3.2.1 划分原则与依据
煤层气围岩的封闭性评价，目前趋向于用孔隙结构的定量评价来代替用岩性、厚度、埋深的定性评价，但迄今尚无统一的标准。本次研究主要参考了原地质矿产部石油地质实验室的研究成果（表3.7），根据岩性特征及孔隙结构特征，将区内煤层围岩划分为泥岩型（细分为泥岩亚型，粉砂岩亚型）、砂岩型（细分为杂砂岩亚型和砂岩亚型）和灰岩型三种类型六个亚类。
表3.7 不同岩性盖层性能参数及其分级
（∗据李明潮等，1990）
3.2.1.1 泥岩型（I1）
见于各煤层底板和顶板的部分区域。岩性为泥岩、炭质泥岩、钙质泥岩及泥质粉砂岩。据长庆研究院研究，在裂缝不发育的条件下，泥质含量大于40%的泥岩和泥质粉砂岩，其渗透率变化范围为10－7～10－9μm2，具有良好的封闭性。区内泥岩型围岩中泥质含量均大于50%，因而当构造破坏微弱时，具有良好的封闭性。
3.2.1.2 粉砂岩型（I2）
见于各煤层顶板的部分地段。其渗透率介于泥岩与砂岩之间，为封闭性稍次于泥岩的岩石类型。
3.2.1.3 灰岩型（Ⅱ）
据次生溶孔发育与否，可以细分为Ⅱ1亚型和Ⅱ2亚型。
主要见于11＃煤层顶板的部分地段。岩性为生物碎屑泥晶灰岩、含生物碎屑泥晶灰岩和泥灰岩。孔隙度多小于1%，渗透率一般小于0.01×10－3μm2。但在构造变动强烈地段，灰岩中裂隙和溶孔均较发育，如马沟渠井田1101采面煤层顶板灰岩中见有多处溶洞，内有低温条件下形成的方解石小晶体。故将构造运动不强烈、具有一定封闭能力的灰岩确定为Ⅱ1灰岩亚型，将裂隙和溶孔较发育，封闭性能大为降低的灰岩，确定为Ⅱ2灰岩亚型。
3.2.1.4 砂岩型（Ⅲ）
主要见于2＃、3＃、5＃、11＃煤层顶板的部分区域。砂岩岩性在横向上不稳定，往往很快相变为泥岩型或灰岩型顶板。一般来讲该类型围岩对煤层甲烷的封闭性很差，且往往与煤层一起构成甲烷的储气层，根据岩性可进一步划分为含长石石英杂砂岩亚型（Ⅲ1）和石英砂岩亚型（Ⅲ2）。杂砂岩较石英砂岩封闭性稍好。Ⅲ2亚型主要见于11＃煤层顶板。
3.2.2 围岩封闭类型及其特征
根据顶板类型，参考围岩含砂率、次生孔隙发育状态及后期构造变形特征，将区内围岩划分为透气层、半透气层和屏蔽层，各类型特征见表3.8。
表3.8 研究区顶板围岩封闭性类型划分方案
封闭性类型的划分中顶板围岩类型是最主要的依据，其性能及分级见表3.7，据研究区内的围岩类型特点，将区内围岩封闭类型划分为四类三级（表3.8），其中砂岩型、灰岩型顶板划分同一级别。别的参数还有：①顶板含砂率。含砂率反映了煤层顶面之上一定岩层厚度内（20m、10m、5m）透气性岩石（砂岩、灰岩）与非透气性岩石（粉砂岩、泥岩）之量比，研究证明该参数与煤层气含量有一定程度的相关性。含砂率＞50%的高值域约略可以反应地层中砂体的平面分布形态及特征。②直顶泥岩厚度。其临界值确定为0.3m，这是因为泥岩的突破压力达9.7MPa，远远高于区内煤层压力，故临界值不取1m，而粗略定为0.3m。③砂岩类型。主要考虑砂岩与杂砂岩具有不同的次生孔隙状态。④构造影响。构造影响强烈程度决定着顶底板岩石的完整性，构造影响强烈，围岩透气性好；无构造影响，围岩封闭性良好；构造影响中等，围岩的破坏程度位于以上二者之间。
3.2.3 煤层围岩封闭性差异的原因分析
3.2.3.1 原始沉积控制
（1）成煤期后瞬时沉积环境
成煤期后瞬时沉积环境是指煤层直接顶沉积期的沉积环境。由于山西组直接顶围岩受到后期相当于老顶沉积期的河道砂岩的冲刷，因此煤层直接顶沉积物局部被老顶砂岩所替代，形成不同期沉积环境在平面上的叠置。
1）3＃煤层
北区直接顶沉积期沉积环境比较均一，基本上为滨浅湖泊环境的粉砂岩、砂质泥岩和泥岩，仅在局部有河床相砂岩（图3.1），故北区3＃煤层顶板以泥岩型为主，顶板泥岩厚3～8m。再加上3＃煤层厚度大，分布稳定，因此是区内煤层甲烷生储能力最好的层位。
南区直接顶沉积期，在马沟渠井田除局部地区（如北一采区）为湖泊泥岩、粉砂岩相外，其余均为河床砂岩相，其岩性为中粒长石石英杂砂岩。故3＃煤层顶板以砂岩型为主，再加上煤层受冲刷严重，故煤层甲烷生储能力较差（图3.2）。在象山井田3＃煤层直接顶沉积期可以划分为河床砂岩相、漫滩砂岩相、湖泊粉砂岩、砂质泥岩相。湖泊相主要分布于167号孔，30、132号孔，211、252、150、61号孔的周围；河床相、漫滩相分布于3勘探线以北的浅部，69号孔、167号孔等局部地区。故象山井田3＃煤层以泥岩型顶板为主，煤层较厚且稳定，煤层甲烷生储能力较好。
2）11＃煤层
北区总的来讲，11＃煤层直接顶沉积期均处于浅海环境，可以细分为浅海灰岩相，波浪带砂岩相与潟湖湾泥岩相。浅海灰岩相主要集中分布于燎原井田中部，下峪口井田的边浅部和桑树坪井田的北部，波浪带砂岩相多与灰岩相相邻，粉砂岩、泥质岩相不规则分布于灰岩、砂岩相区之间。故区内具有砂岩型、灰岩型和泥岩型三种顶板类型（图3.3）。
直接顶沉积期南区岩相类型与北区相同，但灰岩与砂岩相区明显减少，顶板类型以泥岩型为主（图3.4）。就其煤层甲烷的保存能力而言，南区优于北区。
3）区内其他局部可采煤层
北区2＃煤层直接顶沉积期为湖泊粉砂岩、砂质泥岩和泥岩相，后期叠加了冲刷成因的河床砂岩相，河道砂岩相区的展布方向为北西－南东向，顶板类型以泥岩型为主（图3.5）。
5＃煤层成煤期后沉积以河流相中细砂岩为主，集中分布于120、206、153、117、604、40号孔以南，66、英6、英21号孔以北的广大地区。
（2）煤系沉积环境演化
前已述及，韩城矿区3＃和11＃主要可采煤层分属两种不同的环境系统，前者顶板岩石为陆相，后者为浅海相。从这个角度来看，在研究3＃、11＃煤层围岩的封闭性时，应充分考虑由于沉积环境不同造成的如下问题。
1）两煤层顶板中高渗透率岩石的类型不同
3＃煤层（也包括2＃、5＃煤层）顶板高渗透率岩石为长石石英杂砂岩，而11＃煤层顶板高渗透率岩石是石英砂岩和灰岩。在后期构造破坏作用下，砂岩和灰岩的裂隙发育和溶蚀性能均不同。砂岩主要表现为次生裂隙，而灰岩则伴生有大量次生溶孔和溶洞。
2）两煤层顶板中砂岩不同
3＃煤层为成分成熟度、结构成熟度均较低的长石石英杂砂岩，而11＃煤层顶板砂岩为石英砂岩，成分成熟度与结构成熟度均较高。从理论上讲，成分成熟度和结构成熟度高的砂岩，其粒间孔隙度及渗透率也高。因此，在相同的条件下（同样的顶板类型，同样的砂岩厚度），11＃煤层顶板较3＃煤层顶板封闭性要差。
3）两煤层顶板围岩中低渗透率岩石的类型不同。
最主要的区别是11＃煤层顶板中发育较多的钙质泥岩，而钙质泥岩中方解石矿物易于在后生阶段溶解而形成次生溶孔。
3.2.3.2 后期构造影响
后期构造对煤层围岩的影响主要表现为破裂构造和褶皱构造对煤层甲烷气藏盖层的破坏作用。有关这方面的详细情况，将在第5章中阐述。