沁水盆地南部深煤層孔隙結(jié)構(gòu)特征

陸小霞， 黃文輝， 陳燕萍， 張守仁， 吳 見， 徐延勇

( 1. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083； 2. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083； 3. 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司 研究中心，北京 100011； 4. 中原油田物探研究院，河南 鄭州 450000 )

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沁水盆地南部深煤層孔隙結(jié)構(gòu)特征

陸小霞1,2,3， 黃文輝1,2， 陳燕萍4， 張守仁3， 吳 見3， 徐延勇3

( 1. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 能源學(xué)院，北京 100083； 2. 中國地質(zhì)大學(xué)(北京) 海相儲(chǔ)層演化與油氣富集機(jī)理教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100083； 3. 中聯(lián)煤層氣有限責(zé)任公司 研究中心，北京 100011； 4. 中原油田物探研究院，河南 鄭州 450000 )

煤層氣的勘探開發(fā)已逐步轉(zhuǎn)向埋深大于1 000 m的煤層，以沁水盆地南部為研究背景，采集淺部與深部煤樣，進(jìn)行壓汞和低溫氮吸附實(shí)驗(yàn)，對(duì)比孔隙結(jié)構(gòu)特征.結(jié)果表明：從淺部到深部，煤層微小孔的體積稍增多，中孔和大孔的略減.當(dāng)煤層埋深小于750 m，壓汞曲線類型以Ⅱ型為主，孔隙形態(tài)以Ⅰ類開放孔為主，孔隙結(jié)構(gòu)配置較好.當(dāng)煤層埋深為750～1 100 m，壓汞曲線類型包括Ⅱ型和Ⅲ型，孔隙形態(tài)以Ⅱ類一端封閉型為主，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，存在一個(gè)過渡帶.當(dāng)煤層埋深大于1 100 m，壓汞曲線類型以Ⅲ型為主，孔隙形態(tài)主要為Ⅰ類開放孔，含有部分Ⅱ類和Ⅲ類孔，氣體儲(chǔ)存空間減小，孔隙結(jié)構(gòu)配置較差.地應(yīng)力是影響孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素，隨著埋深的增大，地應(yīng)力的分帶性導(dǎo)致孔隙結(jié)構(gòu)由較好，變?yōu)閺?fù)雜的過渡帶，最后變?yōu)檩^差.深煤層的過渡帶物性參數(shù)顯示較為復(fù)雜的變化特征，為深部煤層氣的開發(fā)提供參考依據(jù).

深煤層； 孔隙結(jié)構(gòu)； 孔隙形態(tài)； 壓汞曲線； 低溫氮吸附； 過渡帶

0 引言

我國陸上埋深超過1 000 m的煤層氣資源量達(dá)22.53×1012m3，占煤層氣資源總量的61.22%.其中埋深1 000～1 500 m的煤層氣資源量為10.61×1012m3，占總資源量的28.8%；埋深1 500～2 000 m的煤層氣資源量為11.93×1012m3，占總資源量的32.4%[1].因此，勘探開發(fā)深部煤層氣對(duì)于解放深部巨大的煤層氣資源量具有重要意義.沁水盆地南部一直是我國煤層氣勘探開發(fā)的熱點(diǎn)地區(qū)，以往多集中在煤層埋深小于1 000 m的區(qū)塊，目前逐漸轉(zhuǎn)向埋深大于1 000 m的區(qū)塊.深部煤層存在地應(yīng)力場(chǎng)復(fù)雜且構(gòu)造應(yīng)力明顯、地溫高且氣固物理化學(xué)作用復(fù)雜、煤層力學(xué)特征與儲(chǔ)滲結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題，導(dǎo)致深部煤層滲透率低、儲(chǔ)層分布非均質(zhì)性強(qiáng)，在開采過程中煤層氣井產(chǎn)量低、衰減快[2-5],因此，深部煤層特征是目前煤層氣勘探開發(fā)研究的難點(diǎn).

近年來，對(duì)深煤層的研究主要包括3個(gè)方面.一是煤層物性.梁紅俠等分析淮南煤田深部煤的孔隙特征和意義，認(rèn)為隨埋深增大，煤的比孔容積減小，微孔的比孔容積占總比孔容積的比率增大，煤的孔隙率減小，微孔增多，使得煤吸附瓦斯的容量相對(duì)增多[6].人們?cè)诟邷馗邏合旅簬r力學(xué)特征、應(yīng)力應(yīng)變機(jī)制方面進(jìn)行研究，如楊松等總結(jié)深部煤層孔滲特征的研究現(xiàn)狀[7].二是深部煤層含氣量.王愛國、傅雪海、宋全友、趙麗娟等對(duì)不同區(qū)塊的深部煤層含氣量進(jìn)行預(yù)測(cè)，主要預(yù)測(cè)方法有含氣梯度法、壓力—吸附曲線法、煤質(zhì)—灰分—含氣量類比法、測(cè)井曲線法、有效生氣階段和有效生氣量計(jì)算、地質(zhì)條件綜合分析法等[8-11].三是深部煤層氣成藏特征.秦勇、申建等從深部地應(yīng)力場(chǎng)、地溫場(chǎng)、含氣量及流體壓力系統(tǒng)等方面分析深部煤層氣成藏的特殊性，認(rèn)為深部地應(yīng)力狀態(tài)轉(zhuǎn)換的臨界深度與水平最大主應(yīng)力有關(guān)；深部地溫場(chǎng)對(duì)煤層氣吸附能力影響的負(fù)效應(yīng)大于地層壓力的正效應(yīng)；圍壓是影響深部煤巖力學(xué)的主要因素，溫度和流體壓力對(duì)煤巖力學(xué)性質(zhì)的影響更為復(fù)雜；并建立吸附—溫度—應(yīng)力—流體壓力效應(yīng)耦合的深部煤層滲透率數(shù)學(xué)模型[12-15].可見，對(duì)于深部煤層，尤其是孔滲等物性特征方面的研究尚缺乏.在沁水盆地東南部柿莊北區(qū)塊，已逐步開始開采埋深1 000～2 000 m的煤層氣，但產(chǎn)氣量一般較低.筆者采集沁水盆地南部深部鉆孔的煤樣，與淺部鉆孔的煤樣進(jìn)行對(duì)比，分析深部煤層孔隙特征，為深煤層的開發(fā)提供依據(jù).

1 研究背景

1.1 地質(zhì)概況

圖1 沁水盆地南部15號(hào)煤層埋深等值線Fig.1 Depth contour of the No.15 coal seam in southern Qinshui basin

沁水盆地位于山西省東南部，是中生代末形成的復(fù)式向斜構(gòu)造盆地.盆地主要經(jīng)歷三期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，即印支期、燕山期及喜山期.盆地邊緣發(fā)育大型斷裂，內(nèi)部以次級(jí)褶皺為主，構(gòu)造線多為北東—北北東方向[16].研究區(qū)位于盆地東南部向西北傾的斜坡，地層傾向北西西，傾角平緩.研究區(qū)主要發(fā)育的煤層有山西組3號(hào)煤層和太原組15號(hào)煤層，盆地邊緣煤層埋藏較淺，在東南邊緣可見15號(hào)煤層出露，向盆地內(nèi)部，煤層埋深逐漸加大，在長子西南部煤層平均埋深超過1 000 m，屬于深煤層(見圖1)，構(gòu)造以北北東向的寬緩褶皺為主.研究區(qū)煤層埋深由東向西逐漸加大，中部受褶皺影響有較大變化,主要發(fā)育3條正斷層，即文王山斷層、二崗山斷層、寺頭正斷層，以及晉獲斷裂帶，對(duì)煤層氣的影響不大.

1.2 煤巖煤質(zhì)特征

研究區(qū)含煤地層主要為上石炭統(tǒng)太原組和下二疊統(tǒng)山西組,共鉆遇6～11層煤層，其中厚度較大且全區(qū)分布穩(wěn)定的可采煤層是3號(hào)煤層和15號(hào)煤層(見圖2).

3號(hào)煤層厚度為5.30～7.32 m，平均為6.41 m，結(jié)構(gòu)簡單，部分含0～1層夾矸.3號(hào)煤層為黑色塊狀，半亮型，以亮煤為主，夾鏡煤、暗煤薄層，條帶狀結(jié)構(gòu)，似金屬光澤，密度小，內(nèi)生裂隙較發(fā)育.15號(hào)煤層厚度為1.00～5.25 m，平均為3.86 m，分叉普遍，多被分為上、下2層，局部地區(qū)被分為3層.15號(hào)煤層也為黑色塊狀，半亮型，以亮煤為主，金屬光澤，內(nèi)生裂隙較發(fā)育，可見條帶狀、結(jié)核狀黃鐵礦.3號(hào)和15號(hào)煤層的顯微組分以鏡質(zhì)組為主，一般占80%(體積分?jǐn)?shù))以上；其次為惰質(zhì)組，體積分?jǐn)?shù)為5.5%～50.0%，礦物質(zhì)少見，殼質(zhì)組幾乎見不到，為無煙煤.3號(hào)煤層平均含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.39%，15號(hào)煤層平均含硫質(zhì)量分?jǐn)?shù)為2.24%；3號(hào)和15號(hào)煤層的灰分產(chǎn)率和揮發(fā)分質(zhì)量分?jǐn)?shù)平均低于20%，為中—低硫、中—低灰煤.

1.3 樣品采集與測(cè)試

采集沁水盆地南部晉城、長治、潞安等地淺部煤礦的煤樣，包括石圪節(jié)礦、王莊礦、望云礦、伯方礦、鳳凰山礦和王臺(tái)鋪礦，以及深部鉆孔中的3號(hào)煤層和15號(hào)煤層的煤樣，深部鉆孔煤樣主要來自長子西部的X005、X008、X011、X013-1、X025井、X306井(見圖1).為了對(duì)比不同深度的3號(hào)煤層和15號(hào)煤層孔隙發(fā)育特征，3號(hào)煤層采集9件樣品，埋深為240～1 500 m；15號(hào)煤層采集4件樣品，埋深為280～1 111 m.因較難獲得深部煤層氣井的煤樣，樣品數(shù)量不夠多，尤其是15號(hào)煤層.由于鉆至15號(hào)煤層的深井較少，導(dǎo)致樣品數(shù)量少.根據(jù)壓汞實(shí)驗(yàn)和低溫氮吸附測(cè)試，分析研究區(qū)深煤層孔隙結(jié)構(gòu)，所采用的實(shí)驗(yàn)設(shè)備分別為Autopore IV9500壓汞儀和Quadrasorb SI比表面測(cè)定儀，測(cè)試單位為華北石油勘探開發(fā)研究院.

圖2 沁水盆地X006井煤系地層柱狀圖Fig.2 Stratigraphy column of coal-bearing strata of well X006 in Qinshui basin

2 結(jié)果分析

2.1 壓汞孔隙結(jié)構(gòu)特征

圖3 沁水盆地南部3號(hào)和15號(hào)煤層孔隙度與埋深的相關(guān)性Fig.3 The correlation between porosity and depth of No.3 and No.15 coal seams in southern Qinshui basin

沁水盆地南部3號(hào)煤層和15號(hào)煤層的孔隙度為1.30%～9.91%，大多數(shù)在6.00%以下，平均為4.76%.當(dāng)煤層埋深小于500 m，隨埋深增加，孔隙度有降低的趨勢(shì)；當(dāng)煤層埋深在500～1 000 m之間，孔隙度有一個(gè)峰值區(qū)；當(dāng)煤層埋深大于1 000 m，孔隙度變小(見圖3).

壓汞實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，3號(hào)煤層微小孔的體積占85.38%(體積分?jǐn)?shù))，中孔的占9.08%，大孔的占3.96%；15號(hào)煤層微小孔的體積占83.36%，中孔的占10.39%，大孔的占4.78%，表明3號(hào)和15號(hào)煤層以微小孔為主.

煤儲(chǔ)層壓汞曲線有孔隙型和裂隙—孔隙型2種.沁水盆地3號(hào)煤層和15號(hào)煤層壓汞曲線屬于孔隙型，但孔隙結(jié)構(gòu)不同，毛管壓力曲線不同.因此，又可根據(jù)毛管壓力曲線形狀，將沁水盆地南部煤樣孔隙類型分為3種類型[17].類型Ⅰ：孔隙度較高，大孔體積在所有類型中最高，中孔體積也較高，孔徑結(jié)構(gòu)配置較好.類型Ⅱ：孔隙度高，孔喉直徑均值大，排驅(qū)壓力小，中孔體積較高，但大孔體積較類型Ⅰ的少.類型Ⅲ：孔隙度較低，排驅(qū)壓力較大，孔喉直徑較小，進(jìn)汞飽和度低，中孔和大孔的總和低于10%，孔喉直徑均值也較低(見圖4).按3種類型劃分方法，對(duì)比不同深度的煤樣，3號(hào)煤層淺部樣品的壓汞曲線主要為類型Ⅱ，深部為類型Ⅲ.15號(hào)煤層從淺到深，壓汞曲線由類型Ⅰ變化到類型Ⅲ.可見，隨著埋深的增加，煤樣孔隙結(jié)構(gòu)變差.這主要是由于隨著埋深增加，儲(chǔ)層壓力升高，孔隙被擠壓程度加大，孔隙結(jié)構(gòu)變差.

圖4 壓汞曲線和孔喉半徑特征Fig.4 Mercury injection curve and the characteristics of the aperture

2.2 低溫氮吸附法孔隙結(jié)構(gòu)特征

低溫氮吸附法適用于測(cè)試孔喉半徑在10.0 nm以下的孔隙，它能測(cè)到的最小孔喉半徑為0.6 nm，最大孔喉半徑為100.0～150.0 nm.因此，低溫氮吸附法主要研究吸附孔.

實(shí)驗(yàn)得出3號(hào)煤層的BET比表面積為0.121～1.379 m2/g，平均為0.722 m2/g；BJH總孔體積為9.01×10-4～0.63×10-2mL/g，平均為30.34×10-4mL/g；BJH比表面積為0.707～2.723 m2/g，平均為1.764 m2/g；BJH孔喉直徑為7.93～23.18 nm，平均為15.05 nm.

3號(hào)煤層比表面積見圖5.由圖5可知，隨著埋深的增大，當(dāng)埋深小于1 000 m，3號(hào)煤層煤樣的比表面積減??；當(dāng)埋深大于1 000 m，比表面積先增大后減?。划?dāng)埋深在1 000～1 100 m之間，比表面積出現(xiàn)高值.這是由于3號(hào)煤層小孔的比表面積貢獻(xiàn)率先增大后減小，最大值在1 000～1 100 m之間(見圖6).可見，隨著埋深的增加，小孔總比表面積的變化決定整個(gè)煤樣的總比表面積的變化.

圖5 3號(hào)煤層比表面積Fig.5 BET of No.3 coal seam

圖6 3號(hào)煤層各孔徑段比表面積百分比Fig.6 The percentage of BET of different aperture in No.3 coal seam

15號(hào)煤層比表面積見圖7.由圖7可知，隨著埋深的增大，15號(hào)煤層煤樣的比表面積減小,其變化趨勢(shì)與3號(hào)煤層的不同，原因是缺少埋深在1 000～1 100 m之間的樣品.15號(hào)煤層的微孔、小孔比表面積百分比也呈現(xiàn)同樣的規(guī)律(見圖8).

圖7 15號(hào)煤層比表面積Fig.7 BET of No.15 coal seam

圖8 15號(hào)煤層各孔徑段比表面積百分比Fig.8 The percentage of BET of different aperture in No.15 coal

3號(hào)煤層的比孔容積隨埋深呈現(xiàn)減小—增大—減小的變化趨勢(shì)，與小孔貢獻(xiàn)率先減小后增大再減小的變化趨勢(shì)一致(見圖9).15號(hào)煤層比孔容積隨埋深的增加逐漸減小(見圖10)，原因是樣品深度范圍與3號(hào)煤層的不同.15號(hào)煤層總孔體積隨埋深減小,微小孔的貢獻(xiàn)率最大，影響總孔體積.

圖9 3號(hào)煤層比孔容積Fig.9 Specific pore volume of No.3 coal seam

圖10 15號(hào)煤層比孔容積Fig.10 Specific pore volume of No.15 coal seam

不同的吸附等溫線類型代表不同的毛管形狀和孔形結(jié)構(gòu)[18].陳萍、王有智、趙迪斐等根據(jù)孔形結(jié)構(gòu)和吸附回線，把孔隙分成開放性透氣性孔(Ⅰ類開放型孔)、一端封閉的不透氣性孔(Ⅱ類一端封閉型孔)及細(xì)頸瓶形(Ⅲ類墨水瓶狀)孔.開放性透氣性孔主要包括四邊開放的平行板孔和兩端開口的圓筒形孔，這類孔隙能產(chǎn)生明顯的吸附回線；一端封閉的不透氣性孔不產(chǎn)生吸附回線；細(xì)頸瓶形孔，也叫墨水瓶狀孔，這類孔雖然是一端封閉的，但是能產(chǎn)生吸附回線，且吸附回線有一個(gè)急劇下降的拐點(diǎn)[19-21].封閉型孔不利于解吸和擴(kuò)散，開口型孔有利于解吸和擴(kuò)散.

不同埋深的3號(hào)煤層吸附等溫線見圖11.由圖11可知，王莊礦、望云礦及伯方礦3號(hào)煤層在壓力較高和較低處，吸附曲線與脫附曲線幾乎重合，表明存在Ⅱ類一端封閉型孔，中間壓力段，吸附回線明顯，表明主要是Ⅰ類開放型孔.X005、X013、X008井的3號(hào)煤層吸附回線比較小，表明主要是Ⅱ類一端封閉型孔.X011井3號(hào)煤層在壓力較高和較低處吸附、脫附曲線幾乎重合，存在部分Ⅱ類一端封閉型孔，其余壓力段吸附回線明顯，表明主要是Ⅰ類開放型孔.X025井吸附回線明顯，但脫附曲線有一個(gè)拐點(diǎn)，表明存在Ⅲ類墨水瓶狀孔，但還是以Ⅰ類開放性孔為主.3號(hào)煤層隨著埋深的增大，孔隙形態(tài)有所變化，當(dāng)煤層埋深小于1 000 m，以Ⅰ類兩端開口型孔為主，部分為Ⅱ類一端封閉型孔；當(dāng)煤層埋深為1 000～1 100 m，以Ⅱ類一端封閉型孔為主，原因是煤層埋深較大，受到上覆巖層的壓力較大，Ⅰ類兩端開口型孔被擠壓，一端封閉；當(dāng)煤層埋深大于1 100 m，以Ⅱ類兩端開口型孔為主，少部分為Ⅲ類墨水瓶狀孔.

圖11 沁水盆地南部3號(hào)煤層吸附等溫線Fig.11 Adsorption isotherm of No.3 coal seam in southern Qinshui basin

不同埋深的15號(hào)煤層吸附等溫線見圖12.由圖12可知，石圪節(jié)礦、王臺(tái)鋪礦、鳳凰山礦及X005井的15號(hào)煤層吸附回線較明顯，僅在壓力較高和較低處，吸附曲線與脫附曲線幾乎重合，表明孔隙形態(tài)以Ⅰ類開放型孔為主，少量含有部分Ⅱ類一端封閉型孔，隨著埋深的增大，Ⅱ類一端封閉型孔逐漸增多.X306井和X008井吸附回線不明顯，主要是Ⅱ類一端封閉型孔.隨著埋深加大，上覆儲(chǔ)層壓力增大，孔隙受擠壓，15號(hào)煤層孔隙形態(tài)逐漸由Ⅰ類開放型孔轉(zhuǎn)為Ⅱ類一端封閉型孔.

圖12 沁水盆地南部15號(hào)煤層吸附等溫線Fig.12 Adsorption isotherm of No.15 coal seam in southern Qinshui basin

3 討論

孔隙結(jié)構(gòu)對(duì)煤層氣的影響主要表現(xiàn)在2個(gè)方面:一是影響煤層氣的滲流，二是影響煤層氣吸附和富集.由于3號(hào)煤層樣品較多，且能反應(yīng)各個(gè)深度段的特征，15號(hào)煤層樣品較少，因此，主要針對(duì)3號(hào)煤層分析孔隙結(jié)構(gòu)隨埋深的變化特征(見表1).

表1 沁水盆地南部3號(hào)煤層孔隙結(jié)構(gòu)隨埋深變化特征

由表1及圖4可知，隨著埋深增大，3號(hào)煤層的進(jìn)汞飽和度、退汞效率降低，孔喉直徑均值減小，連通性變差，壓汞曲線類型以類型Ⅲ為主，孔隙結(jié)構(gòu)變差.孔隙形態(tài)埋深小于1 000 m，以Ⅰ類開放型為主；埋深在1 000～1 100 m之間，以Ⅱ類一端封閉型孔為主；埋深大于1 100 m，以Ⅰ類開放型孔為主，部分為Ⅱ類一端封閉型和Ⅲ類墨水瓶狀孔.深部煤儲(chǔ)層孔隙結(jié)構(gòu)配置有變差的趨勢(shì)，但在中間存在一個(gè)過渡帶.

煤層氣主要以吸附狀態(tài)賦存在煤的微孔和小孔的內(nèi)表面，因此煤的比表面積和微小孔體積對(duì)煤層氣的吸附和儲(chǔ)集有一定影響，并且關(guān)于比表面積與吸附能力的關(guān)系存在一定爭議[22].主要有兩種觀點(diǎn)，一種認(rèn)為煤的孔比表面積與吸附能力呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，另一種認(rèn)為兩者呈正相關(guān)關(guān)系[23].甲烷分子的直徑為0.38 nm，煤中孔隙，不論是微小孔還是大中孔，都是甲烷賦存的空間.在埋深1 000 m左右，所有礦區(qū)的任何煤層內(nèi)實(shí)際被吸附的甲烷量還達(dá)不到朗格繆爾方程內(nèi)的朗格繆爾體積，即如果壓力增大，則該煤層的孔隙還可以容納更多的甲烷.因此，煤中的吸附氣量與孔隙結(jié)構(gòu)無直接關(guān)系，而取決于煤質(zhì)、壓力及溫度等，即孔比表面積與煤的吸附能力并無必然關(guān)系，只代表煤層儲(chǔ)存氣體的空間.由表1可知，當(dāng)煤層埋深小于1 000 m，氣體的儲(chǔ)存空間隨埋深增大而減??；當(dāng)煤層埋深為1 000～1 100 m，氣體的儲(chǔ)層空間先增大后減??；當(dāng)煤層埋深大于1 100 m，氣體的儲(chǔ)層空間逐漸減小.可見，在1 000～1 100 m之間煤層有一個(gè)過渡帶，與圍壓有關(guān).

申建認(rèn)為，按照地應(yīng)力的指標(biāo)，沁水盆地深煤層的臨界深度為750 m.埋深小于750 m，最大水平主應(yīng)力大于最小水平主應(yīng)力和垂直應(yīng)力，主應(yīng)力差較強(qiáng)；埋深大于750 m，主應(yīng)力差弱化，滲透率受孔隙影響顯著[13].孟召平等根據(jù)側(cè)壓系數(shù)，將沁水盆地南部地層中的地應(yīng)力狀態(tài)分為伸張帶、過渡帶和壓縮帶，伸張帶埋深小于650 m，壓縮帶埋深大于1 000 m，過渡帶埋深介于兩者之間[24].付曉龍根據(jù)水力壓裂數(shù)據(jù)，分析沁水盆地柿莊北區(qū)塊，埋深小于600 m，地應(yīng)力以水平應(yīng)力為主；埋深為600～1 100 m，垂向應(yīng)力為最主要的因素；埋深超過1 100 m，重力為最主要的影響因素[25].綜合分析，地應(yīng)力隨著埋深的增大逐漸變化，且中間存在過渡帶.

綜合實(shí)驗(yàn)分析及表1認(rèn)為，埋深小于750 m，壓汞曲線類型以Ⅱ型為主，孔隙形態(tài)以Ⅰ類開放型孔為主，孔隙結(jié)構(gòu)配置較好.這主要是由于煤層埋深淺，主應(yīng)力差較強(qiáng)，地應(yīng)力處于伸張帶，孔隙受壓縮程度相對(duì)小.埋深在750～1 100 m之間，孔隙度有一個(gè)峰值區(qū)，壓汞曲線類型既有Ⅱ型也有Ⅲ型，孔隙形態(tài)以Ⅱ類一端封閉型孔為主，BET比表面積較高，氣體的儲(chǔ)存空間較大，地應(yīng)力處于過渡帶，表明此深度段孔隙結(jié)構(gòu)特征較復(fù)雜，孔隙結(jié)構(gòu)也存在一個(gè)過渡帶.埋深大于1 100 m，壓汞曲線類型以Ⅲ型為主，孔隙形態(tài)主要為Ⅰ類開放型孔，但含有部分Ⅱ類一端封閉型和Ⅲ類墨水瓶狀孔，氣體儲(chǔ)存空間也減小，表明孔隙結(jié)構(gòu)配置較差.這是由于地應(yīng)力處于壓縮帶，以壓力正效應(yīng)為主，孔隙排列更緊密.

在沁水盆地南部，煤層埋深在750～1 100 m之間，煤層物性存在一個(gè)過渡帶.在過渡帶應(yīng)力發(fā)生轉(zhuǎn)變，孔隙結(jié)構(gòu)、孔隙類型、比表面積等煤層物性也表現(xiàn)復(fù)雜的特征，對(duì)煤層氣的儲(chǔ)集、解吸和滲流有影響.

4 結(jié)論

(1)沁水盆地南部3號(hào)和15號(hào)煤層孔隙結(jié)構(gòu)以微小孔為主，從淺部到深部，煤儲(chǔ)層微小孔稍有增多，中孔和大孔略減少.3號(hào)煤層的孔比表面積、比孔容積隨埋深先減小再增大再減小，峰值在1 000～1 100 m之間.由于受樣品深度的限制，15號(hào)煤層的孔比面積、比孔容積呈現(xiàn)隨埋深增大而減小的趨勢(shì).3號(hào)和15號(hào)煤層液氮吸附曲線顯示，隨著埋深的增大，孔隙形態(tài)由以Ⅰ類開放型孔為主轉(zhuǎn)向以Ⅱ類一端封閉型孔為主，不利于氣體的滲流和擴(kuò)散.

(2)在沁水盆地南部，煤層埋深在750～1 100 m之間，煤層物性存在一個(gè)過渡帶.埋深小于750 m，壓汞曲線類型以Ⅱ型為主，孔隙形態(tài)以Ⅰ類開放型孔為主，孔隙結(jié)構(gòu)配置較好.埋深為750～1 100 m，孔隙結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由于受地應(yīng)力影響，孔隙結(jié)構(gòu)存在一個(gè)過渡帶.埋深大于1 100 m，壓汞曲線類型以Ⅲ型為主，孔隙形態(tài)主要為Ⅰ類開放型孔，但含有部分Ⅱ類一端封閉型孔和Ⅲ類墨水瓶狀孔，氣體儲(chǔ)存空間也減小，孔隙結(jié)構(gòu)較差.

(3)地應(yīng)力是影響孔隙結(jié)構(gòu)的關(guān)鍵因素，隨著埋深的增大，最大主應(yīng)力發(fā)生變化，地應(yīng)力形成分帶，分別有伸張帶、過渡帶及壓縮帶.這種分帶性直接導(dǎo)致隨著埋深的增大，孔隙結(jié)構(gòu)由較好變?yōu)閺?fù)雜的過渡帶，最后變成較差.

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2014-12-01；編輯：陸雅玲

國家科技重大專項(xiàng)(2011ZX05042)

陸小霞(1986-) ，女，博士研究生，主要從事煤層氣與煤地質(zhì)方面的研究.

P618.1

A

2095-4107(2015)03-0041-09

DOI 10.3969/j.issn.2095-4107.2015.03.006