準(zhǔn)噶爾盆地南緣呼圖壁南區(qū)塊煤層氣賦存條件分析

黃 濤 王 剛 楊曙光 董林根

(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)局煤層氣研究開發(fā)中心，新疆 830091)

近年來，隨著沁水、鄂東等煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展，新疆煤層氣產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程逐步加快，煤層氣勘查在全疆各主要煤礦區(qū)尤其是高瓦斯區(qū)域全面展開，但整體勘查程度仍然很低。呼圖壁南區(qū)塊作為煤層氣勘查空白區(qū)，東鄰硫磺溝區(qū)塊，西接呼圖壁礦區(qū)，尤其硫磺溝礦區(qū)的煤層瓦斯含量高、煤層氣勘查潛力大，毗鄰的呼圖壁南區(qū)塊也應(yīng)具有煤層氣賦存條件，本文將對(duì)構(gòu)造、沉積、水文地質(zhì)等地質(zhì)特征與煤層氣賦存潛力進(jìn)行簡(jiǎn)析。

圖1 呼圖壁南區(qū)塊構(gòu)造綱要圖

1 構(gòu)造地質(zhì)概況

研究區(qū)位于天山北側(cè)、準(zhǔn)噶爾盆地南緣。受逆沖推覆帶的擠壓型區(qū)域構(gòu)造影響，研究區(qū)總體呈北偏東傾向的單斜構(gòu)造，地層傾角在8°～45°。受構(gòu)造擠壓影響，淺部地層傾角較陡，向深部逐漸變緩，此外走向方向上，自西向東地層傾角逐漸由緩變陡。

構(gòu)造斷裂較簡(jiǎn)單，研究區(qū)內(nèi)有2條斷層構(gòu)造，并在單斜背景下發(fā)育微向斜W1和微背斜M1，具有一定褶皺特征(圖1)。

2 沉積與煤田地質(zhì)特征

2.1 沉積環(huán)境與地層

研究區(qū)出露的地層主要有下侏羅統(tǒng)三工河組、中侏羅統(tǒng)西山窯組、頭屯河組、上侏羅系統(tǒng)齊古組和少量的第四系，中侏羅統(tǒng)西山窯組是本區(qū)的含煤地層。

西山窯組地層呈北西-南東向展布，為一套湖濱三角洲沉積環(huán)境中形成的泥炭沼澤相、河流相、覆水沼澤相的含煤碎屑沉積，主要巖性為灰白色、灰黃色薄層礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖互層夾煤層、煤線、泥巖及炭質(zhì)泥巖薄層。

根據(jù)地層的巖性、巖相特征及含煤性差異，本組自下而上分為下段(主含煤段)、上段(砂礫巖段)，具體特征如下：

(1)西山窯組下段

屬湖沼相、泥炭沼澤相沉積，以細(xì)顆粒為主，巖性主要為灰色、灰黑色粉砂巖、泥巖及灰白色厚層-中厚層中粗砂巖、炭質(zhì)泥巖及煤層。含煤13層，煤層總厚度5.72～81.11m，平均總厚度35.75m。底部為灰白色粗砂巖，層位穩(wěn)定，可作為與下伏地層分界標(biāo)志。地層厚度199.25～328.43m，平均總厚度249.72m。

(2)西山窯組上段

以河流相沉積為主，以粗顆粒為主，巖性主要為灰色中砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖夾粉砂巖。下部為淺灰色厚層-巨厚層含礫中粗砂巖，底部為淺灰色厚層-中厚層含礫粗砂巖，為上、下段分界標(biāo)志。地層厚度95.33～198.23m，平均總厚度159.99m。

2.2 煤層及空間展布特征

呼圖壁南區(qū)中侏羅統(tǒng)西山窯組為本區(qū)主要含煤段，地層顏色以灰黑、灰色為主，巖性以煤、炭質(zhì)泥巖、細(xì)粉砂巖為主，夾中厚-厚層粗砂巖，含薄層褐鐵條帶。地層總厚276.13～654.89m，平均厚度594.94m，含煤13層，煤層累計(jì)厚度可達(dá)81.11m，自下而上編號(hào)為：B1、B2、B3-1、B3-2、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10、B11、B12。煤層平均總厚度35.75m，中侏羅統(tǒng)西山窯組下段的含煤系數(shù)為6%。

本區(qū)域的穩(wěn)定煤層有4層，分別為B2、B3-1、B3-2、B7號(hào)煤層，累計(jì)厚度可達(dá)62.29m，平均厚度為26.27m(表1)。煤層厚度由深部向露頭區(qū)、由南東向北西有所變薄。

表1 呼圖壁南區(qū)塊主要煤層厚度特征表

2.3 煤變質(zhì)程度及煤類

鏡質(zhì)體反射率是確定各種煤變質(zhì)程度的重要指標(biāo)，根據(jù)測(cè)定數(shù)據(jù)，呼圖壁南區(qū)內(nèi)煤層鏡質(zhì)體反射率在0.55%～0.93%，變質(zhì)階段在Ⅰ～Ⅲ階，屬中低變質(zhì)階段。

由于成煤后期的變質(zhì)作用和構(gòu)造變形差異較小，所以區(qū)內(nèi)煤種單一，主要煤質(zhì)指標(biāo)變化幅度小，屬較穩(wěn)定煤層。下部煤層是在覆水較淺的氧化環(huán)境中沉積的，上部煤層是覆水較深的還原環(huán)境中沉積的，所以上部煤層淺部多為21不粘煤，下部煤層深部多為31不粘煤。

3 水文地質(zhì)特征

3.1 含水層特征

根據(jù)含水性，研究區(qū)地層共劃分6個(gè)含水層或隔水層，自淺而深依次為：第四系孔隙潛水含水層、侏羅系上統(tǒng)齊古組相對(duì)隔水層、侏羅系中統(tǒng)頭屯河組裂隙孔隙弱含水層、侏羅系中統(tǒng)西山窯組裂隙孔隙弱含水層、侏羅系下統(tǒng)三工河組相對(duì)隔水層、燒變巖裂隙潛水含水層。

西山窯組砂巖層間承壓水層特征：上部為泥質(zhì)粉砂巖、細(xì)砂巖夾中、粗粒砂巖，局部含礫巖；中部為泥巖、中、細(xì)粒砂巖夾煤層；下部為泥巖、煤層、粉砂巖、中粗粒砂巖；底部一般為中粗粒砂巖局部含礫石。

3.2 補(bǔ)徑排條件

地下水的形成主要靠大氣降水滲透以及河水的側(cè)向補(bǔ)給，地質(zhì)構(gòu)造、地貌條件、水系分布與氣候因素決定各區(qū)域地下水的形成、分布、賦存與排泄。

呼圖壁南區(qū)塊為準(zhǔn)噶爾盆地南緣、天山北坡補(bǔ)給區(qū)地帶，有利于接受大氣降水、冰川融水/河水的補(bǔ)給，受水文、氣象、河流因素的影響而有所差異。一般來說，河流兩側(cè)的地層接受河流側(cè)向補(bǔ)給最為有利，遠(yuǎn)離河流的地層則不利于河流側(cè)向補(bǔ)給。由于盆地中心海拔相對(duì)較低、本區(qū)塊海拔相對(duì)較高，因此地下水向盆地中心徑流排泄。河水由南向北徑流，最終流入水庫(kù)或消失于戈壁平原。第四系松散堆積層，為地下水的賦存提供了良好的地質(zhì)條件。侏羅系碎屑巖類表層風(fēng)化帶裂隙孔隙水，基本位于侵蝕基準(zhǔn)面之上，徑流途徑短，就地補(bǔ)給，就地排泄，或沿途下滲補(bǔ)給深部巖層地下水。

研究區(qū)內(nèi)地層以沉積碎屑巖類為主，巖性主要為砂巖、礫巖、泥質(zhì)粉砂巖及泥巖。大氣降水和河流側(cè)向補(bǔ)給是地下水的主要補(bǔ)給源。在第四系碎屑巖較發(fā)育的低洼處或溝谷中，可形成松散沉積物孔隙潛水。

4 煤層氣賦存條件分析

煤層氣藏的保存條件主要包括三方面：頂?shù)装逄匦浴?gòu)造條件及水文地質(zhì)特征，一般可形成承壓水滯留型、水動(dòng)力圈閉型、斷塊圈閉型、背斜圈閉型等多種煤層氣藏類型。在構(gòu)造復(fù)雜的準(zhǔn)噶爾盆地南緣區(qū)域，煤層氣成藏條件復(fù)雜、類型多樣。

4.1 煤層頂板條件

本區(qū)塊西山窯組賦煤地層中，煤層頂?shù)装鍘r性為泥巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、中-粗砂巖，泥質(zhì)膠結(jié)，薄層或中厚層狀結(jié)構(gòu)。主要煤層的頂?shù)装搴穸确€(wěn)定，同煤層展布相似，具有較好的封隔條件。

4.2 構(gòu)造圈閉條件

構(gòu)造運(yùn)動(dòng)對(duì)煤層氣具有一定的控制作用，由于構(gòu)造擠壓，區(qū)內(nèi)總體為一傾向北偏東的單斜構(gòu)造。地層傾向6°～50°，地層傾角一般在8°～45°，其總體特征為：沿傾向，淺部較陡、向深部逐漸變緩；沿走向，自西向東逐漸由緩變陡。區(qū)內(nèi)發(fā)現(xiàn)有斷層構(gòu)造2條，另發(fā)育次一級(jí)向斜W1和背斜M1，可作為含氣構(gòu)造。

4.3 煤層氣賦存條件分析

(1)圍巖保存條件

研究區(qū)內(nèi)煤層頂?shù)装鍘r性致密且穩(wěn)定，蓋層條件較好；煤層層數(shù)多、厚度大，對(duì)煤層氣保存起到滲透性封閉、烴濃度封閉等多重封堵作用；煤系地層中，西山窯組地層巖性以細(xì)碎屑巖為主，圍巖的巖性及厚度對(duì)煤層氣的保存很有利。

(2)水文地質(zhì)條件分析

水文地質(zhì)條件對(duì)煤層氣藏形成有兩方面影響，一方面是低礦化度地表水補(bǔ)給控制低煤階次生生物煤層氣生成，另一方面是承壓滯留水環(huán)境有利于煤層氣吸附、聚集成藏。

研究區(qū)內(nèi)煤層以中低煤階為主，大氣降水及冰川雪融水補(bǔ)給較為充足，有利于低煤階煤層產(chǎn)生次生生物氣，此外，中煤階煤層已進(jìn)入熱解生氣階段，也有一定熱成因氣存在，煤層的綜合生氣條件較好。

對(duì)于單斜背景條件的研究區(qū)，地表水從淺部向深部滲流，流速逐漸滯緩，形成承壓水環(huán)境，煤層氣礦化度較高，有很好的煤層氣吸附-聚集潛力。

(3)煤層氣成藏潛力分析

從煤層、構(gòu)造、圍巖、水文地質(zhì)條件綜合分析，呼圖壁南區(qū)塊的煤層生氣、聚集條件有利，在深部地層具有微背斜控氣、單斜承壓滯留水控氣等多種聚氣類型存在，有利于煤層氣聚集成藏。煤層氣勘查中注重此類聚氣部位的優(yōu)選。

5 結(jié)論

(1)呼圖壁南區(qū)塊中侏羅統(tǒng)西山窯組下段為主力含煤層段，賦存主力煤層4層，空間展布穩(wěn)定，煤層鏡質(zhì)體反射率在0.55%～0.93%，屬中低變質(zhì)程度。

(2)研究區(qū)地層可劃分為6個(gè)含水層或隔水層，西山窯組含煤地層為裂隙孔隙弱含水層。在天山北坡位置，可接受大氣降水、冰川融水/河水的側(cè)向補(bǔ)給。

(3)研究區(qū)的單斜背景條件，地表水從淺部向深部滲流，流速逐漸滯緩，形成承壓水環(huán)境，煤層氣礦化度較高，有很好的煤層氣吸附-聚集潛力。

(4)呼圖壁南區(qū)塊的煤層生氣、聚集條件有利，在深部地層具有微背斜控氣、單斜承壓滯留水控氣等多種聚氣類型存在，有利于煤層氣聚集成藏。