吐哈煤田煤層氣賦存潛力分析

秦大鵬

(新疆煤田地質局一六一煤田地質勘探隊，新疆 830009)

1 地質概況

克爾堿煤礦區，面積約277km2。聚煤期主要為早中侏羅統，含煤地層為中下侏羅統八道灣組和西山窯組。八道灣組含煤17層，總厚度1.5～30m，含煤系數9.64，為研究區主要的賦煤地層；西山窯組含煤9層，總厚度4～19m，含煤系數6.2。托克遜煤田以一系列向斜構造為主，保有資源儲量241524.38萬t。

1.1 地層

在區內出露地層有中石炭統(C2)，上三疊統(T3)，侏羅系(J)，新近系(N),古近系(E)和第四系(Q)。礦區主要含煤地層為下侏羅統八道灣組(J1b)厚度為250～460m，平均厚307m。總體在走向上呈現西部厚東部薄的趨勢。中侏羅統西山窯組(J2x)厚度225～354m。走向上東部薄西部厚，平均278m(圖1)。

圖1 研究區煤層殘余厚度展布圖

1.2 構造

克爾堿煤礦區構造大體近東西方向,主要構造為克爾堿向斜軸和F1斷裂。中、新生界地層的走向斜交或平行F1斷層，褶皺一般是南翼緩，北翼陡，軸面向北傾。斷層多為走向斷層，在距F1遠的地段，侏羅紀地層產狀緩，次一級斜交斷層較多。這些斷層的走向多為北東向，北西向，呈羽毛狀或“入“字型排列。

1.3 水文地質條件

礦區內主要以呈沙漠、戈壁地貌景觀。根據地下水的賦存條件，含水層的巖性特征、分布和埋藏條件等，將區內劃分為三種不同的地下水類型，即第四系松散巖類孔隙水、碎屑巖類孔隙裂隙水及裂隙孔隙水和基巖裂隙水。含水層透水性較弱，富水性中等。煤礦區屬頂底板直接進水、水文地質條件簡單～中等的煤礦床。

2 煤層氣賦存條件

2.1 煤層賦存條件

煤礦區煤層賦存于侏羅系中統西山窯組(J2x)地層及侏羅系下統八道灣組(J1b)地層中(表1)。

表1 克爾堿礦區煤層參數表

(1)西山窯組含煤性

地層平均厚278m。巖性以灰白色粗砂巖、中砂巖、細砂巖與灰色粉砂巖、泥巖互層為主，偶夾砂礫巖。含煤9層，平均總厚12.83m，自上而下編號為：5-6、5-5、5-4、(5-3)上、5-3、5-2、5-1、5-0，(5-0)下。其中5-3、5-2為全區可采煤層，5-6、5-1為局部可采煤層，其余均為不可采煤層。煤層平均總厚17.31m，含煤系數為6.2%，可采煤層平均總厚14.62m。

(2)八道灣組含煤性

地層平均厚307m，巖性為為灰綠色礫巖、粗砂巖，灰褐色、灰黑色中、細、粉砂巖夾泥巖。含煤17層，平均總厚16.55m，自上而下編號為：4-4、4-3、4-2、4-1、KB上、KB、KB下、3-5、3-4、3-3、3-2、3-1、2-2、2-1、1-2、1-1、1-0號煤層。其中4-2、3-3為大部可采煤層，KB、3-1、2-2、2-1、1-2、1-1為局部可采煤層，其余均為不可采煤層。煤層平均總厚29.59m，含煤系數為9.6%，可采煤層平均總厚27.36m。

圖2 克爾堿礦區煤樣圖版(a、b為八道灣組煤樣；c、d為西山窯組煤樣)

2.2 物理性質及煤巖類型

西山窯組煤層，其顏色為黑色，條痕為褐黑色，條帶狀結構，塊狀構造，參差狀斷口，煤的硬度較小，簡易燃燒試驗：煤易燃、煙濃、焰長、且熔融，膨脹(圖2)。

八道灣組煤層，所含各煤層物理性質基本相似，顏色均呈黑色，條痕呈黑色或褐黑色。煤的光澤為瀝青光澤或弱玻璃光澤，參差狀斷口，局部呈貝殼狀斷口，內生裂隙較發育，裂隙中充填物多為碳酸鹽類礦物，煤的硬度較大，煤芯多呈塊狀及柱狀，具條帶狀均一狀結構。燃燒時有易燃、煙濃、焰長、熔融或膨脹的特征。

西山窯組各煤層宏觀煤巖組份以光亮型煤為主，暗淡型煤次之。有機質組分以鏡質體為主，惰質體次之，半鏡質體和殼質體少量;無機質組份以粘土類為主，碳酸鹽類次之，其他無機質組分極少。

八道灣組各以光亮型煤為主，暗淡型煤次之。有機質組分以鏡質體為主，惰質體次之，半鏡質體和殼質體少量，顯微煤巖類型統計結果，個別煤層偶爾顯示亮暗煤外，其余煤層均為各煤層顯微煤巖類型均為微鏡惰煤。

各煤層的鏡質組最大反射率數值，平均為0.37～0.57。根據規劃區各煤層的變質階段成果，煤的變質階段在0-Ⅰ變質階段。

2.3 煤層氣含量及組分

煤層氣的含量通常用噸煤含氣量表示，是考察一個區域是否具備進一步施工的表征指標；其次是煤層含的氣組分，重要考察的是甲烷含量，通常用干燥系數表示。這些數據通常依靠鉆井過程中的煤樣解析和綜合錄井獲取(圖3、表2)。

圖3 克爾堿35個煤巖樣品含氣量和甲烷含量統計圖

克爾堿煤礦區地質特征及煤層氣儲集機理、煤礦樣品等溫吸附特征的研究認為，煤層氣含量主要受煤層埋藏深度的控制。因此依據煤巖埋深，結合煤礦樣品等溫吸附實驗結果，并考慮不同埋深含氣飽和度的變化，通過煤層氣含量預測模型的建立，預測了克爾堿煤礦區煤層氣含在2.67～3.43m3/t(表2)。

表2 煤層氣組分及含量統計表

依據煤層氣的最新研究成果,對研究區煤層含氣量進行了規律探索,得到以下結論：(1)各煤層的煤層氣含量一般隨煤層埋藏深度的增加而有升高之趨勢；(2)煤層氣含量一般在厚煤層中相對富集;(3)煤層氣含量由東向西有變大趨勢。

3 煤層氣資源量評價

在針對研究區煤層及其含氣特征的基礎上,根據前人的研究方法,對研究區煤礦區范圍內共求得12層可采煤層煤炭資源量(331)+(332)+(333)+(334)共24億t，根據煤礦區煤層氣含量平均3.05m3/t。煤礦區擁有73.2×108m3的煤層氣資源量,可見克爾堿礦區具有雄厚的煤層氣物質基礎。