寧夏煤層氣資源分布特征及勘探開發(fā)建議

喬煒　牛國斌　夏炎

摘 要：通過對寧夏含煤地區(qū)煤層氣地質(zhì)特征進行分析研究，重點從煤的生氣能力和煤層氣保存條件兩方面論述了寧夏全區(qū)煤層氣資源分布特征，并做了資源潛力評價，提出了勘探開發(fā)建議。采用體積法預測2000米以淺煤層氣資源總量為5580.89×108m3，其中寧夏東部占69.22%，北部賀蘭山含煤區(qū)占19.74%，西部香山和寧南地區(qū)分別占5.47%和5.57%。埋藏深度<1500m煤層氣資源量占75.43%，埋藏深度對勘探開發(fā)較為有利。侏羅紀煤層氣資源量占68.54%，但具備開發(fā)潛力的資源分布在石炭-二疊紀。分析評價認為韋州地區(qū)和賀蘭山含煤區(qū)石炭-二疊紀煤層氣具有一定的開發(fā)潛力。

關(guān)鍵詞：煤層氣；地質(zhì)特征；資源分布；勘探開發(fā)

1 煤層氣儲層特征分析

（1）土坡組（C2t）：主要分布于寧夏西部的衛(wèi)寧北山、香山、東部的橫城、韋州及賀蘭山北段等地。本組煤僅在西部香山堿溝山等少數(shù)礦區(qū)可采。單層最大厚度可達2.8m，屬不穩(wěn)定及較穩(wěn)定型煤層。土坡組煤種較單一，以無煙煤為主。

（2）太原組（C2t）：主要分布于賀蘭山北段、西部香山、東部橫城和韋州一帶，其中以賀蘭山北段最為發(fā)育，含煤8～15層，可采者2～9層，可采平均總厚3.67～18.15m。太原組煤種較齊全，貧煤、瘦煤、焦、肥煤、氣煤均有，有機質(zhì)含量為78.29～94.31%。煤類變化有一定方向性。

（3）山西組（P2s）：山西組分布區(qū)域與太原組基本一致，唯香山含煤區(qū)土坡煤礦以西被不含煤的大黃溝群代替。本組含煤3～8層，可采者1～5層，可采煤層平均總厚6.21～16.77m。山西組煤種與太原組煤種近似，以焦煤為主，次為貧煤和無煙煤，有機質(zhì)含量為74.47～95.00%。

（4）延安組（J2y）：主要分布于汝箕溝、碎石井、鴛鴦湖、馬家灘～萌城、石溝驛、窯山、下流水、炭山和王洼等礦區(qū)。延安組含煤性總的表現(xiàn)為煤層層數(shù)多，含煤7～37層，可采6～17層；總厚度大，可采厚度變化范圍6.17～40.52m。延安組煤變質(zhì)程度較低，以不粘煤為主，有機質(zhì)含量85.36～93.06%。大面積分布在寧東含煤區(qū)、寧南含煤區(qū)及香山含煤區(qū)。但賀蘭山含煤區(qū)的汝箕溝礦區(qū)煤變質(zhì)程度較高，為無煙煤。

2 煤層氣資源分布規(guī)律

在上述煤炭資源量和煤層氣含量確定的基礎(chǔ)上，對區(qū)內(nèi)的賀蘭山、香山、寧東和寧南4個含煤區(qū)埋深2000m以淺的區(qū)域，采用體積法對煤層氣資源量進行計算[3-5]，結(jié)果表明，全區(qū)煤層氣資源總量為5580.89×108m3 [2]。

2.1 不同含煤區(qū)煤層氣資源分布規(guī)律

從地域來看，賀蘭山、香山、寧東、寧南四個含煤區(qū)的煤層氣資源量分布是很不均衡的（圖1）。寧東煤層氣資源量最大，為3863.05×108m3，占總資源量的69.22%；其次是賀蘭山含煤區(qū)，為1101.80×108m3，占總資源量的19.74%；香山和寧南含煤區(qū)最小，分別只有305.05×108m3和310.99×108m3，僅占總量的5.47%和5.57%。

寧東含煤區(qū)雖然煤層氣含量較小，但由于煤層層數(shù)多、厚度大、煤炭資源量豐富，導致煤層氣資源總量較大；賀蘭山含煤區(qū)雖然煤層氣含量較高，但煤炭資源量相對較少，導致煤層氣資源量相對寧東含煤區(qū)較少。香山、寧南含煤區(qū)煤炭資源量少，絕大部分礦區(qū)煤層氣含量也較低，所以煤層氣資源量總體最小。

2.2 不同埋藏深度煤層氣資源分布規(guī)律

根據(jù)煤層埋藏深度和煤層氣勘探開發(fā)需要，將煤層氣賦存深度劃分為<1000m、1000～1500m和1500～2000m三個區(qū)間。各深度區(qū)間煤層氣資源量分布（圖2），所占比例分別為12.00%、63.43%、24.57%，即煤層氣資源量的75%分布在埋深小于1500m的范圍內(nèi)，對勘探開發(fā)是比較有利的。

2.3 不同成煤時代煤層氣資源分布規(guī)律

根據(jù)煤層的形成時代，本次參與煤層氣資源量計算的共有2個成煤時代的煤層，即石炭～二疊紀、中侏羅世。統(tǒng)計結(jié)果表明（圖3），中侏羅世資源量最大，為3824.95×108m3，占總資源量的68.54%；石炭～二疊紀較小，為1755.94×108m3，占總資源量的31.46%。

3 煤層氣資源開發(fā)潛力分析

3.1 石炭?二疊系煤層氣

（1）賀蘭山含煤區(qū)的石炭井、石嘴山、呼魯斯太等礦區(qū)發(fā)育的煤層多、厚度大、變質(zhì)程度高，為煤層氣的生成和儲集提供了基礎(chǔ)；各煤層組及煤層之間的巖層多為泥巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖，對煤層氣的封蓋性能良好，有利于煤層氣的保存。本地區(qū)煤層分布比較穩(wěn)定，含氣量較高，煤層氣含量普遍較高，最大達19.79m3/t，且地質(zhì)構(gòu)造簡單?中等，地層產(chǎn)狀較平緩，煤層氣開發(fā)條件優(yōu)越，具有一定的開發(fā)前景。

（2）韋州礦區(qū)煤種的變化較復雜，由氣煤過渡到瘦、貧煤以致無煙煤，具帶狀分布規(guī)律。從地勘時期的瓦斯含量測試資料來看，煤層氣含量較大，最大達51m3/t，資源條件較好。但該區(qū)為一軸向北北西向斜，淺部發(fā)育有NNW方向逆斷層和NE方多組斜交斷裂，斷裂構(gòu)造較發(fā)育。因此，向斜深部具備一定的開發(fā)潛力。

（3）橫城、紅墩子礦區(qū)煤層的上、下巖層大部分巖性偏粗，蓋層封閉性能較差，加之斷層引發(fā)一些斷裂、節(jié)理和裂隙等，為煤層氣逸散提供了天然通道，致使區(qū)內(nèi)煤雖為中等變質(zhì)程度的煙煤，但瓦斯含量總體較低，普遍小于5m3/t，煤層氣資源條件不理想。

3.2 侏羅系煤層氣

寧夏境內(nèi)侏羅系的主要含煤地層為中統(tǒng)的延安組，在四個含煤區(qū)均有分布，但主要分布于寧東含煤區(qū)和寧南含煤區(qū)。總體變質(zhì)程度低，生氣能力差，煤層氣含量小，普遍小于3m3/t，基本不具備開發(fā)利用的潛力。

由于燕山期巖漿的侵入造成的，巖漿的侵入造成了區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用使得煤級在深成變質(zhì)的基礎(chǔ)上進一步升高[6]，導致汝箕溝礦區(qū)侏羅系煤層具有高變質(zhì)特征，出現(xiàn)無煙煤，鏡質(zhì)體反射率高達4%，瓦斯含量高，出現(xiàn)16.6萬m3/次的瓦斯突出現(xiàn)象。區(qū)內(nèi)斷層稀少，資源條件較好，但該區(qū)煤炭開采時間已久，采空區(qū)大面積分布，不適合進行地面開發(fā)。

4 結(jié)論與建議

（1）寧夏煤層氣資源具備一定的開發(fā)潛力，寧東與賀蘭山含煤區(qū)是資源賦存的重點區(qū)域；75%的資源量分布在埋深1500m以淺；開發(fā)層位主要為1000-1500m的石炭-二疊紀煤層。

（2）韋州礦區(qū)煤層氣含量較大，資源條件較好，建議在構(gòu)造和水文地質(zhì)條件相對簡單的區(qū)域部署小井組和先導性開發(fā)試驗，準確獲取區(qū)內(nèi)煤層氣生產(chǎn)所需的各類參數(shù)。在煤種變化較復雜、斷裂構(gòu)造發(fā)育區(qū)，宜進行與礦井瓦斯抽采相結(jié)合的井下煤層氣開發(fā)方式。

（3）賀蘭山含煤區(qū)煤變質(zhì)程度較高，煤對甲烷的吸附能力強，煤層氣含量較大，成藏條件好，具有一定的開發(fā)前景，可率先在石嘴山礦區(qū)選擇構(gòu)造和水文地質(zhì)條件簡單的區(qū)域布設(shè)煤層氣生產(chǎn)試驗井，以地面水平井為主。在本區(qū)其他礦區(qū)可實施少數(shù)參數(shù)井，準確獲取煤層含氣量、等溫吸附曲線、煤層滲透率、儲層壓力、地應力、煤儲層溫度、含氣飽和度等儲層參數(shù)。

（4）侏羅系煤層1500m以深區(qū)域可投入一定的勘查工作，以獲取相關(guān)參數(shù)，進一步尋找潛力層位。

參考文獻

[1] 孫軍強，陸學文等.寧夏回族自治區(qū)煤炭資源潛力評價報告[R].寧夏煤田地質(zhì)局.2010-07.

[2] 喬煒等.寧夏煤層氣資源潛力評價及開發(fā)利用研究[R] 寧夏煤田地質(zhì)局.2009-05，18-49.

[3] 宋巖等.煤層氣成藏機制及經(jīng)濟開采機理[M]. 北京：科學出版社.2005，224-225.

[4] 張新民等.煤層氣資源量計算中幾個問題的探討[J].中國煤層氣.1996-02，98-101.

[5] 李建武，鄭玉柱等.煤層氣資源量計算方法評述[M].北京：科學出版社.2005，204-214.

[6] 張學文等.寧夏汝箕溝煤層氣地質(zhì)學特征[J].煤田地質(zhì)與勘探.2005-06，15（3）.