褐煤儲層水文地質論文
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沙爾湖凹陷主力煤層位于侏羅系中統西山窯組下段，煤系含水層為西山窯組下段巨厚煤層及中、細粒砂巖弱含水層;大南湖凹陷主力煤層位于侏羅系中統西山窯組中段，煤系含水層為西山窯組中段砂巖孔隙－裂隙弱含水層組。研究區氣候炎熱干旱，雖在夏季存在降雨但蒸發量更大。因此，地表水屬于暫時性的，地下水均以地史期徑流弱補給及微弱大氣降水為主;由于巖石裂隙不甚發育，且多為泥質充填，地層滲透性差，徑流條件不佳，地下水運移緩慢，礦化程度較高，水質較差，屬于鹽水。大南湖凹陷東一勘查區含水層位于向斜軸部位的水位較低，為+430m左右，南翼順地層傾向向上鉆孔水位依次增高，但相差較小，由此可判斷出地下水順地層傾向流動;而東一區西側的3302孔水位下降較快，為+420．98m，隔壁西側勘查區鉆孔水位依次降為+412．44、+392．46m;沙爾湖凹陷煤系含水層由于與隔壁大南湖凹陷煤系屬同一含煤巖系，其水位標高大致為+400m，結合研究區礦化度較高、補給極少等條件，綜合判斷出地下水呈現順地層傾向，總體由東向西緩流－滯留的態勢，水文地質條件簡單。該條件對褐煤儲層的含氣量存在不利影響，褐煤儲層由于熱演化程度低，其含氣量大部分取決于生物氣的生成量，生物氣的形成取決于產甲烷菌的富集程度與活性:滯留水體對甲烷菌進入煤體不利，而過高的礦化度又會抑制產甲烷菌利用底物生成甲烷。因此，褐煤儲層埋深相對較淺的區域由于處于風化帶，加之斷層帶地層較破碎，斷裂構造比較發育，甲烷含量較低;而埋深較深的區域在風化帶之下，加之處于弱擠壓型構造環境，斷層斷距小且多被充填，即使礦化度高，地史期生成的原生或次生生物氣可以保存下來形成可觀的氣藏。
二褐煤儲層的水壓計算
褐煤儲層含氣量中大部分生物氣的形成離不開水這一介質。因此，水是褐煤儲層煤層氣形成及演化的必要因素;儲層壓力不僅控制煤層含氣量，而且還是儲層能量的維持者，水壓又是儲層壓力的主要貢獻者，褐煤儲層大多為含水層，且孔裂隙發育，對其來說水壓幾乎相當于儲層壓力。因此，水壓的計算在褐煤儲層的流體壓力求取及其演化史的恢復中占相當重要的地位。水壓等于水的密度、重力加速度、水頭高度三者的乘積，其直接受水密度的影響，但目前在對水壓進行求取時，常忽略水的密度受壓力、溫度、礦化度、溶解的氣水比及鹽與水的質量比所產生的變化，計算的水壓值不準確。水頭高度等于與煤儲層具有水力聯系的含水層的水位標高與煤層底板標高之差。水的密度隨溫度的升高而減小，隨礦化度的增加而增大，隨壓力的增加而增大，其求取可通過由水密度的諾謨圖推得的S－K方程得到。盡管S－K方程沒有考慮溶解的氣水比與鹽水質量比對密度的影響，這是因為當水中溶解氣較少，其對密度的影響微乎其微;而當地層水礦化度在104mg/L的數量級時，對密度造成的影響在10－5數量級以下(根據FWZ方程計算結果知)，可以忽略不計。因此，筆者也主要考慮壓力、溫度、礦化度對水密度的影響，其中壓力就是水自身的壓力，其與水密度恰存在相關性，因此可根據下面的推導過程求得。
三結論
1)研究區由于氣候炎熱干旱，地下水補給徑流條件較差，褐煤儲層礦化程度較高，導致其次生生物成因氣生成受阻，含氣量低，隨埋深增加由于保存條件較好，含氣量逐漸增加。
2)當儲層的水文地質條件(水溫梯度、礦化度)不同時，會導致不同的水壓計算結果:低礦化度、高水溫梯度會導致低于不考慮密度變化的水壓計算值;而高礦化度、低水溫梯度則會導致高于不考慮密度變化的水壓計算值。該計算方法對于褐煤儲層勘探開發規劃及其壓力演化恢復相關計算有必要。
作者：喬雨傅雪海丁永明單位：中國礦業大學新疆工程學院
