多層疊置獨立含煤層氣系統(tǒng)形成的沉積控制因素

多層疊置獨立含煤層氣系統(tǒng)形成的沉積控制因素

秦勇等（2008）分析了千西-三塘盆地水公河晚二疊紀含碳層中煤層含氣量的分布特征。在巖石性質(zhì)相對獨立的“氣層”中，有三個相對獨立的“氣層”，提出“多層重疊獨立含碳層系統(tǒng)”的觀點。然而，其顯著性和控制機制尚不清楚。本文在系統(tǒng)中深入解釋了千西二疊紀含碳層的沉積學(xué)和層序地層學(xué)，并從“多層重疊獨立含碳層”中探討了沉積控制因素。1al.al.研究區(qū)位于貴州西部,包括六盤水煤田和織納煤田,大地構(gòu)造位置處于揚子陸塊(Ⅰ)黔北隆起(Ⅰ迄今為止,前人對我國貴州地區(qū)二疊系層序地層研究都以Vail經(jīng)典層序地層學(xué)理論和方法進行層序劃分(陳洪德等,1999;王成善等,1999;王鴻禎等,2000;梅冥相等,2007;Shaoetal.,2011;Wangetal.,2011),究其原因主要是二疊紀貴州總體處于拉張的板塊構(gòu)造環(huán)境,具有與被動大陸邊緣盆地類似的沉積結(jié)構(gòu).此外,史曉穎等(1999)通過黔南二疊系層序地層序列及年代地層對比、殷鴻福等(1994)關(guān)于揚子區(qū)晚二疊世至中三疊世海平面變化的研究等均為本次工作奠定了必要的基礎(chǔ).通過區(qū)域構(gòu)造變動、巖性組合、沉積相構(gòu)成、測井曲線特征、巖石物性和沉積地球化學(xué)特征等綜合研究,區(qū)內(nèi)晚二疊世含煤地層中存在的區(qū)域不整合面、海侵侵蝕面、古土壤層(測井高異常,沉積間斷暴露面)、沉積體系轉(zhuǎn)換面、沉積地球化學(xué)響應(yīng)面等特征界面可作為層序界面,標(biāo)志著沉積間斷.由此可將黔西地區(qū)晚二疊世含煤地層劃分為4個三級層序、8個體系域,建立了研究區(qū)的層序地層格架(Shaoetal.,2011).上二疊統(tǒng)包括海相型層序(SQ1、SQ4)和過渡型層序(SQ2、SQ3)2種類型.層序具二元結(jié)構(gòu),由海侵體系域和高位體系域構(gòu)成,缺少低位體系域(圖1).2含油氣的泉差和含氣單元的劃分2.1“吸附”煤系多煤層發(fā)育地區(qū)的“波動式”現(xiàn)象根據(jù)煤層氣吸附原理,在一個統(tǒng)一的儲層壓力系統(tǒng)中,煤層埋深加大或?qū)游唤档?煤儲層壓力隨之增高,煤層含氣量呈現(xiàn)出遞增或遞減(在臨界飽和深度之下)的規(guī)律(秦勇等,2005).然而,與“吸附原理”相?；虺省安▌邮健弊兓默F(xiàn)象在自然界中并不鮮見(葉建平等,1998),在多煤層發(fā)育地區(qū)尤為如此(李雪雁等,2004;姚艷斌等,2007;王生維等,2008;趙麗娟等,2010).本區(qū)單一煤層甲烷平均含量隨層位呈現(xiàn)出“波動式”變化(秦勇等,2008),且這種變化在煤層含氣量數(shù)據(jù)較為完整時則呈現(xiàn)與層序地層高度吻合(圖3),層序內(nèi)部煤層含氣量隨著海平面升高而降低,即在層序界面附近煤層含氣量相對升高,在最大海侵面附近煤層含氣量相對降低.2.2含氣單元劃分ZZ1001孔巖心樣品測試分析結(jié)果表明(表1),本區(qū)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖孔隙度變化較大,主要因粘土礦物影響巖石的物性特征,難以滿足作為含氣單元分劃性隔水阻氣層的要求.細砂巖因鈣質(zhì)膠結(jié)致密而使得孔隙度相對較低,但也難以保證全區(qū)穩(wěn)定分布,因靠近物源區(qū)砂巖的孔滲條件會相對變好.石灰?guī)r因巖石較致密,樣品的孔隙度整體較低,但受后期構(gòu)造活動影響層內(nèi)易產(chǎn)生構(gòu)造裂縫,難以形成全區(qū)穩(wěn)定的分劃性隔水阻氣層.相比而言本區(qū)的菱鐵質(zhì)泥巖巖性致密,具有極低的孔隙度和滲透率,且本區(qū)的地質(zhì)背景利于形成空間穩(wěn)定分布的菱鐵質(zhì)泥巖,足以滿足含氣單元分劃性隔水阻氣層的要求.這種穩(wěn)定分布的菱鐵質(zhì)泥巖在層序格架內(nèi)主要位于最大海侵面附近,恰與煤層含氣量的變化高度吻合.是巧合還是必然,值得深入研究.因此,本次工作擬以此界面作為含氣單元劃分的界線,將晚二疊世含煤地層劃分為5個含氣單元(其中Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ為完整的含氣單元,Ⅰ、Ⅴ為不完整的含氣單元).3多層疊加和通風(fēng)系統(tǒng)形成的沉積控制因素3.1角洲期含氣單元晚二疊世中-晚期本區(qū)為碳酸鹽潮坪—障壁-瀉湖—淺水三角洲沉積,三角洲以河控淺水三角洲為主.這種沉積背景為上二疊統(tǒng)煤層的聚集提供了良好的地質(zhì)背景,該段地層含煤35層,煤層總厚24.59~41.72m,平均33m.多煤層的垂向發(fā)育為含氣單元的形成提供了物質(zhì)來源.3.2層序界面發(fā)育的不整合面(1)最大海泛面附近的菱鐵質(zhì)泥巖控制了垂向次級含氣單元間的含氣性相對獨立.近年來,不少學(xué)者研究成巖作用與層序地層的相互關(guān)系(周宗良等,2009),發(fā)現(xiàn)一些成巖變化如方解石、白云石、菱鐵礦等膠結(jié)作用可能與層序地層界面或準(zhǔn)層序界面共生.研究區(qū)晚二疊世含煤地層形成于被動大陸邊緣、沉積基底較為平緩、受脈動式海侵作用影響的背景之下,海平面變化造成層序內(nèi)部沉積體系域發(fā)生有序變化.不同體系域存在沉積介質(zhì)或原生孔隙水,包括pH值、Eh值和含鹽度,其對同生期和早期成巖具直接控制作用.研究區(qū)沉積基底平緩,海平面略有波動便形成空間廣泛分布的海相沉積物,造成早期成巖孔隙水介質(zhì)條件以弱堿性-堿性為主.在三角洲前緣—瀉湖-潮坪沉積的淺水區(qū)域,為準(zhǔn)同生成巖作用和早期成巖作用過程中形成成巖礦物(本文主要指菱鐵礦和黃鐵礦)而帶來的豐富的Fe(2)層序界面溝通了含氣單元間的含氣聯(lián)系.本區(qū)晚二疊世含煤地層內(nèi)的層序界面主要為Ⅱ型層序界面,其特征為陸上暴露和沉積濱線坡折向陸上方向的上超向下遷移、沒有與河流復(fù)活相伴的陸上侵蝕作用以及沉積相向盆地的遷移.但在研究區(qū)西部可能存在Ⅰ型的層序界面,即層序內(nèi)部發(fā)育低位體系域,隨著海平面的下降河流-三角洲的下切作用可下切至障壁砂壩-瀉湖沉積乃至局限潮下沉積.這種沖刷不整合面代表一個沉積間斷,在整個沉積間斷期間,由于遭受大氣淡水淋濾作用,一些不穩(wěn)定礦物顆粒易產(chǎn)生溶解作用,靠近不整合面附近長石、云母等鋁硅酸鹽溶解形成次生孔隙,孔隙度、滲透率明顯增加,可以有效地導(dǎo)通單煤層間的含氣性聯(lián)系,使得靠近層序界面附近的煤層具有相似的含氣性特征(圖5).4含氣性的連通性研究表明,含煤地層的沉積條件奠定了“多層疊置獨立含煤層氣系統(tǒng)”的物質(zhì)及物性基礎(chǔ),層序地層格架特點限定了含氣單元間含氣性的連通性.表現(xiàn)在:(1)最大海泛面附近的菱鐵質(zhì)泥巖等低滲透巖層控制了垂