新疆准南煤田乌鲁木齐河东矿区煤炭及煤层气资源特征

2020-06-28杨曙光

中国煤层气 2020年2期

黄涛王刚杨曙光来鹏

(1.新疆煤田地质局一六一煤田地质勘探队，新疆 830009；2.新疆煤田地质局煤层气研究开发中心，新疆 830091)

1 矿区地质概况

乌鲁木齐河东矿区位于乌鲁木齐市米东区，东西长约42km，南北平均宽约6km，面积约243.5km2。构造区位位于北天山褶皱带北缘，准噶尔坳陷区南部之次一级坳陷乌鲁木齐山前坳陷的七道湾背斜和八道湾向斜中，区内褶皱、断层主要包括七道湾背斜、八道湾向斜、碱泉沟—魏家泉逆断层、碗窑沟逆冲断层等，总体构造线方向为北东东向，与北天山褶皱带展布方向基本一致(图1)。

中生界侏罗系煤系地层是准南煤田的最主要组成部分，其含煤层段主要为侏罗系下统八道湾组(J1b)和中统西山窑组(J2x)。在河东矿区，其主体构造为八道湾向斜，由于埋深、沉积环境等因素，八道湾组煤层埋深较大、厚度相对较小，因此西山窑组煤层成为本区的主要含煤层段。

图1 乌鲁木齐河东矿区构造纲要图

2 煤田地质特征

2.1 煤层及空间展布特征

西山窑组含煤地层主要分布在矿区中-西部，地层总厚812.78～917.33m，平均厚度856.10m，归纳为27～28个层(组)，煤层(组)总厚度334.87～414.01m，平均厚度362.51m，可采煤层18～20个层(组)，可采总厚度102.26～127.80m，平均厚度117.11m，主要可采煤矿包括20～22、41、42～43、45号煤层。各煤层沿走向均具有由西向东全层厚度加大、有益厚度及可采厚度减小的特征，煤层埋深逐渐变浅。

八道湾组含煤地层主要分布在矿区东部，地层总厚平均1016m，含煤38层，煤层较薄，煤层(组)总厚度平均32.66m，可采煤层5～8个煤层(组)，可采总厚度平均22.47m，主要可采煤矿为15号煤层。煤层沿走向由西向东，层数增多，厚度增大。

煤层埋深情况在八道湾向斜部位自两翼向核部煤层埋深增加，在北单斜从南向北煤层埋深加大，总体上煤层埋深是自东向西逐渐增加。

2.2 煤岩特征

通过煤芯观察，河东矿区的煤层均为黑色，条痕棕黑色及褐黑色，断口以参差状、贝壳状为主，沥青光泽或弱玻璃光泽，裂隙较发育。

(1)宏观煤岩特征

煤层的宏观煤岩组分均以亮煤为主，镜煤、丝炭、暗煤次之，宏观煤岩类型以光亮-半亮煤为主，但西山窑组下部煤层丝炭含量相对较高，以半亮煤和半暗煤为主。

(2)显微煤岩特征

煤层显微煤岩组分均以有机质为主，约占81.04%～94.30%，无机质约占5.70%～18.96%，显微组分以镜质组为主，含量约为56.6%～88.69%，但八道湾组煤层的镜质组含量要略高于西山窑组煤层。

2.3 煤质特征

以河东矿区的主要可采煤层为例，进行煤质特征的分析(表1)。由表分析可知，西山窑组煤层原煤水分(Mad)介于2.63%～3.95%，平均为3.25%；灰分(Ad)介于11.65%～18.20%，平均为15.23%；发热量(Qb.d)介于25.99～29.33MJ/kg，平均为27.21MJ/kg；(Qb.daf)介于31.65～33.12MJ/kg，平均为32.51MJ/kg；全硫(St.d)介于0.57%～2.31%，平均为1.17%；磷(Pd)含量在0.0147%～0.0435%，平均为0.0347%；总体属于低水分、低灰-中灰、高发热量-特高发热量、低硫、特低磷煤。八道湾组15号煤层属于低水分、中灰、特高发热量、低硫、特低磷煤。

表1 河东矿区主要可采煤层煤质分析数据表

2.4 煤变质程度

通过实验测试分析，河东矿区煤层的镜质组最大反射率范围为0.50%～0.74%，煤变质作用阶段为Ⅰ～Ⅱ，属中低变质阶段。挥发分随煤层埋深的增加呈减少趋势，镜质组反射率随煤层埋深的增加呈增大趋势，表明煤层变质作用类型主要以深成变质为主。根据煤质化验指标，煤类以长焰煤、弱粘煤为主，其次为气煤和不粘煤。

3 煤层气资源特征

3.1 含气性特征

根据现场实验测试成果，西山窑组煤层在深度403.10～1204.09m范围的含气量为0.76～15.44m3/t，八道湾组煤层含气量普遍较低，在深度510～701m处的煤层含气量为0.09～2.68m3/t。研究发现，煤层含气量与深度之间具有较好的相关性(图2)，由此可建立煤层含气性的预测模型，便于全区煤层气资源量的估算。

图2 河东矿区煤层含气量与埋深关系图

3.2 气藏保存特征

煤层气藏的保存条件主要包括三方面：构造条件、顶底板特性及水文地质特征。总体来看，河东矿区的煤层气藏保存条件较好。

构造条件方面，本区的构造条件较为复杂，以八道湾向斜、七道湾背斜为主，不同规模的逆断层发育，同时从地表煤岩露头观察发现，裂隙内硫酸盐矿物充填较好，反映该区可能在构造活动过程中，经历过较长时期的热液活动，断层封堵性较好，对气藏保存有利，因此煤层含气量较高。

顶底板特性方面，本区侏罗系煤系地层的沉积环境为相对稳定的还原性环境，煤层顶底板岩性多为碳质泥岩、泥质粉砂岩等，且沉积厚度较大。细粒碎屑岩的物理封闭作用、碳质泥岩因生烃作用产生的压力封闭及浓度封闭作用，均能够为本区的煤层气藏提供良好的封闭性。

水文地质特征方面，河东矿区的地势南高北低、东高西低，在大陆性干旱-半干旱气候的背景下，博格达水系的数条河流成为该区最重要的补给水源，河流切割山脉横穿煤系地层，大致垂直山脉与地层走向呈近南北向发育。在浅部形成弱径流带，向斜轴部形成滞留带。

3.3 煤炭及煤层气资源情况

根据前期煤炭勘查及煤层气预探工作成果，统计河东矿区1500m以浅的煤炭及煤层气资源量(表2)，获得煤炭资源量119.89亿t，煤层气资源量530.96亿m3。

乌鲁木齐河东矿区具有丰富的煤层气资源基础，在该区开展煤层气开发工作，将为乌鲁木齐市提供一定的清洁天然气源保障，将资源优势转化为经济效益，同时助力老煤矿区的绿色转型发展。此外，乌鲁木齐河东矿区作为最具新疆低煤阶煤层气代表性的区块，其开发活动将对我国低煤阶煤层气的开发起到示范作用，也将推动“十三五”时期新疆准噶尔盆地南缘煤层气产业化基地建设。