鄂爾多斯盆地（內(nèi)蒙古境內(nèi)）能源礦產(chǎn)疊置組合特征與綜合勘查開發(fā)建議

馮巖 張春華 楊才 劉穎瑤 張梅

摘要：分析鄂爾多斯盆地（內(nèi)蒙古境內(nèi)）能源礦產(chǎn)資源空間分布特征，劃定各類能源資源有利富集區(qū)域，確定能源礦產(chǎn)資源疊置組合類型，結(jié)合能源礦產(chǎn)勘查開發(fā)利用現(xiàn)狀，探討疊置能源礦產(chǎn)綜合勘查開采的相互影響和可行性。在此基礎(chǔ)上，對(duì)能源疊置區(qū)進(jìn)行劃分，提出各區(qū)塊疊置能源礦產(chǎn)的開發(fā)時(shí)序和綜合勘查開發(fā)建議。

關(guān)鍵詞：鄂爾多斯盆地;能源礦產(chǎn);綜合勘查開發(fā);內(nèi)蒙古

鄂爾多斯盆地（內(nèi)蒙古境內(nèi)）是我國(guó)重要的能源基地，能源礦產(chǎn)資源極為豐富，天然氣、煤炭、鈾礦資源量在全自治區(qū)大型盆地中均占第一位，由于盆地內(nèi)礦業(yè)權(quán)設(shè)置重疊問題突出，不同的開發(fā)主體間相互制約，疊置能源礦產(chǎn)一種資源一旦開發(fā)，后續(xù)資源就很難有效開采，不能實(shí)現(xiàn)資源節(jié)約和綜合利用，并且存在一定的安全隱患[1-4]，本文旨在分析鄂爾多斯（內(nèi)蒙古境內(nèi)）天然氣、煤炭、鈾礦等優(yōu)勢(shì)能源礦產(chǎn)的空間分布和有利富集區(qū)域，結(jié)合勘查開發(fā)利用和礦業(yè)權(quán)疊置現(xiàn)狀，分區(qū)確定能源礦產(chǎn)資源疊置組合類型，提出開發(fā)時(shí)序和綜合勘查開采建議。

1.能源礦產(chǎn)資源概況

鄂爾多斯盆地具有面積大、資源分布廣、能源礦種多、儲(chǔ)量規(guī)模大等特點(diǎn)。依據(jù)全國(guó)礦產(chǎn)資源潛力評(píng)價(jià)、資源儲(chǔ)量通報(bào)等結(jié)果[5-7]，內(nèi)蒙古境內(nèi)主要能源礦產(chǎn)資源特征如下：

鄂爾多斯地區(qū)是內(nèi)蒙古重要的煤炭生產(chǎn)區(qū)，煤炭經(jīng)濟(jì)在鄂爾多斯地區(qū)工業(yè)經(jīng)濟(jì)中占重要的地位。截至2016年底，煤炭資源累計(jì)探明儲(chǔ)量2194.40億噸，保有資源儲(chǔ)量2132.54億噸，約占全自治區(qū)的52.68%。勘查程度方面，煤層埋深lOOOm以淺地段已達(dá)到普查及以上工作程度，埋深lOOOm-1500m地段達(dá)到預(yù)查一普查程度，埋深大于1500m地段為勘查空白區(qū)。2016年原煤產(chǎn)量37695.48萬噸，約占全自治區(qū)原煤產(chǎn)量的65.1%?，F(xiàn)階段煤炭開采主要分布在三個(gè)區(qū)域，一是準(zhǔn)格爾煤田東部，分布在準(zhǔn)格爾旗東部區(qū)域;二是東勝煤田東部，分布在杭錦旗東部一東勝區(qū)一伊金霍洛旗東北部一準(zhǔn)格爾旗西部一線;三是鄂爾多斯盆地西緣，分布在鄂托克旗西部棋盤井（靠近烏海）和鄂托克前旗長(zhǎng)城礦區(qū)（靠近寧夏），煤炭資源分布與勘查開發(fā)現(xiàn)狀見圖1。

鄂爾多斯盆地天然氣資源豐富，據(jù)《全國(guó)油氣礦產(chǎn)儲(chǔ)量通報(bào)》資料統(tǒng)計(jì)，截至2016年底，鄂爾多斯盆地（內(nèi)蒙古境內(nèi)）天然氣累計(jì)探明地質(zhì)資源量21266.3億立方米，探明技術(shù)可采資源量11062.95億立方米，剩余技術(shù)可采儲(chǔ)量9630.49億立方米，占全自治區(qū)的95%以上。天然氣開采面積30551.85km2，占行政區(qū)劃面積的32.84%，蘇里格、烏審旗、大牛地等氣田探明儲(chǔ)量均超過千億方的氣田。2016年天然氣產(chǎn)量為198.22億立方米，占全國(guó)的16.l9%?！笆濉逼陂g累計(jì)外送天然氣超過1100億立方米，占全國(guó)總產(chǎn)量的22.5%，位居全國(guó)第三。此外，根據(jù)國(guó)土資源部最新一輪全國(guó)煤層氣和頁巖氣資源潛力評(píng)價(jià)結(jié)果，鄂爾多斯盆地（內(nèi)蒙古境內(nèi)）2000m以淺煤層氣地質(zhì)資源潛力4.9萬億立方米，可采資源潛力5730億立方米，頁巖氣地質(zhì)資源潛力約為2.7萬億立方米，可采資源潛力5100億立方米，鄂爾多斯地區(qū)非常規(guī)天然氣資源潛力占全自治區(qū)的40%以上[8-9]。

鈾礦是我國(guó)戰(zhàn)略性能源資源，也是我區(qū)優(yōu)勢(shì)礦產(chǎn)，根據(jù)全國(guó)鈾資源潛力評(píng)價(jià)結(jié)果，鄂爾多斯市伊金霍洛旗、東勝區(qū)、杭錦旗為重點(diǎn)鈾礦成礦帶，已發(fā)現(xiàn)大營(yíng)、納嶺溝、皂火壕等多處超大型、大型礦床，累計(jì)查明鈾資源××萬多噸，預(yù)測(cè)鈾資源量××萬多噸，成為我國(guó)首個(gè)十萬噸級(jí)鈾礦資源基地。隨著新鈾礦點(diǎn)不斷發(fā)現(xiàn)，鈾礦資源量有望進(jìn)一步增加。該成礦區(qū)帶的西部杭錦旗、鄂托克旗仍有較大的鈾資源潛力。

2.能源礦產(chǎn)疊置組合特征

鄂爾多斯盆地（內(nèi)蒙古境內(nèi)）能源礦產(chǎn)資源分布具有平面上相互疊置，垂向上位于不同層位的特點(diǎn)，具有滿盆煤、滿盆氣、周緣鈾礦和煤層氣，深部頁巖氣的分布規(guī)律。受控于盆地特有的沉積一構(gòu)造演化環(huán)境，本區(qū)能源礦產(chǎn)存在上部侏羅系一白堊系煤一鈾成礦系統(tǒng)，發(fā)育煤炭、鈾礦;下部石炭系一二疊系煤一氣成礦系統(tǒng)，發(fā)育煤炭、天然氣（致密砂巖氣）、煤層氣、頁巖氣，空間上主要存在煤炭～鈾礦、天然氣～鈾礦、煤炭～天然氣、煤炭～煤層氣、天然氣～頁巖氣～煤層氣等能源礦產(chǎn)疊置組合類型，見圖2。

依據(jù)能源礦產(chǎn)賦存特征和疊置組合情況、經(jīng)濟(jì)地位、儲(chǔ)量規(guī)模、開發(fā)技術(shù)條件，將鄂爾多斯盆地內(nèi)蒙古境內(nèi)劃分為5個(gè)疊置區(qū)塊，見圖3、表1。各區(qū)塊范圍與能源礦產(chǎn)疊置組合特征如下：

I區(qū)為煤炭～煤層氣疊置區(qū)，包括盆地的東緣和西緣兩部分。東緣行政區(qū)劃為準(zhǔn)格爾旗，煤系地層最大沉積邊界和鈾礦遠(yuǎn)景區(qū)分布外界為邊界。西緣行政區(qū)劃為烏海市、鄂托克旗和鄂托克前旗的西緣部分，以延安組底界埋深小于1200m為界。能源礦產(chǎn)疊置矛盾較突出，存在煤炭礦業(yè)權(quán)和煤層氣礦業(yè)權(quán)重疊問題。

II區(qū)為煤炭～鈾礦～天然氣、煤炭～煤層氣疊置區(qū)，行政區(qū)劃為伊金霍洛旗北部、東勝區(qū)和杭錦旗北部，以鈾礦遠(yuǎn)景區(qū)邊界線為界，鈾礦與煤炭疊置矛盾突出，隨著油氣勘查深入，本區(qū)天然氣與煤炭重疊矛盾將進(jìn)一步深化。

III區(qū)為煤炭～天然氣、天然氣～頁巖氣～煤層氣疊置區(qū)，行政區(qū)劃為伊金霍洛旗北部、烏審旗，大致以延安組底界埋深小于1200m為界，為油氣主采區(qū)，天然氣與煤炭疊置矛盾突出，存在煤炭礦業(yè)權(quán)和油氣礦業(yè)權(quán)重疊問題。

IV區(qū)為煤炭～天然氣、天然氣～頁巖氣～煤層氣疊置區(qū)，行政區(qū)劃為鄂托克旗東部、鄂托克前旗東部。大致以延安組底界埋深1200m-1500m為界，為油氣主采區(qū)，隨著煤炭勘查、開發(fā)的推進(jìn)，存在潛在能源礦產(chǎn)疊置問題。

V區(qū)為天然氣～頁巖氣～煤層氣疊置區(qū)，行政區(qū)劃為鄂托克旗西部、鄂托克前旗西部。大致以延安組底界埋深大于1500m為界，為盆地的深部區(qū)，存在常規(guī)油氣資源與非常規(guī)油氣資源綜合勘查開發(fā)利用問題。

3.綜合勘查開采可行性分析

鄂爾多斯地區(qū)多種能源礦產(chǎn)之間的生成、共存關(guān)系存在相關(guān)性特征，侏羅系鈾礦和煤炭的成生、賦存有明顯相關(guān)性，石炭一二疊系的煤炭、油氣、頁巖氣、煤層氣有明顯相關(guān)性。同盆共存的多種能源礦產(chǎn)的成礦相關(guān)性和相同成礦系統(tǒng)為協(xié)同勘查、協(xié)同開發(fā)奠定了物質(zhì)基礎(chǔ)[1O-11]，各能源礦產(chǎn)成礦相關(guān)性見表2。

（1）油氣與鈾礦綜合勘查開采條件。鈾礦分布層位以中侏羅統(tǒng)直羅組為主，礦藏埋深300m-800m。天然氣主要分布層位在上古生界山西組和石盒子組砂巖儲(chǔ)層中，礦藏埋深2500m-3500m，兩種資源層位間影響較小。平面分布上鈾礦主要分布在盆地北緣區(qū)域，天然氣現(xiàn)階段開采區(qū)分布于盆地西南緣與大型鈾礦區(qū)重疊區(qū)域面積較小。結(jié)合鈾礦和天然氣的開采規(guī)模以及工藝特點(diǎn)，天然氣與鈾礦開采相互影響較小，同時(shí)開發(fā)的相互影響完全可以規(guī)避。同時(shí)，對(duì)本區(qū)油氣鉆井測(cè)井曲線進(jìn)行分析解譯，可以初步識(shí)別和評(píng)價(jià)鈾異常，推動(dòng)盆地內(nèi)鈾礦資源整體評(píng)價(jià)與勘查工作進(jìn)度。

（2）煤炭與鈾礦綜合勘查開采條件。石炭一二疊系的太原組、山西組煤層同鈾礦層位和空間分布上相互影響較小。鈾礦成礦區(qū)帶全部與下侏羅統(tǒng)延安組煤層主要勘查和開采區(qū)重疊。鈾礦層位距離延安組煤層頂界面垂直距離60m-150m，最小處僅有20m。鈾礦地侵開采需要地下封閉水體環(huán)境，鈾礦含礦層為煤礦開采放水降壓的目標(biāo)層，煤礦開采放水必將導(dǎo)致鈾礦含水層水位的持續(xù)下降甚至抽干鈾礦含礦水層，對(duì)鈾礦床進(jìn)行破壞。鈾礦床礦石中鈾以吸附態(tài)鈾、鈾礦物及含鈾礦物三種形式存在，地浸采鈾作業(yè)中人為加入高強(qiáng)度氧化劑和浸出劑使吸附態(tài)鈾活化，對(duì)煤礦開采區(qū)產(chǎn)生明顯的放射性影響。因此，兩種資源層位間影響較大，難以同時(shí)開采。鈾礦同煤炭為同一成礦系統(tǒng)，合理部署鉆探工程間距，選取鉆探和測(cè)井工藝標(biāo)準(zhǔn)，滿足鈾礦和煤炭相應(yīng)勘查程度的工程密度和勘查規(guī)范要求，可以進(jìn)行煤—鈾綜合勘查。

（3）煤炭與油氣綜合勘查開采條件。煤炭和天然氣在全盆地大范圍重疊，現(xiàn)有煤炭勘查和開采區(qū)主要位于盆地東緣和西緣，天然氣勘查區(qū)覆蓋盆地全境，開采區(qū)主要分布于盆地西南緣。當(dāng)前技術(shù)條件下，煤炭經(jīng)濟(jì)可采的埋深大部分為800m以淺，天然氣儲(chǔ)層一般埋深大于2000m。天然氣與石炭一二疊系深層煤炭為同一層位或相近層位，相互關(guān)系密切。延安組煤層與天然氣雖然在平面上存在資源疊置，但在層位空間上相距相對(duì)較大，鄂爾多斯地區(qū)露天開采煤礦對(duì)油氣開采無影響，井下煤礦開采采用采空區(qū)垮落法處理，采空垮落區(qū)域下沉范圍、下沉深度較大，影響鉆井的規(guī)劃部署和地面油氣設(shè)施建設(shè)，煤炭開采后形成的塌陷區(qū)無法實(shí)施物探和鉆井作業(yè)，導(dǎo)致煤炭下部油氣資源無法探明和開采。鄂爾多斯地區(qū)油氣田具有低壓低滲的特點(diǎn)，油氣井和管網(wǎng)布置密集，油氣鉆井井位和管線下無法布置煤炭回采工作面，影響煤礦的開拓方式、采區(qū)準(zhǔn)備、工作面布置等工作。

鄂爾多斯地區(qū)油氣與天然氣具備共采的條件，若在兩種資源開發(fā)之前，制定協(xié)調(diào)開發(fā)規(guī)劃，優(yōu)化平面布局，并按照規(guī)劃有序開發(fā)，可以實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)開發(fā)。要結(jié)合煤炭與天然氣的開采工藝，合理規(guī)劃煤炭與天然氣開采方案，參照中石化華北油氣分公司、神華集團(tuán)相關(guān)研究成果比較可行的方法是在煤、天然氣資源疊置區(qū)域內(nèi)留設(shè)“天然氣走廊”。如圖4所示，為煤炭開采與天然氣開采之間設(shè)置避讓距離。煤炭、天然氣兩種資源實(shí)現(xiàn)共采，煤炭在天然氣走廊間布置回采工作面，待天然氣開采結(jié)束后，天然氣走廊的煤炭資源可以部分回收，從而達(dá)到盡量多采出煤炭資源的目的[8-9]。

（4）煤炭與煤層氣綜合勘查開采條件。鄂爾多斯地區(qū)下侏羅統(tǒng)延安組煤層含氣性較差，很難具備開發(fā)利用潛力，可利用煤層氣主要賦存于石炭一二疊系的太原組、山西組，礦藏埋深在600m-2000m。煤層氣資源富集區(qū)位于盆地的東緣和西緣。煤炭和煤層氣為同一層位，煤炭如果優(yōu)先開采時(shí)，因?yàn)榘踩颍瑫?huì)采取有效通風(fēng)、預(yù)先抽放等措施，造成煤層氣資源的浪費(fèi)。煤層氣開發(fā)時(shí)，因井距小，井網(wǎng)密，導(dǎo)致煤礦布置回采工作面難度增加，影響了煤礦開拓方式、采區(qū)（盤區(qū)）準(zhǔn)備、工作面布置，制約煤礦開采。

煤與煤層氣協(xié)調(diào)開采主要影響因素是開發(fā)空間部署是否合理。依據(jù)“先采氣、再采煤”的原則，推廣一體化、合作化開發(fā)模式，建立協(xié)調(diào)開發(fā)機(jī)制，統(tǒng)籌煤層氣與煤炭資源勘查開采布局和開發(fā)時(shí)序，實(shí)現(xiàn)“以采煤保采氣，以采氣促采煤，采氣采煤協(xié)調(diào)發(fā)展”，實(shí)現(xiàn)煤與煤層氣的綜合勘查、綜合利用。

4.能源礦產(chǎn)分區(qū)勘查開發(fā)建議

針對(duì)鄂爾多斯盆地（內(nèi)蒙古境內(nèi)）上述五個(gè)能源礦產(chǎn)疊置區(qū)域的礦產(chǎn)資源組合類型和礦產(chǎn)資源富集程度，以資源最優(yōu)化開發(fā)為目標(biāo)，規(guī)范勘查開發(fā)秩序，統(tǒng)籌規(guī)劃突出優(yōu)勢(shì)能源礦產(chǎn)，兼顧其他能源礦產(chǎn)的協(xié)調(diào)開采，推動(dòng)盆地內(nèi)石油、天然氣、煤、鈾資源的安全、高效、綠色、經(jīng)濟(jì)的最優(yōu)化開發(fā)，提出各區(qū)塊綜合勘查開發(fā)建議，見表3。各區(qū)塊綜合勘查開發(fā)建議如下：

（1）1區(qū)以煤炭資源為優(yōu)勢(shì)礦種

①煤炭勘查要同時(shí)開展煤層氣勘查評(píng)價(jià)，提交煤炭和煤層氣綜合勘查報(bào)告。當(dāng)勘查區(qū)主要可采煤層含氣量達(dá)到規(guī)定指標(biāo)時(shí)，按照《煤層氣資源/儲(chǔ)量規(guī)范》估算煤層氣資源量。

②煤層氣礦業(yè)權(quán)人開展煤層氣勘查和開發(fā)工作，需同重疊煤炭礦業(yè)權(quán)人簽署相關(guān)協(xié)議。

③加強(qiáng)煤層氣和煤炭綜合開采利用，必要時(shí)煤層氣優(yōu)先部署開采，但需注意其他資源后續(xù)利用。

（2）11區(qū)以鈾礦、煤炭資源為優(yōu)勢(shì)礦種

①煤炭勘查要同時(shí)開展鈾礦勘查評(píng)價(jià)，提升區(qū)內(nèi)煤炭和鈾礦勘查程度，摸清資源分布規(guī)律，協(xié)調(diào)部署鈾一煤資源勘查和開發(fā)工作。

②應(yīng)按照先鈾后煤的開采時(shí)序進(jìn)行規(guī)劃，針對(duì)大型鈾礦床設(shè)置重點(diǎn)保護(hù)區(qū)，加快鈾礦資源的開采，切實(shí)做好鈾礦開發(fā)后續(xù)環(huán)境治理工作。

③天然氣勘查和開發(fā)要加強(qiáng)對(duì)鈾礦的資源評(píng)價(jià)，合理部署工程，采用水平井，大斜距井等工藝，避開鈾礦工作區(qū)。

④煤炭和鈾礦開發(fā)工作要進(jìn)行綜合開發(fā)概念設(shè)計(jì)，充分討論綜合效益最大化的方案，積極探索綜合開發(fā)的技術(shù)工藝。優(yōu)先開發(fā)某種資源，充分考慮后續(xù)資源的開發(fā)利用。

（3）111區(qū)以天然氣、煤炭為優(yōu)勢(shì)礦種

①天然氣勘查要開展對(duì)鈾礦和深部煤炭資源初步識(shí)別和評(píng)價(jià)工作。②煤炭勘查要同時(shí)開展鈾礦的勘查評(píng)價(jià)，提升區(qū)內(nèi)煤炭和鈾礦勘查程度。③煤炭一天然氣重疊區(qū)協(xié)調(diào)開采，應(yīng)進(jìn)行綜合開發(fā)概念設(shè)計(jì)，充分討論綜合效益最大化的方案，積極探索綜合開發(fā)的技術(shù)工藝。④煤炭或天然氣優(yōu)先開采的，提升其他能源礦產(chǎn)的勘查程度，充分考慮后續(xù)資源的開發(fā)利用，合理部署勘查開發(fā)工作。⑤油氣礦業(yè)權(quán)人應(yīng)加強(qiáng)對(duì)頁巖氣、煤層氣的資源評(píng)價(jià)和綜合勘查、開發(fā)利用。