新疆準南煤田烏魯木齊河東礦區煤炭及煤層氣資源特征

黃 濤 王 剛 楊曙光 來 鵬

(1.新疆煤田地質局一六一煤田地質勘探隊，新疆 830009；2.新疆煤田地質局煤層氣研究開發中心，新疆 830091)

1 礦區地質概況

烏魯木齊河東礦區位于烏魯木齊市米東區，東西長約42km，南北平均寬約6km，面積約243.5km2。構造區位位于北天山褶皺帶北緣，準噶爾坳陷區南部之次一級坳陷烏魯木齊山前坳陷的七道灣背斜和八道灣向斜中，區內褶皺、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，總體構造線方向為北東東向，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南煤田的最主要組成部分，其含煤層段主要為侏羅系下統八道灣組(J1b)和中統西山窯組(J2x)。在河東礦區，其主體構造為八道灣向斜，由于埋深、沉積環境等因素，八道灣組煤層埋深較大、厚度相對較小，因此西山窯組煤層成為本區的主要含煤層段。

圖1 烏魯木齊河東礦區構造綱要圖

2 煤田地質特征

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中-西部，地層總厚812.78～917.33m，平均厚度856.10m，歸納為27～28個層(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個煤層(組)，可采總厚度平均22.47m，主要可采煤礦為15號煤層。煤層沿走向由西向東，層數增多，厚度增大。

煤層埋深情況在八道灣向斜部位自兩翼向核部煤層埋深增加，在北單斜從南向北煤層埋深加大，總體上煤層埋深是自東向西逐漸增加。

2.2 煤巖特征

通過煤芯觀察，河東礦區的煤層均為黑色，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，宏觀煤巖類型以光亮-半亮煤為主，但西山窯組下部煤層絲炭含量相對較高，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質為主，約占81.04%～94.30%，無機質約占5.70%～18.96%，顯微組分以鏡質組為主，含量約為56.6%～88.69%，但八道灣組煤層的鏡質組含量要略高于西山窯組煤層。

2.3 煤質特征

以河東礦區的主要可采煤層為例，進行煤質特征的分析(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、高發熱量-特高發熱量、低硫、特低磷煤。八道灣組15號煤層屬于低水分、中灰、特高發熱量、低硫、特低磷煤。

表1 河東礦區主要可采煤層煤質分析數據表

2.4 煤變質程度

通過實驗測試分析，河東礦區煤層的鏡質組最大反射率范圍為0.50%～0.74%，煤變質作用階段為Ⅰ～Ⅱ，屬中低變質階段。揮發分隨煤層埋深的增加呈減少趨勢，鏡質組反射率隨煤層埋深的增加呈增大趨勢，表明煤層變質作用類型主要以深成變質為主。根據煤質化驗指標，煤類以長焰煤、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

根據現場實驗測試成果，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。研究發現，煤層含氣量與深度之間具有較好的相關性(圖2)，由此可建立煤層含氣性的預測模型，便于全區煤層氣資源量的估算。

圖2 河東礦區煤層含氣量與埋深關系圖

3.2 氣藏保存特征

煤層氣藏的保存條件主要包括三方面：構造條件、頂底板特性及水文地質特征。總體來看，河東礦區的煤層氣藏保存條件較好。

構造條件方面，本區的構造條件較為復雜，以八道灣向斜、七道灣背斜為主，不同規模的逆斷層發育，同時從地表煤巖露頭觀察發現，裂隙內硫酸鹽礦物充填較好，反映該區可能在構造活動過程中，經歷過較長時期的熱液活動，斷層封堵性較好，對氣藏保存有利，因此煤層含氣量較高。

頂底板特性方面，本區侏羅系煤系地層的沉積環境為相對穩定的還原性環境，煤層頂底板巖性多為碳質泥巖、泥質粉砂巖等，且沉積厚度較大。細粒碎屑巖的物理封閉作用、碳質泥巖因生烴作用產生的壓力封閉及濃度封閉作用，均能夠為本區的煤層氣藏提供良好的封閉性。

水文地質特征方面，河東礦區的地勢南高北低、東高西低，在大陸性干旱-半干旱氣候的背景下，博格達水系的數條河流成為該區最重要的補給水源，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

根據前期煤炭勘查及煤層氣預探工作成果，統計河東礦區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。

烏魯木齊河東礦區具有豐富的煤層氣資源基礎，在該區開展煤層氣開發工作，將為烏魯木齊市提供一定的清潔天然氣源保障，將資源優勢轉化為經濟效益，同時助力老煤礦區的綠色轉型發展。此外，烏魯木齊河東礦區作為最具新疆低煤階煤層氣代表性的區塊，其開發活動將對我國低煤階煤層氣的開發起到示范作用，也將推動“十三五”時期新疆準噶爾盆地南緣煤層氣產業化基地建設。

表2 河東礦區煤炭及煤層氣資源情況統計表

4 結論

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

(2)河東礦區煤層總體屬于低水分、低灰-中灰、高發熱量-特高發熱量、低硫、特低磷煤，是良好的動力用煤。

(3)河東礦區的煤層氣藏保存條件較好，煤層氣資源量達到530.96億m3，其開發活動不僅能夠為烏魯木齊市提供用氣保障，同時將為我國低煤階煤層氣開發起到示范作用。