層對(duì)煤系的切割是其主要原因,使得重復(fù)出現(xiàn)的地層或被逆沖斷層推走的部位的煤系氣組合類型相互轉(zhuǎn)變,即增加了或減少了相應(yīng)的煤、泥/頁(yè)巖和致密砂巖層,從而導(dǎo)致煤系氣組合類型轉(zhuǎn)變。(3)通過(guò)構(gòu)造-熱演化史模擬并結(jié)合磷灰石裂變徑跡實(shí)驗(yàn)結(jié)果,恢復(fù)了研究區(qū)中生代以來(lái)的盆地構(gòu)造-熱史,并揭示了煤系生烴(氣)史和運(yùn)移史。研究區(qū)從中侏羅世至早白堊世時(shí)接受穩(wěn)定沉積,并在早白堊世時(shí)期發(fā)生埋深超過(guò)2000m的沉降,最高古地溫在100℃~130℃區(qū)間內(nèi),煤系烴源巖主體部分由低成熟向成熟階段轉(zhuǎn)變,產(chǎn)生了大量濕氣。白堊紀(jì)晚期開(kāi)始研究區(qū)處于構(gòu)造抬升階段,溫度降至60℃以下,煤系烴源巖停止生烴。至古近紀(jì)早期,研究區(qū)有一次快速沉降,并沉積了一套紫紅色或棕紅色的泥巖和砂巖,煤系烴源巖大多數(shù)進(jìn)入成熟階段,此時(shí)部分烴源巖再次生烴,但生烴強(qiáng)度較低,至古近紀(jì)晚期由于構(gòu)造抬升生烴再次終止。在中新世晚期研究區(qū)逆沖斷層開(kāi)始大規(guī)模發(fā)育,三疊系砂巖的磷灰石裂變徑跡顯示年齡為13Ma左右,印證了這一時(shí)期的逆沖構(gòu)造運(yùn)動(dòng),含煤巖系開(kāi)始遭受大量破壞,中侏羅統(tǒng)煤系氣在此時(shí)由于逆沖斷層對(duì)煤系的切割而發(fā)生運(yùn)移,流體包裹體實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)斷層的上盤和下盤均有發(fā)育有包裹體,且顯示為一期包裹體,證實(shí)了煤系氣的運(yùn)移。上新世至更新世階段祁連山地區(qū)持續(xù)抬升,至第四紀(jì)時(shí),祁連山地區(qū)構(gòu)造活動(dòng)減弱,木里盆地也形成了現(xiàn)今的以逆沖推覆構(gòu)造為主的格局。(4)通過(guò)顯微鏡下鑒定、掃描電鏡觀測(cè)、壓汞實(shí)驗(yàn)、低溫液氮實(shí)驗(yàn)、覆壓孔滲實(shí)驗(yàn)、等溫吸附實(shí)驗(yàn)等測(cè)試手段,對(duì)煤系儲(chǔ)層特征進(jìn)行了精細(xì)刻畫(huà),并揭示了沉積環(huán)境與構(gòu)造作用對(duì)煤系儲(chǔ)層的控制作用。發(fā)現(xiàn)研究區(qū)煤儲(chǔ)層主要發(fā)育原生孔,包括胞腔孔和屑間孔,孔隙類型主要為一端封閉型和兩端開(kāi)口型,部分樣品也有一定的瓶頸型孔。煤儲(chǔ)層主要以巨厚煤層為主要特點(diǎn),巨厚煤層在各分層深度之間的孔隙度、比表面積以及孔容均存在著一定的差異,滲透率分布范圍為0.005×10~(-3)μm~2~5.523×10~(-3)μm~2,垂向上非均質(zhì)性較強(qiáng)。從吸附性來(lái)看,研究區(qū)煤儲(chǔ)層蘭氏體積較高,有利于煤層氣的儲(chǔ)集。此外,對(duì)巨厚煤儲(chǔ)層的水進(jìn)、水退的旋回性與儲(chǔ)層參數(shù)的匹配關(guān)系進(jìn)行了探討,發(fā)現(xiàn)水進(jìn)旋回使得中孔含量降低,也使得微孔含量、比表面積、孔容增大,而水退旋回則表現(xiàn)出相反的規(guī)律,這是因?yàn)樗M(jìn)、水退控制了煤巖顯微組分的比例,而煤巖顯微組分與煤儲(chǔ)層參數(shù)有直接的關(guān)系。煤系泥/頁(yè)巖孔隙類型主要以粒間孔為主,江倉(cāng)組泥/頁(yè)巖的總孔體積變化較大,木里組泥/頁(yè)巖的總孔體積變化較小,而比表面積則是江倉(cāng)組泥/頁(yè)巖較木里組變化大,且均值要高。研究區(qū)煤系泥/頁(yè)巖孔徑分布規(guī)律為微孔小孔中孔=大孔,而滲透率不足0.3mD,可以算作超低滲透儲(chǔ)層,而泥/頁(yè)的蘭氏體積均值不算大,但最大值但仍舊可以達(dá)到4.95m~3/t,可以認(rèn)為具有較強(qiáng)的吸附能力。在探討形變特征對(duì)孔滲的影響后發(fā)現(xiàn),脆性變形對(duì)頁(yè)巖孔隙的形變影響不大,而韌性變形對(duì)孔隙的影響較大,且孔徑在100-1000nm范圍內(nèi)的孔隙受到壓縮的強(qiáng)度最強(qiáng),而孔徑在100-500nm之間的孔受到壓縮變形的孔隙量最大。覆壓孔滲實(shí)驗(yàn)則表明,黏土礦物含量與孔隙度最大變化率或滲透率最大變化率成正比,石英礦物含量與孔隙度最大變化率或滲透率最大變化率成反比,表明了黏土礦物中的孔隙極易被壓縮,而石英礦物構(gòu)成的孔隙不易被壓縮。煤系致密砂巖中脆性礦物含量最多,其次為黏土礦物,而碳酸鹽類礦物最少,孔隙類型則以粒間孔為主。江倉(cāng)組上段、江倉(cāng)組下段、木里組上段致密砂巖的孔隙度從上往下有著增大的趨勢(shì)�？紫吨饕孕∮�100nm的小孔、微孔為主,且有著較高的孔隙連通程度。致密砂巖滲透率分布主要集中在小于0.05mD范圍內(nèi),滲透率極低,而16nm~63nm的孔對(duì)滲透率的貢獻(xiàn)最大。在對(duì)孔隙分形維數(shù)計(jì)算后發(fā)現(xiàn),石英含量越高,大孔的孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度有增大的趨勢(shì),而微、小孔的孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜程度有減小的趨勢(shì),隨著黏土礦物含量越大,微、小孔孔隙結(jié)構(gòu)有變復(fù)雜的趨勢(shì)。(5)研究區(qū)煤系氣的保存主要受控于構(gòu)造、巖性封堵、永久凍土帶以及水文地質(zhì)條件。向斜南翼逆沖帶煤系受破壞程度較高,斷層對(duì)淺層煤系的破壞最為嚴(yán)重,向斜北翼寬緩帶受斷層破壞的程度相對(duì)較低,向斜核部區(qū)埋深大,受斷層切割作用小,疊瓦扇式逆沖區(qū)煤系的完整性受到了巨大的破壞,但也形成了諸多 構(gòu)造應(yīng)力圈閉‖。在縱向上巖性封堵強(qiáng)度依次為江倉(cāng)組上段江倉(cāng)組下段木里組上段,從平面上看,巖性封堵強(qiáng)度順序?yàn)槿短煲痪锶锒短焖木锒镆宦短�。研究區(qū)多年凍土連續(xù)分布,有效地阻止了煤系氣的逸散,可作為全區(qū)良好的區(qū)域性的煤系氣蓋層。研究區(qū)中侏羅統(tǒng)煤系均屬弱富水性的含水地層,且含水層位巖性主要為砂巖,凍土帶與下1、下2煤層構(gòu)成了煤系主要隔水層。(6)綜合分析煤系氣耦合成藏規(guī)律,建立了聚乎更礦區(qū)三種典型煤系氣成藏模式。分別為沖斷向斜與水力封堵型、對(duì)沖斷層與巖性封堵型、疊瓦扇式構(gòu)造與凍土帶封堵型:(1)沖斷向斜與水力封堵型的煤系氣有利成藏部位在向斜核部以及煤系頂部;(2)對(duì)沖斷層與巖性封堵型中,煤系在縱向上的厚度增大,使得煤系氣的封堵條件良好,且往往是煤系地下水滯留區(qū),利于煤系氣的成藏;(3)疊瓦扇式構(gòu)造與凍土帶封堵型中,兩個(gè)逆沖斷層之間以及江倉(cāng)組頂部容易形成受凍土帶影響的煤系氣有利賦存位置。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P618.13
【圖文】：

1 引言氣的多源性、儲(chǔ)層特征、封蓋和圈閉、滲透和原位地層壓力等構(gòu)成了 煤層氣系統(tǒng)‖的關(guān)鍵要素。Milici（2005）以 含煤系統(tǒng)‖的學(xué)術(shù)思想對(duì) Appalachian 煤盆地進(jìn)行了系統(tǒng)研究，引起了國(guó)內(nèi)外煤地質(zhì)學(xué)者的關(guān)注[10]，同時(shí)，Warwick 等（2005）提出煤系統(tǒng)分析的概念，把煤的聚集、保存-埋藏、成巖-煤化作用、煤生烴等視為一個(gè)連續(xù)過(guò)程中密切相關(guān)環(huán)節(jié)[11]，秦勇等（2008）在研究貴州織納煤田時(shí)，提出了 多層疊置獨(dú)立含煤層氣系統(tǒng)‖，指出其是沉積-水文-構(gòu)造條件耦合控氣的作用[12]；李增學(xué)（2011）對(duì) 含煤系統(tǒng)‖理論作出進(jìn)一步的闡述，構(gòu)建了六個(gè) 子系統(tǒng)‖：煤系地層格式、煤層（群）形態(tài)、煤變質(zhì)及煤類、賦煤區(qū)塊、煤層氣（非常規(guī)）成藏、煤系游離氣成藏[13]。曹代勇等（2014，2016）提出煤系氣系統(tǒng)，并在研究煤系綜合礦產(chǎn)資源的過(guò)程中將 煤系非常規(guī)天然氣‖納入煤系地層礦產(chǎn)資源系統(tǒng)中[3-4]，并詳細(xì)論述了其基本特征及評(píng)價(jià)內(nèi)容，提出了煤系氣賦存模式，至此，煤系氣系統(tǒng)經(jīng)歷多年發(fā)展（圖 1.1），至近幾年，其學(xué)術(shù)思想基本成型。

論述了煤系氣成藏的關(guān)鍵時(shí)間點(diǎn)[27]。勇等（2016）認(rèn)為沉積環(huán)境和構(gòu)造-熱演化共同控制煤系礦產(chǎn)資源了煤系礦產(chǎn)資源的物質(zhì)基礎(chǔ)，控制富集中心，而后者控制煤系藏、最終定位和開(kāi)采條件[4]，并建立了 3 種煤系氣耦合成藏模堂等（2016）以煤系氣系統(tǒng)研究作為出發(fā)點(diǎn)，將煤系儲(chǔ)層特征層氣及煤系頁(yè)巖氣的評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)，并提出了煤系地質(zhì)綜合勘銘等（2016）在研究河北省煤系氣資源時(shí)指出，煤和富有機(jī)質(zhì)天然氣藏起決定和關(guān)鍵作用，泥頁(yè)巖的厚度優(yōu)勢(shì)可以彌補(bǔ)有機(jī)二次生烴作用是煤系天然氣成藏的關(guān)鍵。基于共生和空間關(guān)系劃分為 遠(yuǎn)源‖致密砂巖氣藏、 自源‖頁(yè)巖氣/煤層氣藏和 自源 類[29]（圖 1.2）。等（2016）指出 煤系三氣‖具有很好的成藏共存的基礎(chǔ)，煤系砂巖層的生烴、儲(chǔ)層、蓋層作用可以相互之間進(jìn)行轉(zhuǎn)變，從而蓋組合‖是煤系氣藏形成的關(guān)鍵[30]（圖 1.3）。

圖 1.3 煤系巖層間的相互作用[30]. 1.3 The interaction of each stratum in coal measur，2018）認(rèn)為煤系氣含氣系統(tǒng)的疊置性是不同含氣系統(tǒng)的儲(chǔ)層特征、流體與壓力參氣合采過(guò)程中出現(xiàn)系統(tǒng)間干擾、限制煤系認(rèn)為是煤系氣勘探開(kāi)發(fā)研究的前緣內(nèi)容之狀源量巨大，其中煤層氣地質(zhì)資源量為 36.8×海陸過(guò)渡相和陸相頁(yè)巖氣資源量為 16.8×1（17.4-25.1）×1012m3[34]，煤系天然氣水合量為 3000 多億 m3[35]。整體來(lái)看，煤系氣層位為石炭-二疊以及侏羅系，資源量較地、準(zhǔn)噶爾盆地、海拉爾盆地等[36]。氣資源量巨大，但業(yè)內(nèi)將煤系氣作為整體界上越來(lái)越多的非常規(guī)天然氣采取 多層合

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2747042