準(zhǔn)噶爾盆地南緣西山窯組煤儲(chǔ)層壓力控制因素分析及含氣系統(tǒng)劃分

唐 躍，袁 遠(yuǎn)，侯海海，張家強(qiáng)，杜小弟，張大權(quán)，單衍勝

(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)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心，北京 100083；3.遼寧工程技術(shù)大學(xué)礦業(yè)學(xué)院，阜新 123000；4.中國地質(zhì)調(diào)查局沈陽地質(zhì)調(diào)查中心，沈陽 110034)

中國低煤階煤層氣分布面積廣，資源豐富[1-5]，特別是準(zhǔn)噶爾盆地南緣低煤階煤層氣資源豐富且煤儲(chǔ)層具有滲透率較高和易改造等特點(diǎn)，近年來受到眾多學(xué)者和煤層氣勘探開發(fā)公司的關(guān)注[6-9]。煤儲(chǔ)層壓力是影響煤層氣產(chǎn)量的關(guān)鍵參數(shù)之一，同時(shí)也是儲(chǔ)層改造和工藝設(shè)計(jì)重要參考指標(biāo)[10-12]。但由于在準(zhǔn)南地區(qū)西山窯組煤層氣勘探開發(fā)程度相對(duì)較低，通過試井獲得的儲(chǔ)層壓力數(shù)據(jù)則較少，因此亟需對(duì)準(zhǔn)南西山窯組煤儲(chǔ)層壓力分布特征及其控制因素進(jìn)行研究。

準(zhǔn)南地區(qū)西山窯組煤層眾多，煤層氣井儲(chǔ)層壓力垂向上的變化對(duì)于煤層氣富集和含氣系統(tǒng)的劃分具有重要的影響作用[13]。相對(duì)于構(gòu)造條件和水動(dòng)力條件，含煤巖系沉積環(huán)境對(duì)影響煤層氣的富集條件的影響較為隱蔽，因此在以往煤層氣成藏富集模式的研究中，很少見到將沉積環(huán)境這一因素融入到模式當(dāng)中。2008年以來，隨著多層疊置獨(dú)立含煤層氣系統(tǒng)概念的提出[14]，更多學(xué)者將含平面上煤巖系沉積環(huán)境對(duì)煤層氣富集的影響遷移至垂向上，關(guān)注的焦點(diǎn)則是沉積相、層序地層與煤層氣含氣量和儲(chǔ)層壓力之間的內(nèi)在關(guān)系以及各個(gè)獨(dú)立含氣系統(tǒng)對(duì)于后期煤層氣開采的影響和指示作用[13,15]。煤層含氣量垂向分布相悖于吸附原理或呈波動(dòng)式變化的特征，暗示存在一個(gè)對(duì)煤層氣成藏特征描述至關(guān)重要的客觀現(xiàn)象，即地層垂向剖面上存在著多個(gè)含煤層氣系統(tǒng)，各系統(tǒng)之間極少發(fā)生動(dòng)力學(xué)聯(lián)系[14]。

據(jù)參考文獻(xiàn)[13]修改

據(jù)前期研究結(jié)果表明，新疆準(zhǔn)南西山窯組垂向上各煤層的含氣量隨著埋深的增大呈明顯的規(guī)律性變化，可以劃分為多個(gè)相對(duì)獨(dú)立的含氣系統(tǒng)[16]，但目前針對(duì)準(zhǔn)南地區(qū)低煤階含氣系統(tǒng)劃分的標(biāo)志層或者識(shí)別標(biāo)志還未進(jìn)行深入調(diào)查和研究，因此多煤層疊置含氣系統(tǒng)識(shí)別與劃分工作亟需進(jìn)行。含氣系統(tǒng)的正確劃分不僅可以在垂向上有效揭示含氣量的變化規(guī)律，深入分析低煤階煤層氣的富集主控因素，還可以為準(zhǔn)南西山窯組煤儲(chǔ)層壓力變化和后期工程壓裂施工提供重要的參考依據(jù)。本文研究主要依托于中國地質(zhì)調(diào)查局實(shí)施的煤層氣調(diào)查項(xiàng)目[17]，利用該項(xiàng)目數(shù)口煤層氣鉆孔獲取的實(shí)鉆資料結(jié)合煤炭鉆孔和煤田地質(zhì)資料，基于該地區(qū)侏羅系含煤地層沉積學(xué)、層序地層學(xué)和含氣性變化特征，分析準(zhǔn)南侏羅系含煤地層多層疊置含系統(tǒng)劃分的依據(jù)，探討煤系疊置含氣系統(tǒng)形成的沉積控制機(jī)理，以期為該地區(qū)煤系“三氣”共探共采提供地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)概況

1.1 地質(zhì)構(gòu)造和含煤地層

準(zhǔn)噶爾盆地南緣從構(gòu)造上隸屬于北天山山前沖斷褶皺帶，歷經(jīng)了海西、印支、喜馬拉雅等多期構(gòu)造[18]，特別是新生代喜馬拉雅運(yùn)動(dòng)使得北天山山前強(qiáng)烈褶皺并伴生一系列大型逆沖斷裂[19-20]，現(xiàn)今準(zhǔn)南烏蘇-昌吉(西段)、烏魯木齊-阜康四工河(中段)和阜康四工河-大黃山(東段)分別形成了NW、NE和NW向背斜構(gòu)造軸部的大致格局(圖1)。整體上準(zhǔn)南地區(qū)由南向北依次發(fā)育了三排近東西向延展的構(gòu)造帶，其中第一排構(gòu)造帶為淺部山前斷褶帶，是目前煤層氣勘探開發(fā)的主要地區(qū)，覆蓋地層主要為二疊系、三疊系和侏羅系；第二排和第三排構(gòu)造帶多為新生界覆蓋的隱蔽構(gòu)造，是常規(guī)油氣勘探的重點(diǎn)地區(qū)[21]。

準(zhǔn)南侏羅系含煤地層從下至上依次包括下侏羅統(tǒng)八道灣組、三工河組和中侏羅西山窯組，其中含煤性以八道灣組和西山窯組為主，三工河組含煤性較差，基本無可采煤層。研究目的層位為中侏羅統(tǒng)西山窯組，其分布范圍主要集中在烏魯木齊河以西地區(qū)，據(jù)前人研究結(jié)果可將西山窯組大致分為三段，較厚煤層主要分布在中下部，其沉積環(huán)境則以三角洲和濱淺湖為主[22-23]。根據(jù)煤炭和煤層氣勘探結(jié)果，西山窯組主要煤層發(fā)育情況大致如下：頭屯河一帶(硫磺溝地區(qū))共含煤16層，煤層總厚8.36～49.14 m，煤層平均總厚為32.19 m；呼圖壁河至塔西河一帶含煤一般6～12層，煤層總厚21.94～51.87 m，煤層平均總厚為38.22 m；塔西河至瑪納斯河一帶含煤21～40層，煤層總厚25.18～50.18 m，煤層平均總厚為39.62 m。

1.2 區(qū)域水文地質(zhì)

烏魯木齊河以西研究區(qū)處于天山北坡低中山區(qū)，區(qū)內(nèi)有多條河流自天山流向北部低山丘陵地帶，研究區(qū)內(nèi)主要河流自西向東包括瑪納斯河、清水河、塔西河、呼圖壁河、三屯河、頭屯河和烏魯木齊河(圖1)，整體上隸屬于前人所劃分的瑪納斯河-呼圖壁河和硫磺溝兩個(gè)水文地質(zhì)單元[24]。區(qū)域地下水補(bǔ)給主要來自天山冰雪融水和大氣降水，其次來自河流的側(cè)向補(bǔ)給，以上升泉及下降泉在山坡低洼處或溝谷旁的形式進(jìn)行排泄。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)煤礦勘探地質(zhì)報(bào)告，區(qū)內(nèi)有兩處較大泉群，一處位于塔西河?xùn)|側(cè)小甘溝煤礦南部，該泉群出露地表標(biāo)高介于+1 680～+1 760 m，泉流量介于5～10 L/s[25]；另一處則位于呼圖壁河西側(cè)寬溝煤礦附近，出露地表標(biāo)高介于+1 300 ～+1 340 m，泉流量則介于0.5～1.0 L/s[26]。由于地勢(shì)差異和不同的地下水礦化度，整體上準(zhǔn)南地區(qū)西山窯組地下水主要流動(dòng)方向?yàn)橛赡现帘?，次要方向?yàn)橛晌髦翓|，但在泉群附近地下水明顯呈周圍向中心流動(dòng)的展布特征(圖2)，因此泉域出露處的高程及流速對(duì)于泉域附近的煤儲(chǔ)層壓力具有重要的控制作用[10]。

圖2 準(zhǔn)南西山窯組地下水流向及礦化度示意圖

2 西山窯組主要含水層識(shí)別與劃分

垂向上，準(zhǔn)南地區(qū)中新生代地層自上至下可以劃分出5個(gè)主要含(隔)水層，具體包括第四系透水不含水層、第四系沖洪積孔隙潛水含水層、中侏羅統(tǒng)西山窯組孔隙裂隙含水層、下侏羅統(tǒng)三工河組相對(duì)隔水層和火燒層裂隙透水不含水層，除斷裂影響外，這些含(隔)水層之間相互獨(dú)立，縱向上無水力聯(lián)系[25]。

對(duì)于目標(biāo)層位中侏羅統(tǒng)西山窯組而言，巖性由礫巖、砂巖、泥巖及煤層組成，該層位孔隙裂隙含水層大面積出露于研究區(qū)內(nèi)，主要接受大氣降水和上覆孔隙潛水的滲漏補(bǔ)給，地下水化學(xué)類型有HCO3·Cl-Na、HCO3·SO4-Na、SO4·HCO3-Ca·Na·Mg、HCO3·SO4-Ca·Na·Mg型，礦化度明顯高于第四系含水層，其值介于493.0～3 705.0 mg/L，pH則介于7.75～8.40。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)所施工的多個(gè)煤層氣井鉆探涌漏水情況，共識(shí)別出西山窯組內(nèi)3層主要含水層：Ⅰ西山窯組底部砂巖層，即三工河組頂部至B1煤層之間的砂礫巖段；Ⅱ西山窯組中段次要含煤段底部砂巖層；Ⅲ西山窯組上段不含煤段底部砂巖段(圖3)。具體而言，瑪煤參2井在埋深890、944.6、1 211、1 540 m處的涌漏水量分別為14、62、20、60 m3，該井三工河組和西山窯組、層序I和層序II、層序II和層序III的相應(yīng)界線深度分別為1 556、1 243、1 040 m[16]；新瑪參3井在埋深830.9、887.9、981.8、1 004.1 m處的涌漏水量分別為40、0.8、30、2.75 m3，該井三工河組和西山窯組、層序I和層序II的界線深度分別為987.8、843 m。結(jié)果表明西山窯組內(nèi)3個(gè)主要含水層均與三級(jí)層序的底部邊界垂向位置高度吻合，這是由于層序底部具有沖刷面的砂巖往往巖性粒度相對(duì)較粗且與下伏高位體系域發(fā)育的泥巖段水力聯(lián)系較弱，因此這些層位含水性往往相對(duì)較強(qiáng)(圖3)。綜上所述，層序地層格架的展布對(duì)于準(zhǔn)南西山窯組垂向上主要含水層的發(fā)育具有一定程度的控制作用。

圖3 準(zhǔn)南中侏羅統(tǒng)西山窯組沉積相、層序地層單井柱狀圖與各主要含水層劃分

以高程600 m為基準(zhǔn)線，將研究區(qū)內(nèi)各鉆孔西山窯組含水性進(jìn)行分析，三個(gè)主要含水層?xùn)|西向流動(dòng)方向和滯水特征如圖4所示。根據(jù)以上研究結(jié)果，將研究區(qū)分為四個(gè)富水中心(圖4)，分別位于塔西河、呼圖壁河、三屯河和頭屯河附近，其中鉆孔ZK101和鉆孔ZK404兩個(gè)富水中心以呼圖壁河至昌吉河逆斷層為界線。

圖4 準(zhǔn)南西山窯組三個(gè)主要含水層對(duì)比及富水中心識(shí)別

3 煤儲(chǔ)層壓力測(cè)試結(jié)果及控制因素分析

3.1 煤儲(chǔ)層壓力試井結(jié)果

準(zhǔn)南(特別是硫磺溝以西)地區(qū)中侏羅統(tǒng)西山窯組的煤層氣勘探開發(fā)程度相對(duì)較低，根據(jù)中國地質(zhì)調(diào)查局油氣資源調(diào)查中心所實(shí)施的部分煤層氣井相關(guān)數(shù)據(jù)，其西山窯組主力煤層儲(chǔ)層壓力變化范圍介于2.85～15.18 MPa，平均為8.54 MPa(表1)。參數(shù)井西山窯組主力煤層埋深范圍介于396.14～1473.86 m，平均埋深為898.5 m，最淺測(cè)試井位于烏魯木齊市西側(cè)WXC-1，最深測(cè)試井則位于瑪納斯瑪煤參2井。試井?dāng)?shù)據(jù)獲取全部采用注入/壓降法，試井時(shí)長一般為注入8～12 h，壓降24 h，共計(jì)32～36 h。

3.2 煤儲(chǔ)層壓力與煤層埋深、底板標(biāo)高之間的關(guān)系

通過表1中參數(shù)井的煤層埋深及其相應(yīng)的標(biāo)高與煤儲(chǔ)層壓力做相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)準(zhǔn)南中侏羅統(tǒng)西山窯組煤儲(chǔ)層壓力與煤層埋深關(guān)系密切，且兩者呈明顯的正相關(guān)關(guān)系[圖5(a)]，相關(guān)系數(shù)R2高達(dá)0.98，這符合中國煤儲(chǔ)層壓力與埋深變化的一般規(guī)律，因此可以根據(jù)此關(guān)系通過煤層埋深對(duì)區(qū)域儲(chǔ)層壓力分布進(jìn)行預(yù)測(cè)。在煤層埋深396.14～1 473.86 m區(qū)間內(nèi)，煤儲(chǔ)層壓力由2.85 MPa線性上升至15.18 MPa，增加梯度平均為11.7 kPa/m，屬于超壓應(yīng)力場狀態(tài)。另外，準(zhǔn)南西山窯組主力煤儲(chǔ)層壓力隨著底板標(biāo)高升高而呈線性降低趨勢(shì)，且平均壓力梯度為12.5 kPa/m[圖5(b)]，儲(chǔ)層壓力低于5 MPa的煤層底板標(biāo)高均大于+490 m，低儲(chǔ)層壓力的煤層主要位于烏魯木齊河西區(qū)。值得注意的是，若儲(chǔ)層壓力降低至0，此時(shí)對(duì)應(yīng)的煤層標(biāo)高為+1 280 m，這與位于呼圖壁河西側(cè)寬溝煤礦附近出露地表的泉域標(biāo)高+1 300～+1 340 m比較接近，表明泉域地下通道對(duì)于準(zhǔn)南地區(qū)局部儲(chǔ)層壓力分布具有重要的控制作用。

表1 準(zhǔn)南中侏羅統(tǒng)西山窯組主力煤層煤儲(chǔ)層壓力試井結(jié)果

圖5 準(zhǔn)南煤田中段西山窯組煤層埋深、煤層標(biāo)高和儲(chǔ)層壓力的關(guān)系

另外，圖5(a)中相關(guān)方程的截距為-2.012 4，當(dāng)煤儲(chǔ)層壓力為0時(shí)，對(duì)應(yīng)的煤層埋深為172 m，顯然煤層埋深低于此界線的煤儲(chǔ)層壓力變化則不受限于該線性方程。根據(jù)研究區(qū)內(nèi)相關(guān)礦井地質(zhì)報(bào)告，距塔西河西岸80～100 m的涼州戶主斜井筒，在埋深191 m(標(biāo)高1 345.44 m)處時(shí)，地下水從東側(cè)呈股狀流向底部水倉[27]；另外在塔西河?xùn)|岸的俊塔主井筒則出現(xiàn)從西側(cè)滲水和淋漏，且距河道越近排水量則越大[28]，這說明現(xiàn)代河流的下切作用在一定程度上確實(shí)能夠?qū)ξ魃礁G組上部地層地下水進(jìn)行補(bǔ)給。對(duì)于研究區(qū)西山窯組而言，地面河流最大補(bǔ)給深度在200 m左右，超過此臨界深度，煤儲(chǔ)層壓力變化則主要受控于煤層埋深。據(jù)此通過圖5(a)的關(guān)系式對(duì)準(zhǔn)南西山窯組主力煤儲(chǔ)層壓力進(jìn)行了預(yù)測(cè)(圖6)，結(jié)果表明研究區(qū)內(nèi)主力煤儲(chǔ)層壓力由南向北和由東向西不斷增大。

3.3 煤儲(chǔ)層壓力梯度變化特征及勘探啟示

根據(jù)煤儲(chǔ)層壓力梯度大小可以分析煤層所處的壓力狀態(tài)，因此該參數(shù)相比煤儲(chǔ)層壓力對(duì)于煤層氣的勘探開發(fā)更有直接指示作用[29]。根據(jù)煤層埋深和儲(chǔ)層壓力梯度之間的關(guān)系可知[圖7(a)]，兩者呈類拋物線式的關(guān)系，即隨著埋深的加大儲(chǔ)層壓力梯度先快速增大后緩慢增大，埋深在800 m以淺兩者關(guān)系較為離散，但800 m以深范圍內(nèi)兩者擬合度明顯提高。儲(chǔ)層壓力與儲(chǔ)層壓力梯度呈較好的正相關(guān)關(guān)系[圖7(b)]，即儲(chǔ)層壓力梯度低值區(qū)對(duì)應(yīng)于低壓力區(qū)，而儲(chǔ)層壓力梯度高值區(qū)則對(duì)應(yīng)于高壓力區(qū)。處于煤儲(chǔ)層正常壓力梯度及其以上的地區(qū)分別位于研究區(qū)硫磺溝東部、呼圖壁-三屯河深部以及塔西河附近地區(qū)。

圖6 準(zhǔn)南煤田中段西山窯組主采煤層儲(chǔ)層壓力分布

圖7 準(zhǔn)南西山窯組煤層儲(chǔ)層壓力梯度與埋深、儲(chǔ)層壓力之間的關(guān)系

圖8 準(zhǔn)南地區(qū)西山窯組煤層埋深與含氣量的變化關(guān)系

另外，由于煤儲(chǔ)層溫度和地層壓力的共同作用，煤層含氣量隨著埋深的增加呈先增大后減小的趨勢(shì)，其拐點(diǎn)臨界深度在800 m左右(圖8)。高含氣量值對(duì)應(yīng)的埋深介于700～1 000 m，其中最大含氣量為9.66 m3/t，出現(xiàn)在新瑪參3井，對(duì)應(yīng)的埋深為821.35 m。整體上埋深在700 m以淺，含氣量平均值為2.09 m3/t，埋深為700～1 000 m，含氣量平均值為3.84 m3/t，埋深在1 000～1 411 m，含氣量平均值為3.0 m3/t。根據(jù)圖7(a)的關(guān)系式可知，煤層埋深在800 m對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層壓力梯度為9.058 kPa/m，埋深在1 000 m對(duì)應(yīng)的儲(chǔ)層壓力梯度為9.558 kPa/m，因此埋深介于800～1 000 m之間的對(duì)應(yīng)為常壓儲(chǔ)層，埋深大于1 000 m以深，儲(chǔ)層壓力梯度增加緩慢。其中高壓儲(chǔ)層(≥11 kPa/m)出現(xiàn)在塔西河附近的瑪煤參2井，對(duì)應(yīng)的煤層埋深為939.88 m。含氣量和儲(chǔ)層壓力是煤層氣勘探中非常重要的兩個(gè)關(guān)鍵參數(shù)，結(jié)合以上分析，對(duì)于準(zhǔn)南地區(qū)西山窯組煤層而言，主力煤層埋深介于700～1 000 m之間的區(qū)域是含氣量和煤儲(chǔ)層儲(chǔ)層壓力匹配的有利地帶，也是研究區(qū)內(nèi)煤層氣勘探開發(fā)的有利埋藏深度。

4 煤儲(chǔ)層壓力和含氣量變化控制下的含氣系統(tǒng)劃分

圖9 新瑪參3井煤層埋深與含氣量的關(guān)系及對(duì)含氣系統(tǒng)的啟示

多層疊置含氣系統(tǒng)作為多煤層發(fā)育地區(qū)煤層氣成藏具有的特殊表現(xiàn)形式，由于其對(duì)儲(chǔ)層能量的分布和煤層壓裂及合層排采具有一定的指示意義，近年來受到諸多學(xué)者的關(guān)注[13,30-31]。煤儲(chǔ)層壓力梯度和含氣量變化常被用作劃分垂向含氣系統(tǒng)的兩項(xiàng)重要指標(biāo)[15]，其中含氣量數(shù)據(jù)由于容易獲取，可以首先用于判斷研究區(qū)內(nèi)是否存在多個(gè)垂向含氣系統(tǒng)。根據(jù)新瑪參3井埋深與含氣量的關(guān)系可知(圖9)，整體上含氣量隨著埋深增加呈先增加后降低的趨勢(shì)，高含氣量值出現(xiàn)在埋深700～1 000 m范圍，其中最大含氣量為9.66 m3/t，對(duì)應(yīng)的埋深為821.35 m。整體上埋深在700 m以淺，含氣量平均值為2.09 m3/t，埋深在700～1 000 m，含氣量平均值為3.84 m3/t，埋深在1 000～1 411 m，含氣量平均值為3.0 m3/t。一方面，含氣量與埋深的關(guān)系整體上可以劃分為三個(gè)變化段，每一段均是含氣量隨著埋深的增加而增大；另一方面，段與段之間的含氣量并不是隨著埋深的增加而持續(xù)增大，中間存在明顯的落差段，指示出研究區(qū)內(nèi)西山窯組中下部垂向上可能存三個(gè)不同的壓力(含煤層氣)系統(tǒng)。

4.1 單井含氣系統(tǒng)劃分

根據(jù)新瑪參3井巖性柱、煤儲(chǔ)層壓力、含氣量變化和層序地層劃分結(jié)果，可將該井西山窯組中下段劃分為3個(gè)相對(duì)獨(dú)立的垂向疊置含氣系統(tǒng)(圖10)，且每個(gè)含氣系統(tǒng)內(nèi)含氣量隨埋深的增加呈由低升高再降低的變化規(guī)律，各含氣系統(tǒng)內(nèi)儲(chǔ)層壓力隨埋深加大持續(xù)增大，同時(shí)發(fā)現(xiàn)三個(gè)含氣系統(tǒng)的間隔位置均存在一定厚度的黑色泥巖[圖10(b)、圖10(c)]，由此形成垂向上三個(gè)含氣/含水相對(duì)獨(dú)立的系統(tǒng)，因此準(zhǔn)南地區(qū)多層疊置含氣系統(tǒng)劃分的關(guān)鍵層可以認(rèn)定為區(qū)域上穩(wěn)定發(fā)育的灰黑色泥巖。通過與層序地層劃分的結(jié)果相對(duì)比，這些穩(wěn)定發(fā)育的黑色泥巖與層序地層的發(fā)育關(guān)系密切，關(guān)鍵層總是發(fā)育在最大湖泛面附近或者湖侵晚期，而高含氣量的位置均發(fā)生在湖侵體系域早期。值得注意的是，該井呈現(xiàn)的并不是完整西山窯組地層，缺少西山窯組上段，因此對(duì)于準(zhǔn)南地區(qū)整個(gè)西山窯組而言，應(yīng)該存在更多的含氣系統(tǒng)。

4.2 含氣系統(tǒng)對(duì)比及沉積控制分析

根據(jù)資料調(diào)研和研究區(qū)內(nèi)單井含氣系統(tǒng)劃分，結(jié)果表明各含氣系統(tǒng)的分割與含煤巖系中具低孔低滲的泥巖層(關(guān)鍵層)發(fā)育關(guān)系密切，而關(guān)鍵層的發(fā)育又受控于沉積環(huán)境?；趯?duì)研究區(qū)野外露頭觀測(cè)和鉆孔巖心描述，總體上可識(shí)別出西山窯組中下部兩層穩(wěn)定發(fā)育的泥巖關(guān)鍵層。結(jié)合層序地層格架和煤層含氣量變化，可將研究區(qū)西段西山窯組中下部(層序I和層序II)分為3個(gè)含氣系統(tǒng)，東段西山窯組中下部劃分為2個(gè)含氣系統(tǒng)(圖11)。究其原因，由于研究區(qū)東部博格達(dá)山的隆起，導(dǎo)致該地區(qū)主要物源供給方向由層序I時(shí)的SW向轉(zhuǎn)變?yōu)閷有騃I時(shí)的SE向[23]，從而使得研究區(qū)東部在層序II時(shí)期沉積環(huán)境以下三角洲平原為主，同時(shí)期研究區(qū)西部則過渡為三角洲前緣和濱淺湖，此時(shí)由于西部覆水較深，還原性較強(qiáng)，促使發(fā)育較多的關(guān)鍵層。因此，對(duì)于河流-三角洲-湖泊含煤沉積系統(tǒng)而言，發(fā)育于三角洲平原環(huán)境的垂向含氣系統(tǒng)發(fā)育較簡單，而處于三角洲前緣-湖相環(huán)境的垂向含氣系統(tǒng)則相對(duì)復(fù)雜。

圖10 準(zhǔn)南新瑪參3井西山窯組煤系疊置含氣系統(tǒng)分析柱狀圖

圖11 準(zhǔn)南烏魯木齊-瑪納斯區(qū)西山窯組煤系疊置含氣系統(tǒng)對(duì)比圖

5 結(jié)論

(1)根據(jù)準(zhǔn)南地區(qū)所施工的多個(gè)煤層氣井鉆探涌漏水情況，共識(shí)別出西山窯組3個(gè)主要含水層和平面上對(duì)應(yīng)的4個(gè)富水中心，研究發(fā)現(xiàn)西山窯組內(nèi)3個(gè)主要含水層均與三級(jí)層序的底部邊界垂向位置高度吻合，因此層序地層格架對(duì)于西山窯組垂向上主要含水層的發(fā)育具有一定程度的控制作用。

(2)準(zhǔn)南西山窯組主力煤層埋深范圍介于396.14～1 473.86 m，對(duì)應(yīng)的煤儲(chǔ)層壓力變化范圍則介于2.85～15.18 MPa，平均為8.54 MPa，儲(chǔ)層壓力梯度介于7.55～11.0 kPa/m，平均為9.5 kPa/m。準(zhǔn)南主要煤層的儲(chǔ)層壓力及其壓力梯度與煤層埋深均正相關(guān)，研究表明泉域地下通道對(duì)于準(zhǔn)南地區(qū)局部儲(chǔ)層壓力分布具有重要的控制作用。整體上主力煤層埋深介于700～1 000 m的區(qū)域是含氣量和煤儲(chǔ)層儲(chǔ)層壓力匹配的有利地帶，也是準(zhǔn)南煤層氣勘探開發(fā)的有利埋藏深度。

(3)根據(jù)巖心柱狀、煤儲(chǔ)層壓力、含氣量變化和層序地層劃分結(jié)果，將準(zhǔn)南西山窯組中下段劃分為2～3個(gè)相對(duì)獨(dú)立的垂向疊置含氣系統(tǒng)，分割各含氣系統(tǒng)的關(guān)鍵層是區(qū)域內(nèi)穩(wěn)定發(fā)育的灰黑色泥巖，且關(guān)鍵層的發(fā)育明顯受控于沉積環(huán)境。發(fā)育于研究區(qū)東側(cè)三角洲平原環(huán)境的垂向含氣系統(tǒng)發(fā)育較簡單，而處于研究區(qū)西側(cè)三角洲前緣-湖相環(huán)境的垂向含氣系統(tǒng)則相對(duì)復(fù)雜。