新疆準(zhǔn)南煤田烏魯木齊河?xùn)|礦區(qū)煤炭及煤層氣資源特征

黃 濤 王 剛 楊曙光 來(lái) 鵬

(1.新疆煤田地質(zhì)局一六一煤田地質(zhì)勘探隊(duì)，新疆 830009；2.新疆煤田地質(zhì)局煤層氣研究開(kāi)發(fā)中心，新疆 830091)

1 礦區(qū)地質(zhì)概況

烏魯木齊河?xùn)|礦區(qū)位于烏魯木齊市米東區(qū)，東西長(zhǎng)約42km，南北平均寬約6km，面積約243.5km2。構(gòu)造區(qū)位位于北天山褶皺帶北緣，準(zhǔn)噶爾坳陷區(qū)南部之次一級(jí)坳陷烏魯木齊山前坳陷的七道灣背斜和八道灣向斜中，區(qū)內(nèi)褶皺、斷層主要包括七道灣背斜、八道灣向斜、堿泉溝—魏家泉逆斷層、碗窯溝逆沖斷層等，總體構(gòu)造線方向?yàn)楸睎|東向，與北天山褶皺帶展布方向基本一致(圖1)。

中生界侏羅系煤系地層是準(zhǔn)南煤田的最主要組成部分，其含煤層段主要為侏羅系下統(tǒng)八道灣組(J1b)和中統(tǒng)西山窯組(J2x)。在河?xùn)|礦區(qū)，其主體構(gòu)造為八道灣向斜，由于埋深、沉積環(huán)境等因素，八道灣組煤層埋深較大、厚度相對(duì)較小，因此西山窯組煤層成為本區(qū)的主要含煤層段。

圖1 烏魯木齊河?xùn)|礦區(qū)構(gòu)造綱要圖

2 煤田地質(zhì)特征

2.1 煤層及空間展布特征

西山窯組含煤地層主要分布在礦區(qū)中-西部，地層總厚812.78～917.33m，平均厚度856.10m，歸納為27～28個(gè)層(組)，煤層(組)總厚度334.87～414.01m，平均厚度362.51m，可采煤層18～20個(gè)層(組)，可采總厚度102.26～127.80m，平均厚度117.11m，主要可采煤礦包括20～22、41、42～43、45號(hào)煤層。各煤層沿走向均具有由西向東全層厚度加大、有益厚度及可采厚度減小的特征，煤層埋深逐漸變淺。

八道灣組含煤地層主要分布在礦區(qū)東部，地層總厚平均1016m，含煤38層，煤層較薄，煤層(組)總厚度平均32.66m，可采煤層5～8個(gè)煤層(組)，可采總厚度平均22.47m，主要可采煤礦為15號(hào)煤層。煤層沿走向由西向東，層數(shù)增多，厚度增大。

煤層埋深情況在八道灣向斜部位自?xún)梢硐蚝瞬棵簩勇裆钤黾樱诒眴涡睆哪舷虮泵簩勇裆罴哟?，總體上煤層埋深是自東向西逐漸增加。

2.2 煤巖特征

通過(guò)煤芯觀察，河?xùn)|礦區(qū)的煤層均為黑色，條痕棕黑色及褐黑色，斷口以參差狀、貝殼狀為主，瀝青光澤或弱玻璃光澤，裂隙較發(fā)育。

(1)宏觀煤巖特征

煤層的宏觀煤巖組分均以亮煤為主，鏡煤、絲炭、暗煤次之，宏觀煤巖類(lèi)型以光亮-半亮煤為主，但西山窯組下部煤層絲炭含量相對(duì)較高，以半亮煤和半暗煤為主。

(2)顯微煤巖特征

煤層顯微煤巖組分均以有機(jī)質(zhì)為主，約占81.04%～94.30%，無(wú)機(jī)質(zhì)約占5.70%～18.96%，顯微組分以鏡質(zhì)組為主，含量約為56.6%～88.69%，但八道灣組煤層的鏡質(zhì)組含量要略高于西山窯組煤層。

2.3 煤質(zhì)特征

以河?xùn)|礦區(qū)的主要可采煤層為例，進(jìn)行煤質(zhì)特征的分析(表1)。由表分析可知，西山窯組煤層原煤水分(Mad)介于2.63%～3.95%，平均為3.25%；灰分(Ad)介于11.65%～18.20%，平均為15.23%；發(fā)熱量(Qb.d)介于25.99～29.33MJ/kg，平均為27.21MJ/kg；(Qb.daf)介于31.65～33.12MJ/kg，平均為32.51MJ/kg；全硫(St.d)介于0.57%～2.31%，平均為1.17%；磷(Pd)含量在0.0147%～0.0435%，平均為0.0347%；總體屬于低水分、低灰-中灰、高發(fā)熱量-特高發(fā)熱量、低硫、特低磷煤。八道灣組15號(hào)煤層屬于低水分、中灰、特高發(fā)熱量、低硫、特低磷煤。

表1 河?xùn)|礦區(qū)主要可采煤層煤質(zhì)分析數(shù)據(jù)表

2.4 煤變質(zhì)程度

通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)試分析，河?xùn)|礦區(qū)煤層的鏡質(zhì)組最大反射率范圍為0.50%～0.74%，煤變質(zhì)作用階段為Ⅰ～Ⅱ，屬中低變質(zhì)階段。揮發(fā)分隨煤層埋深的增加呈減少趨勢(shì)，鏡質(zhì)組反射率隨煤層埋深的增加呈增大趨勢(shì)，表明煤層變質(zhì)作用類(lèi)型主要以深成變質(zhì)為主。根據(jù)煤質(zhì)化驗(yàn)指標(biāo)，煤類(lèi)以長(zhǎng)焰煤、弱粘煤為主，其次為氣煤和不粘煤。

3 煤層氣資源特征

3.1 含氣性特征

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試成果，西山窯組煤層在深度403.10～1204.09m范圍的含氣量為0.76～15.44m3/t，八道灣組煤層含氣量普遍較低，在深度510～701m處的煤層含氣量為0.09～2.68m3/t。研究發(fā)現(xiàn)，煤層含氣量與深度之間具有較好的相關(guān)性(圖2)，由此可建立煤層含氣性的預(yù)測(cè)模型，便于全區(qū)煤層氣資源量的估算。

圖2 河?xùn)|礦區(qū)煤層含氣量與埋深關(guān)系圖

3.2 氣藏保存特征

煤層氣藏的保存條件主要包括三方面：構(gòu)造條件、頂?shù)装逄匦约八牡刭|(zhì)特征?？傮w來(lái)看，河?xùn)|礦區(qū)的煤層氣藏保存條件較好。

構(gòu)造條件方面，本區(qū)的構(gòu)造條件較為復(fù)雜，以八道灣向斜、七道灣背斜為主，不同規(guī)模的逆斷層發(fā)育，同時(shí)從地表煤巖露頭觀察發(fā)現(xiàn)，裂隙內(nèi)硫酸鹽礦物充填較好，反映該區(qū)可能在構(gòu)造活動(dòng)過(guò)程中，經(jīng)歷過(guò)較長(zhǎng)時(shí)期的熱液活動(dòng)，斷層封堵性較好，對(duì)氣藏保存有利，因此煤層含氣量較高。

頂?shù)装逄匦苑矫?，本區(qū)侏羅系煤系地層的沉積環(huán)境為相對(duì)穩(wěn)定的還原性環(huán)境，煤層頂?shù)装鍘r性多為碳質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖等，且沉積厚度較大。細(xì)粒碎屑巖的物理封閉作用、碳質(zhì)泥巖因生烴作用產(chǎn)生的壓力封閉及濃度封閉作用，均能夠?yàn)楸緟^(qū)的煤層氣藏提供良好的封閉性。

水文地質(zhì)特征方面，河?xùn)|礦區(qū)的地勢(shì)南高北低、東高西低，在大陸性干旱-半干旱氣候的背景下，博格達(dá)水系的數(shù)條河流成為該區(qū)最重要的補(bǔ)給水源，河流切割山脈橫穿煤系地層，大致垂直山脈與地層走向呈近南北向發(fā)育。在淺部形成弱徑流帶，向斜軸部形成滯留帶。

3.3 煤炭及煤層氣資源情況

根據(jù)前期煤炭勘查及煤層氣預(yù)探工作成果，統(tǒng)計(jì)河?xùn)|礦區(qū)1500m以淺的煤炭及煤層氣資源量(表2)，獲得煤炭資源量119.89億t，煤層氣資源量530.96億m3。

烏魯木齊河?xùn)|礦區(qū)具有豐富的煤層氣資源基礎(chǔ)，在該區(qū)開(kāi)展煤層氣開(kāi)發(fā)工作，將為烏魯木齊市提供一定的清潔天然氣源保障，將資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)效益，同時(shí)助力老煤礦區(qū)的綠色轉(zhuǎn)型發(fā)展。此外，烏魯木齊河?xùn)|礦區(qū)作為最具新疆低煤階煤層氣代表性的區(qū)塊，其開(kāi)發(fā)活動(dòng)將對(duì)我國(guó)低煤階煤層氣的開(kāi)發(fā)起到示范作用，也將推動(dòng)“十三五”時(shí)期新疆準(zhǔn)噶爾盆地南緣煤層氣產(chǎn)業(yè)化基地建設(shè)。

表2 河?xùn)|礦區(qū)煤炭及煤層氣資源情況統(tǒng)計(jì)表

4 結(jié)論

(1)烏魯木齊河?xùn)|礦區(qū)煤系地層以侏羅系中統(tǒng)西山窯組為主，其煤層(組)總厚度可達(dá)334.87～414.01m，含有42～43、43等巨厚煤層，變質(zhì)階段Ⅰ～Ⅱ階，屬于典型的低煤階煤層。

(2)河?xùn)|礦區(qū)煤層總體屬于低水分、低灰-中灰、高發(fā)熱量-特高發(fā)熱量、低硫、特低磷煤，是良好的動(dòng)力用煤。

(3)河?xùn)|礦區(qū)的煤層氣藏保存條件較好，煤層氣資源量達(dá)到530.96億m3，其開(kāi)發(fā)活動(dòng)不僅能夠?yàn)闉豸斈君R市提供用氣保障，同時(shí)將為我國(guó)低煤階煤層氣開(kāi)發(fā)起到示范作用。