準(zhǔn)噶爾盆地東部侏羅系煤層氣成藏主控因素分析

準(zhǔn)噶爾盆地東部侏羅系煤層氣成藏主控因素分析

準(zhǔn)東海拔地區(qū)北臨卡拉瑪麗山，南臨博格達(dá)山，包括石樹溝凹陷、石錢灘凹陷、梧桐窩子塌陷、沙岐酋長坍塌等（圖1）。該區(qū)域的侏羅系巖石發(fā)育著許多煤礦。自2006年以來,該區(qū)鉆探煤層氣探井2口,位于博格達(dá)山前的大黃山區(qū)塊阜煤1井八道灣組獲得了較高煤層氣產(chǎn)量,最高日產(chǎn)量1000m3.1宏觀煤巖類型(1)煤層分布研究區(qū)侏羅系西山窯組和八道灣組為主要含煤層,煤層主要分布在沙帳、大井、梧桐窩子、吉木薩爾及博格達(dá)山前地區(qū)。沙帳、大井地區(qū)煤層宏觀分布特征比較類似,以一個主力煤層為主,一般厚10~15m,橫向分布穩(wěn)定,埋藏較淺。梧桐窩子凹陷發(fā)育多套煤巖,單層厚度較大者為2~4m,累計厚度大于30m(圖2)。八道灣組煤層在吉木薩爾凹陷、博格達(dá)山前最為發(fā)育,在吉木薩爾凹陷煤層厚度大,分布穩(wěn)定,一般厚5~15m,以1~2層為主,有時發(fā)育薄的次煤層,埋深在900m以上;在博格達(dá)山前埋藏深度在1000m以內(nèi)的煤層面積約有170km2.烏魯木齊河—白楊河—大黃山一帶煤層層數(shù)多達(dá)50余層,單層最大厚度40m左右,累計厚度達(dá)160m,分布穩(wěn)定。其他地區(qū)煤層厚度較薄,橫向變化快。(2)煤巖性質(zhì)西山窯組宏觀煤巖類型以暗煤和半暗型為主,其次為半亮煤。宏觀煤巖組分以亮煤和絲炭為主,夾較多的暗煤條帶和少量鏡煤煤線。煤層灰分為3%~27%,平均12%,低灰煤最為常見。八道灣組宏觀煤巖類型以半亮型和光亮型為主,夾較多的鏡煤條帶,少量暗煤和絲炭煤線。煤層灰分為3%~34%,平均15%,中灰煤最為常見。西山窯組煤巖屬于中高揮發(fā)分、低中灰分、中水分煤質(zhì)。煤巖顯微組分以鏡質(zhì)組為主,惰質(zhì)組次之,殼質(zhì)組常見。鏡質(zhì)組含量一般為50%~60%,惰質(zhì)組含量一般為15%~25%,殼質(zhì)組含量一般為6%~10%.帳篷溝煤礦惰質(zhì)組分含量明顯高,殼質(zhì)組含量低。大黃山煤礦八道灣組鏡質(zhì)組含量高,殼質(zhì)組含量很低。整體上,八道灣組煤質(zhì)比西山窯組好些。研究區(qū)煤巖變質(zhì)程度偏低,大井地區(qū)煤巖演化程度最低,以褐煤為主,沙帳地區(qū)主要為氣煤和長煙煤,博格達(dá)山前八道灣組多為氣煤和肥煤;八道灣組煤巖變質(zhì)程度略高于西山窯組。煤巖變質(zhì)程度與現(xiàn)今埋深關(guān)系不大,表明煤巖熱演化程度受古埋深、古地溫影響大,晚侏羅世后煤系地層被大幅抬升,停止了熱演化進(jìn)程。2各區(qū)含氣飽和度分析準(zhǔn)東地區(qū)侏羅系煤層含氣量不高,且差異較大。大黃山地區(qū)的阜煤1井八道灣組含氣量為10.9m3/t,含氣飽和度為70.5%;該區(qū)阜參1井含氣量為14.28m3/t,含氣飽和度為60.3%(表1),是目前盆地內(nèi)含氣量最高的一口井。沙帳地區(qū)的沙煤1井西山窯組煤層含氣量小于0.2m3/t,含氣飽和度僅10%左右。大井地區(qū)的帳篷溝煤礦和梧桐窩子凹陷的北山煤礦西山窯組煤巖含氣量為0.01~0.27m3/t.在沒有含氣量實(shí)測資料區(qū)域的個別探井氣測錄井資料表明,梧桐窩子凹陷西山窯組、吉木薩爾凹陷八道灣組含氣性較好,但煤層深度均大于1000m.總體而言,大黃山地區(qū)八道灣組煤巖含氣量最高,其次為吉木薩爾凹陷;西山窯組只有在梧桐窩子凹陷深度較大的區(qū)域含氣性較好,其他地區(qū)都較差。3煤巖含氣性及其分布(1)煤階與煤質(zhì)大黃山和沙帳地區(qū)煤巖煤階最高,以氣煤和肥煤為主,但二者含氣量卻有很大的差異。大井地區(qū)和北山煤礦煤巖煤階最低,瓦斯含量也最低。阜煤1井煤層氣測異常值最高,沙帳、大井地區(qū)探井煤層未見氣測異常?？梢悦鞔_,含氣量高的煤巖一定為較高煤階。八道灣組煤質(zhì)比西山窯組好,其含氣量也相應(yīng)較高。博格達(dá)山前八道灣組煤巖含氣量普遍比其他地區(qū)西山窯組高(表1),其煤巖以亮煤為主,呈塊狀。除博格達(dá)山前外,準(zhǔn)東地區(qū)含氣量低、含氣飽和度低的外因是沒有外源氣補(bǔ)充。對低煤階煤層而言,熱成因氣、生物氣等外源氣補(bǔ)充是使其含氣量得以提高的重要途徑。阜康凹陷向東部隆起一帶天然氣沒有較暢通通道運(yùn)移聚集,不存在來自其他生氣凹陷的熱成因氣。大部分地區(qū)煤層生物氣的形成條件不好,煤礦瓦斯含量和組成說明了這點(diǎn)。山前一帶煤巖含氣量較高,明顯有生物氣的補(bǔ)充,大部分煤層氣甲烷碳同位素小于-55‰.阜煤1井煤層產(chǎn)出的天然氣甲烷占97.6%,其碳同位素為-55.96‰,乙烷碳同位素為-27.60‰,說明有生物氣成分。(2)深度準(zhǔn)東北部的帳篷溝礦煤層瓦斯現(xiàn)場解吸資料顯示,在243m向下深度的樣品才出現(xiàn)微量的甲烷,埋深560m以下的樣品甲烷含量較高,所占比例接近50%,顯示出甲烷含量向深部增加較快的特點(diǎn)。北山煤礦樣品深度小于220m,其瓦斯含量低于0.17m3/t,大部分樣品氮?dú)夂投趸己空?0%以上,甲烷含量最高也只有16%.沙煤1井785m煤巖含氣量仍小于0.20m3/t.而山前的阜煤1井704~710m處煤巖含氣量大于10m3/t,氣測資料顯示,該井在400m以下煤巖含氣量明顯增加。煤礦瓦斯氣數(shù)據(jù)顯示,煤巖埋深100~300m時含氣量一般為20~40m3/t.盆地探井氣測錄井資料表明(圖3),煤層含氣量隨深度增加而增高,這與實(shí)測數(shù)據(jù)反映的規(guī)律一致。除準(zhǔn)南山前以外的大部分地區(qū)埋深小于800m煤層氣測顯示都很弱,該深度以下煤層氣測顯示開始變強(qiáng)?？梢?甲烷風(fēng)化帶的深度較強(qiáng)地控制著煤巖含氣性。根據(jù)已有資料推測,準(zhǔn)東地區(qū)甲烷風(fēng)化帶深度大概為800~900m,博格達(dá)山前約為400m.準(zhǔn)噶爾盆地甲烷風(fēng)化帶深度大主要與第四紀(jì)以來的干旱氣候有關(guān),降水量越少,甲烷風(fēng)化帶深度就越大。大井礦區(qū)西山窯組地層涌水量0.0059~0.0131L/(s·m),滲透系數(shù)0.0048~0.0265m/d,富水性、滲透性均較差。水型屬于Na2SO4、NaHCO3型,總礦化度為1274~15452mg/L,為弱含水層。南緣山前一帶降水量較豐沛,因此,甲烷風(fēng)化帶的深度也小得多。沙帳、大井等地區(qū)煤層埋深大部分都小于800m,又處在甲烷風(fēng)化帶內(nèi),所以含氣量低。吉木薩爾凹陷、梧桐窩子凹陷煤層埋深基本大于800m,含氣量會提高很多。只有博格達(dá)山前煤層埋藏較淺,又處于甲烷風(fēng)化帶之下,因此,含氣量也高。(3)保存條件保存條件是指構(gòu)造破壞作用和煤巖頂?shù)装鍘r性及其橫向分布。沙帳—大井地區(qū)中侏羅統(tǒng)頭屯河組沉積后,燕山運(yùn)動Ⅱ幕使該區(qū)強(qiáng)烈抬升,侏羅系石樹溝群、西山窯組遭受剝蝕。白堊系與侏羅系為區(qū)域性不整合接觸關(guān)系,之間為很長的沉積間斷期。西山窯組及以上地層剝蝕厚度有600m左右,風(fēng)化破壞時間長,煤層之上又沒有穩(wěn)定的區(qū)域性泥巖蓋層,保存條件不好,致使含氣量最低。準(zhǔn)噶爾盆地侏羅系為河湖沼澤成煤相沉積,含煤段巖性變化大,單煤層頂?shù)装鍘r性復(fù)雜。頂?shù)装宥紴槟鄮r時,煤巖含氣量就會上升。氣測資料很好地反映了這一現(xiàn)象,如沙丘8井八道灣組煤層頂?shù)装寰陨皫r為主,氣測沒有異常值出現(xiàn),而桐2井煤層頂?shù)装寰鶠槟鄮r,氣測異常就非常明顯。4地層地質(zhì)條件由以上分析可知,本區(qū)煤層氣富集規(guī)律為:(1)甲烷風(fēng)化帶深度嚴(yán)格地控制著含氣量,含氣量隨著深度的增加而增大;(2)煤階高、煤質(zhì)好的八道灣組煤巖含氣量明顯比西山窯組高;(3)保存條件與含氣量成正比。博格達(dá)山前八道灣組煤層埋深從不足100m到超過2000m,煤層含氣量高,煤層埋深1000m以淺煤田瓦斯實(shí)測含氣量最高,達(dá)9m3/t,深部預(yù)測含氣量可達(dá)14m3/t,推算1000m埋深含氣飽和度為80%左右。在煤層埋深2000m以淺地區(qū),煤層氣總資源量為1738.29×108m3.該區(qū)煤層氣具有含氣飽和度高、高資源豐度和資源量大特點(diǎn),具有良好的勘探開發(fā)前景。不利因素為山前地表和地下構(gòu)造復(fù)雜,地層傾角大、煤層埋深橫向變化大。地震資料反射品質(zhì)差,難以確定清煤層宏觀展布及其構(gòu)造情況。吉木薩爾凹陷八道灣組煤層埋深較大,位于甲烷風(fēng)化帶之下。吉18井氣測異常明顯,顯示八道灣組含氣量較高。煤層頂?shù)装鍑鷰r巖性以泥巖為主,且厚度較大。水文地質(zhì)條件相對較好,地層水礦化度正常,水型為NaHCO3、CaCL2型,處于承壓水環(huán)境,有利于煤層氣保存。凹陷深處侏羅系、二疊系的熱成因氣可沿著斜坡運(yùn)移到高部位成藏,因此,斜坡區(qū)煤層氣勘探潛力較大。梧桐窩子凹陷西山窯組煤層埋深在800~1200m的分布面積為365km2.桐2井煤層氣測顯示異常高,最大為100000mg/kg,烴類組分齊全,最高出至C4.凹陷區(qū)侏羅系構(gòu)造簡單