大青山煤田煤層氣資源賦存條件分析

李 恒，李金濤

（1.內(nèi)蒙古礦業(yè)（集團(tuán)）綠能非常規(guī)天然氣勘查開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，呼和浩特 012000；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局，呼和浩特 012000）

大青山煤田煤層氣資源賦存條件分析

李 恒1,2，李金濤1,2

（1.內(nèi)蒙古礦業(yè)（集團(tuán)）綠能非常規(guī)天然氣勘查開(kāi)發(fā)有限責(zé)任公司，呼和浩特 012000；
2.內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局，呼和浩特 012000）

通過(guò)對(duì)大青山煤田煤層氣資源賦存條件的系統(tǒng)分析，對(duì)已有地質(zhì)資料的進(jìn)一步研究，認(rèn)為該區(qū)煤層氣資源具有豐度值高、埋藏深度較淺、生烴能力強(qiáng)、儲(chǔ)層物性好等特點(diǎn)，具備煤層氣資源開(kāi)發(fā)條件，且應(yīng)將五當(dāng)溝井田、河灘溝井田、白狐溝井田及大炭壕井田作為優(yōu)先研究及勘探目標(biāo)區(qū)。

大青山煤田；煤層氣；賦存條件；資源評(píng)價(jià)

1 含煤地層與煤層

大青山煤田主要含煤地層為下侏羅統(tǒng)五當(dāng)溝組與上石炭統(tǒng)拴馬樁組。

五當(dāng)溝組底部為厚層狀灰白、灰綠、淺紅色礫巖，礫石成分以片麻巖為主，分選差，磨圓度較好，上部巖性以灰黃、灰白色中粗粒砂巖及灰色、深灰色砂質(zhì)泥巖及煤層為主，含植物化石。該組地層平均厚度約220 m左右。五當(dāng)溝組含煤多層，含煤系數(shù)5.5%～10.7%，由西向東增高，含可采煤層2-9層，可采厚度0 m～77.25 m，一般可采厚度4.78 m～21.77 m。煤層不穩(wěn)定，厚度變化較大。

拴馬樁組地層厚70 m～190 m，屬內(nèi)陸山間盆地相沉積，主要由煤層、砂質(zhì)粘土巖、泥巖及各種粒級(jí)的碎屑巖組成，礫巖與碎屑巖占70%以上，相變頻繁，泥炭沼澤相與河流相相互交替，煤層厚度變化大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤分層難以對(duì)比。煤系地層含Cu2和Cu4兩個(gè)煤組，含煤系數(shù)15%，其中Cu2煤組全區(qū)發(fā)育并可采，可采厚度0 m～56.70 m，一般厚度22 m，屬較穩(wěn)定煤層；Cu4煤組為拴馬樁組的上組煤，在阿刀亥礦區(qū)，常為粘土泥巖和煤層互層，在礦區(qū)內(nèi)3號(hào)孔中煤層最厚31 m，結(jié)構(gòu)極復(fù)雜，可分為34個(gè)煤分層。在其他鉆孔中未見(jiàn)或不可采，厚度變化極大,為極不穩(wěn)定的不可采煤層。

2 構(gòu)造特征

大青山煤田位于陰山逆沖斷裂帶。是我國(guó)構(gòu)造變動(dòng)最為復(fù)雜的地區(qū)之一，也是含煤巖系遭受后期改造最為強(qiáng)烈的地帶。在煤系分布帶南北兩側(cè)各有一條逆沖斷裂帶，南強(qiáng)北弱。逆沖斷裂傾角平緩，形成許多較大規(guī)模的飛來(lái)峰和構(gòu)造窗。逆沖構(gòu)造發(fā)育于印支-燕山期，以脆性變形為主。

從石拐礦區(qū)及公山灣、野馬圖等小煤窯收集的資料看，主要開(kāi)采煤層頂?shù)装宕蠖酁楦鞣N砂巖類(lèi)，整個(gè)煤田處于逆沖斷裂構(gòu)造體系之中，斷裂主要為擠壓性斷裂，普遍發(fā)育逆沖、逆掩及低角度的逆掩斷層，故有形成圍巖（砂巖層）儲(chǔ)氣層的可能。

煤田南緣的五當(dāng)溝、河灘溝礦受缸房窯子逆掩斷層影響，煤系直立甚至倒轉(zhuǎn)，形成倒轉(zhuǎn)向斜，是應(yīng)力最為集中的地帶。煤中的有機(jī)質(zhì)受到構(gòu)造應(yīng)力作用時(shí)，會(huì)導(dǎo)致機(jī)械降解作用。發(fā)生官能團(tuán)脫落及化學(xué)鍵斷裂，對(duì)煤層氣生成有利。河灘溝東南部，缸房窯子逆斷層直接將太古界片麻巖推覆于五當(dāng)溝煤系之上，對(duì)煤層氣起到斷層封閉作用。

白狐溝礦為長(zhǎng)漢復(fù)式向斜南翼五當(dāng)溝組出露地區(qū)，其南側(cè)有由南向北的逆沖斷層將石炭二疊系、寒武奧陶系逆掩在五當(dāng)溝含煤巖系之上，在淺部也起到斷層封閉作用。礦區(qū)總體構(gòu)造為復(fù)式單斜，以褶皺為主，大型斷裂不發(fā)育，中深部可能存在較大的壓性斷裂及S型褶曲。壓性褶曲對(duì)煤層氣儲(chǔ)存有利。腦包兔、六道壩區(qū)因其南北分別受胡蘆斯太、F21、F22斷層控制，對(duì)煤層氣的儲(chǔ)集有利。

3 煤儲(chǔ)層特征

3.1 煤儲(chǔ)層深度

據(jù)本次所收集的資料分析，區(qū)塊內(nèi)野馬圖、公山灣萬(wàn)家溝小煤窯所采煤層為五當(dāng)組上部煤層，埋藏深度均小于200 m。長(zhǎng)漢溝礦區(qū)位于長(zhǎng)漢溝復(fù)式向斜軸部，長(zhǎng)漢溝礦主要開(kāi)采煤層（B煤組）埋深300 m以淺，五當(dāng)溝、河灘溝、白狐溝等礦，煤層由南向北逐步加深，在勘探區(qū)深部邊界，埋深一般在600 m，預(yù)測(cè)區(qū)埋深在1 000 m左右。

3.2 煤層孔隙、裂隙及節(jié)理

通過(guò)收集區(qū)塊煤礦資料，阿刀亥礦(Cu2煤層)孔隙度13.92%，內(nèi)生節(jié)理為48條/5 cm～50條/5 cm，外生裂隙為9條/m；河灘溝礦（Lb煤層）孔隙度3.7%，內(nèi)生節(jié)理為29條/5 cm，外生裂隙為9條/0.5 m；白狐溝礦（J1、J、Lue、L1煤層）孔隙度4.51%～6.38%，內(nèi)生節(jié)理15條/5 cm～31條/5 cm；裂隙較為發(fā)育，對(duì)煤層氣儲(chǔ)集是有利的。

3.3 煤層頂?shù)装宓膸r性

栓馬樁組Cu2煤組，頂?shù)装寰鶠榈[巖。

五當(dāng)溝組:B煤層頂板為灰、灰白色粗砂巖，老頂灰黑色油頁(yè)巖，底板為細(xì)砂巖。G煤層頂?shù)装寰鶠榛疑?xì)砂巖，偽頂粉砂巖或頁(yè)巖。H煤層頂?shù)装寰鶠榘咨稚皫r。I4煤層頂板為細(xì)砂巖，底板為粗砂巖。I煤層頂板為粗砂巖，底板為細(xì)砂巖。I1煤層頂板為細(xì)-粗砂巖，底板粗砂巖。J煤層頂板油頁(yè)巖-細(xì)-粗砂巖，底板細(xì)砂巖。河灘溝區(qū)，頂板抗壓強(qiáng)度522 kg/cm2，底板抗壓強(qiáng)度723 kg/cm2。Lb煤層頂?shù)装寰鶠榧?xì)砂巖。河灘溝區(qū)，頂板抗壓強(qiáng)度431 kg/cm2～1 520 kg/cm2，底板抗壓強(qiáng)度786 kg/cm2～797.5 kg/cm2。La煤層頂?shù)装寰鶠榇稚皫r。

另外，五當(dāng)溝組含煤巖系中，出現(xiàn)四層棕灰、灰黑、黑色致密油頁(yè)巖，它們分別位于A煤組頂（K3，厚度40 m左右），B煤組頂部（K-K3，距B上煤層12 m），C和D煤組中間（K-W2，厚0 m～35 m），上距I煤組50 m～60 m，下距J煤組0～15 m（K-1，厚0～60 m）。上述四層油頁(yè)巖，是良好的隔氣層。

3.4 含水層及單位涌水量

第四系孔隙潛水，厚約5 m～10 m，單位涌水量0.2 L/（m·s）～5 L/（m·s）；拴馬樁組煤系石葉灣組礫巖、砂礫巖，單位涌水量0.002 33 L/（m·s）～0.136 L/（m·s）；五當(dāng)溝組煤系粗砂巖、礫巖，單位涌水量均小于0.2 L/（m·s）；煤系基底石灰?guī)r裂隙水，單位涌水量小于0.001 L/（m·s）。

3.5 滲透率

通過(guò)收集資料顯示，河灘溝礦L煤層透氣性系數(shù)為0.118 m2/（MPa2·d）～0.174 m2/（MPa2·d）。石拐礦區(qū)透氣性巖層（礫巖、細(xì)-中-粗砂巖）厚284.15 m，非透氣性巖層（油頁(yè)巖、泥巖、粘土巖、砂質(zhì)泥巖等）厚41.7 m，二者比例為6.81:1。

3.6 煤巖特征

大青山煤田煤種為中等變質(zhì)的長(zhǎng)焰煤-氣煤-肥煤-焦煤，煤類(lèi)較齊全，分布較廣。其中J煤層鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組含量為72.5%～86.9%，鏡煤最大反射率0.99%～1.11%，煤種為肥煤；L煤層鏡質(zhì)組和半鏡質(zhì)組含量71.2%～85.3%，鏡煤最大反射率1.27%～1.42%，煤種為焦煤。煤巖類(lèi)型為半亮-亮型煤。根據(jù)煤成烴理論，鏡質(zhì)組較其它顯微組分具有更強(qiáng)的生氣和親CH4能力,且當(dāng)ROmax位于0.55% ～1.65%階段為“烴類(lèi)氣體富集保存期”，因此，本區(qū)煤儲(chǔ)層具有強(qiáng)的生烴能力。

3.7 儲(chǔ)層壓力

根據(jù)資料顯示，區(qū)內(nèi)煤層原始瓦斯壓力平均為2.7 MPa。河灘溝礦東翼采區(qū)距地表316 m處測(cè)定L煤層瓦斯壓力1.96 MPa，該礦原始瓦斯壓力均大于0.98 MPa。白狐溝礦瓦斯壓力數(shù)據(jù)顯示，J煤層為4 MPa～16.7 MPa；K煤層為1.27 MPa；L煤層為0.29 MPa～1.08 MPa。

3.8 構(gòu)造發(fā)育情況及封閉條件

大青山煤田位于陰山逆沖斷裂帶中部，是含煤巖系遭受后期改造最為強(qiáng)烈的地帶。從石拐礦區(qū)及公山灣、野馬圖等小煤窯收集的資料看，主要開(kāi)采煤層頂?shù)装宕蠖酁楦鞣N砂巖類(lèi)，整個(gè)煤田處于逆沖斷裂構(gòu)造體系之中，斷裂主要為擠壓性斷裂，普遍發(fā)育逆沖、逆掩及低角度的逆掩斷層，故有形成圍巖（砂巖層）儲(chǔ)氣層的可能。

4 煤層氣含量

煤層含氣量是煤層開(kāi)發(fā)選區(qū)最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)之一。大青山煤田各礦井均屬高瓦斯礦井，煤層氣資源豐富，井下實(shí)測(cè)氣含量分別為：五當(dāng)溝含氣量23.78 m3/t；河灘溝含氣量19.30 m3/t；白狐溝含氣量17.20 m3/t；康包含氣量18.23 m3/t；大營(yíng)灣含氣量23.78 m3/t；前壩含氣量17.20 m3/t；大炭壕、阿刀亥、海柳樹(shù)、水原、老窩鋪含氣量8.30 m3/t。儲(chǔ)氣層均屬富甲烷煤層，且煤層氣賦存由淺到深有逐漸增大的趨勢(shì)[1]。

5 煤層氣資源評(píng)價(jià)

本次研究應(yīng)用體積法，在前人研究的基礎(chǔ)上，對(duì)大青山煤田煤層氣資源量進(jìn)行了預(yù)測(cè)，預(yù)測(cè)面積為55.5 km2，煤炭地質(zhì)儲(chǔ)量7.6億t，計(jì)算結(jié)果表明，區(qū)內(nèi)預(yù)測(cè)煤層氣資源量為100億m3[2]，資源豐度為1.80億m3/km2，其中井田保有煤炭?jī)?chǔ)量5.5億t，計(jì)量面積為39.5 km2，估算煤層氣資源量為60億m3，資源豐度為1.52億m3/km2；井田深部垂深1 000 m以上預(yù)測(cè)煤炭?jī)?chǔ)量2.1億t，面積為16.0 km2，估算煤層氣資源量為40億m3，資源豐度為2.50億m3/km2。通過(guò)對(duì)區(qū)內(nèi)各井田煤層氣資源進(jìn)行預(yù)測(cè)，發(fā)現(xiàn)河灘溝、五當(dāng)溝、白狐溝及大炭壕井田煤層氣資源豐度較大，為首期勘探開(kāi)發(fā)的有利區(qū),大青山煤田煤層氣資源預(yù)測(cè)圖,見(jiàn)圖1。

圖1 大青山煤田煤層氣資源預(yù)測(cè)圖

6 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)對(duì)大青山煤田煤層氣的研究及調(diào)查工作表明，本區(qū)構(gòu)造復(fù)雜，煤層較發(fā)育、區(qū)域不穩(wěn)定、厚度變化大，煤巖結(jié)構(gòu)良好（主要為原生結(jié)構(gòu)煤），煤層埋藏淺（300 m～1 000 m），煤層頂板封閉性能較好（泥巖、泥巖夾粉砂質(zhì)泥巖等），煤層氣含量高，屬內(nèi)蒙古自治區(qū)煤層氣開(kāi)發(fā)利用較有利區(qū)塊。

[1]內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局.內(nèi)蒙古自治區(qū)大青山煤田煤層氣資源調(diào)查報(bào)告[R].呼和浩特:內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局,2004.

[2] 周,褚開(kāi)智.內(nèi)蒙古自治區(qū)大青山煤田煤層氣資源概況[J].中國(guó)煤炭地質(zhì),2008,20(2):17-19.

（編輯：樊 敏）

Occurrence Condition of CBM in Daqingshan Coal Field

LI Heng1,2,LI Jintao1,2
(1.Green Energy Unconventional Natural Gas Exploration and Development Co.,Ltd.,Inner Mongolia
Mining Group,Hohhot 012000,China;
2.Coal Geological Bureau of the Inner Mongolia Autonomous Region,Hohhot 012000,China)

The systematic analysis on the occurrence condition of CBM and the further study on geological data conclude that the CBMresource in Daqingshan coal field is characteristic of high richness, shallow buried depth,strong hydrocarbon-generating potential,and good reservoir physical property. Therefore,it is qualified for the exploration.Besides,Wudanggou mine,Hetangou mine,Baihugou mine, and Datanhaoshould be taken as prioritytargets ofresearch and exploration.

Daqingshan Coal Field;CBM;occurrence condition;resource evaluation

P618.11

A

1672-5050（2016）04-076-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.08.022

2016-03-01

李恒（1988-），男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，碩士，工程師，從事煤田地質(zhì)及非常規(guī)天然氣研究。