宁夏煤层气资源分布特征及勘探开发建议

乔炜　牛国斌　夏炎

摘 要：通过对宁夏含煤地区煤层气地质特征进行分析研究，重点从煤的生气能力和煤层气保存条件两方面论述了宁夏全区煤层气资源分布特征，并做了资源潜力评价，提出了勘探开发建议。采用体积法预测2000米以浅煤层气资源总量为5580.89×108m3，其中宁夏东部占69.22%，北部贺兰山含煤区占19.74%，西部香山和宁南地区分别占5.47%和5.57%。埋藏深度<1500m煤层气资源量占75.43%，埋藏深度對勘探开发较为有利。侏罗纪煤层气资源量占68.54%，但具备开发潜力的资源分布在石炭-二叠纪。分析评价认为韦州地区和贺兰山含煤区石炭-二叠纪煤层气具有一定的开发潜力。

关键词：煤层气；地质特征；资源分布；勘探开发

1 煤层气储层特征分析

（1）土坡组（C2t）：主要分布于宁夏西部的卫宁北山、香山、东部的横城、韦州及贺兰山北段等地。本组煤仅在西部香山碱沟山等少数矿区可采。单层最大厚度可达2.8m，属不稳定及较稳定型煤层。土坡组煤种较单一，以无烟煤为主。

（2）太原组（C2t）：主要分布于贺兰山北段、西部香山、东部横城和韦州一带，其中以贺兰山北段最为发育，含煤8～15层，可采者2～9层，可采平均总厚3.67～18.15m。太原组煤种较齐全，贫煤、瘦煤、焦、肥煤、气煤均有，有机质含量为78.29～94.31%。煤类变化有一定方向性。

（3）山西组（P2s）：山西组分布区域与太原组基本一致，唯香山含煤区土坡煤矿以西被不含煤的大黄沟群代替。本组含煤3～8层，可采者1～5层，可采煤层平均总厚6.21～16.77m。山西组煤种与太原组煤种近似，以焦煤为主，次为贫煤和无烟煤，有机质含量为74.47～95.00%。

（4）延安组（J2y）：主要分布于汝箕沟、碎石井、鸳鸯湖、马家滩～萌城、石沟驿、窑山、下流水、炭山和王洼等矿区。延安组含煤性总的表现为煤层层数多，含煤7～37层，可采6～17层；总厚度大，可采厚度变化范围6.17～40.52m。延安组煤变质程度较低，以不粘煤为主，有机质含量85.36～93.06%。大面积分布在宁东含煤区、宁南含煤区及香山含煤区。但贺兰山含煤区的汝箕沟矿区煤变质程度较高，为无烟煤。

2 煤层气资源分布规律

在上述煤炭资源量和煤层气含量确定的基础上，对区内的贺兰山、香山、宁东和宁南4个含煤区埋深2000m以浅的区域，采用体积法对煤层气资源量进行计算[3-5]，结果表明，全区煤层气资源总量为5580.89×108m3 [2]。

2.1 不同含煤区煤层气资源分布规律

从地域来看，贺兰山、香山、宁东、宁南四个含煤区的煤层气资源量分布是很不均衡的（图1）。宁东煤层气资源量最大，为3863.05×108m3，占总资源量的69.22%；其次是贺兰山含煤区，为1101.80×108m3，占总资源量的19.74%；香山和宁南含煤区最小，分别只有305.05×108m3和310.99×108m3，仅占总量的5.47%和5.57%。

宁东含煤区虽然煤层气含量较小，但由于煤层层数多、厚度大、煤炭资源量丰富，导致煤层气资源总量较大；贺兰山含煤区虽然煤层气含量较高，但煤炭资源量相对较少，导致煤层气资源量相对宁东含煤区较少。香山、宁南含煤区煤炭资源量少，绝大部分矿区煤层气含量也较低，所以煤层气资源量总体最小。

2.2 不同埋藏深度煤层气资源分布规律

根据煤层埋藏深度和煤层气勘探开发需要，将煤层气赋存深度划分为<1000m、1000～1500m和1500～2000m三个区间。各深度区间煤层气资源量分布（图2），所占比例分别为12.00%、63.43%、24.57%，即煤层气资源量的75%分布在埋深小于1500m的范围内，对勘探开发是比较有利的。

2.3 不同成煤时代煤层气资源分布规律

根据煤层的形成时代，本次参与煤层气资源量计算的共有2个成煤时代的煤层，即石炭～二叠纪、中侏罗世。统计结果表明（图3），中侏罗世资源量最大，为3824.95×108m3，占总资源量的68.54%；石炭～二叠纪较小，为1755.94×108m3，占总资源量的31.46%。

3 煤层气资源开发潜力分析

3.1 石炭?二叠系煤层气

（1）贺兰山含煤区的石炭井、石嘴山、呼鲁斯太等矿区发育的煤层多、厚度大、变质程度高，为煤层气的生成和储集提供了基础；各煤层组及煤层之间的岩层多为泥岩、砂质泥岩及粉砂岩，对煤层气的封盖性能良好，有利于煤层气的保存。本地区煤层分布比较稳定，含气量较高，煤层气含量普遍较高，最大达19.79m3/t，且地质构造简单?中等，地层产状较平缓，煤层气开发条件优越，具有一定的开发前景。

（2）韦州矿区煤种的变化较复杂，由气煤过渡到瘦、贫煤以致无烟煤，具带状分布规律。从地勘时期的瓦斯含量测试资料来看，煤层气含量较大，最大达51m3/t，资源条件较好。但该区为一轴向北北西向斜，浅部发育有NNW方向逆断层和NE方多组斜交断裂，断裂构造较发育。因此，向斜深部具备一定的开发潜力。

（3）横城、红墩子矿区煤层的上、下岩层大部分岩性偏粗，盖层封闭性能较差，加之断层引发一些断裂、节理和裂隙等，为煤层气逸散提供了天然通道，致使区内煤虽为中等变质程度的烟煤，但瓦斯含量总体较低，普遍小于5m3/t，煤层气资源条件不理想。

3.2 侏罗系煤层气

宁夏境内侏罗系的主要含煤地层为中统的延安组，在四个含煤区均有分布，但主要分布于宁东含煤区和宁南含煤区。总体变质程度低，生气能力差，煤层气含量小，普遍小于3m3/t，基本不具备开发利用的潜力。

由于燕山期岩浆的侵入造成的，岩浆的侵入造成了区域岩浆热变质作用使得煤级在深成变质的基础上进一步升高[6]，导致汝箕沟矿区侏罗系煤层具有高变质特征，出现无烟煤，镜质体反射率高达4%，瓦斯含量高，出现16.6万m3/次的瓦斯突出现象。区内断层稀少，资源条件较好，但该区煤炭开采时间已久，采空区大面积分布，不适合进行地面开发。

4 结论与建议

（1）宁夏煤层气资源具备一定的开发潜力，宁东与贺兰山含煤区是资源赋存的重点区域；75%的资源量分布在埋深1500m以浅；开发层位主要为1000-1500m的石炭-二叠纪煤层。

（2）韦州矿区煤层气含量较大，资源条件较好，建议在构造和水文地质条件相对简单的区域部署小井组和先导性开发试验，准确获取区内煤层气生产所需的各类参数。在煤种变化较复杂、断裂构造发育区，宜进行与矿井瓦斯抽采相结合的井下煤层气开发方式。

（3）贺兰山含煤区煤变质程度较高，煤对甲烷的吸附能力强，煤层气含量较大，成藏条件好，具有一定的开发前景，可率先在石嘴山矿区选择构造和水文地质条件简单的区域布设煤层气生产试验井，以地面水平井为主。在本区其他矿区可实施少数参数井，准确获取煤层含气量、等温吸附曲线、煤层渗透率、储层压力、地应力、煤储层温度、含气饱和度等储层参数。

（4）侏罗系煤层1500m以深区域可投入一定的勘查工作，以获取相关参数，进一步寻找潜力层位。

参考文献

[1] 孙军强，陆学文等.宁夏回族自治区煤炭资源潜力评价报告[R].宁夏煤田地质局.2010-07.

[2] 乔炜等.宁夏煤层气资源潜力评价及开发利用研究[R] 宁夏煤田地质局.2009-05，18-49.

[3] 宋岩等.煤层气成藏机制及经济开采机理[M]. 北京：科学出版社.2005，224-225.

[4] 张新民等.煤层气资源量计算中几个问题的探讨[J].中国煤层气.1996-02，98-101.

[5] 李建武，郑玉柱等.煤层气资源量计算方法评述[M].北京：科学出版社.2005，204-214.

[6] 张学文等.宁夏汝箕沟煤层气地质学特征[J].煤田地质与勘探.2005-06，15（3）.