新疆和什托洛盖盆地西山窑组煤层气资源赋存特征及影响因素分析

张 娜 王 刚 舒 坤 杨曙光

(1.新疆煤田地质局煤层气研究开发中心，新疆 830091;2.中国石油吐哈油田分公司勘探开发研究院,新疆 839009)

1 地质概况

和什托洛盖盆地位于新疆准噶尔盆地西北缘，为海西期褶皱基底上形成的中新生代山间盆地，盆地南临扎伊尔山和哈拉阿拉特山，北临谢米斯台山和阿尔加提山。构造形态上，盆地表现为一个北东东-南西西向延伸的北高-南低、西高-东低的宽缓斜坡，其长约212km，宽约25km，面积约5600km2。受大型断裂控制，盆地可被划分为北部凹陷带、中部凸起带和南部凹陷带等一级构造单元。其中，盆地次级构造单元主要为北部凹陷带的依克托里凹陷，中部凸起带的白砾山凸起、西利克山凸起与和什托洛盖镇库仑铁布克凸起，南部凹陷带的莫合台-白杨河凹陷、西利克山南凹陷、沙吉海凹陷与洪古勒楞南凹陷。

勘探实践表明，和什托洛盖盆地预测煤炭资源量约为633亿t，预测煤层气资源量约为5432.43×108m3。其中，西山窑组煤层气约为3699.03×108m3，八道湾组煤层气约为1733.40×108m3，煤层气可采资源丰度分别为1.13×108m3/km2与0.52×108m3/km2。

2 西山窑组煤层特征

2.1 煤层发育特征

盆地西山窑组地层含煤系数较大，含煤约 11～34层，单煤层厚0.30～22.22m，煤层总厚 15～45m。区域上，西部和东部煤层厚度较大，中部则较薄，聚煤中心主要位于盆地西部的莫合台-白杨河坳陷的铁厂沟镇附近与中-东部库仑铁布克凸起的和什托洛盖镇一带(图1)。此外，煤层层数具有东西部多-中部少与深部多-浅部少的特征[4-5]。整体看来，西山窑组煤层分布广泛且较稳定，埋深较浅，绝大部分埋深均浅于2000m，可作为煤层气勘探的目标层段。

图1 研究区西山窑组200米以浅煤层总厚度等值线图

2.2 煤岩特征

盆地西山窑组各煤层的物理性质基本相同，煤呈黑色，条痕褐黑色，光泽暗淡。煤岩镜下有机显微组分，以镜质组为主，平均为61.2%；惰质组次之，平均为37.5%；壳质组少量，平均为1.3%。宏观煤岩类型，铁厂沟-白杨河一带为半暗煤-半亮煤，和什托洛盖及沙吉海一带以半暗淡型煤及暗淡型煤为主，局部半暗-半亮型煤。

2.3 煤质特征

盆地西山窑组煤为低水分-高水分、特低灰-中高灰煤、中高挥发分-特高挥发分、特低硫-中高硫煤。其中：原煤水分(Mad)在0.74%～24.70%，各煤层平均为7.46%。灰分产率(Ad)介于3.38～39.99%，各煤层灰分平均为20.48%。原煤干燥无灰基挥发分产率(Vdaf)介于20.30～59.61%，按煤层平均为40.81%。煤全硫(St·d)样品分析成果介于 0.06～2.97%，平均值为0.48%。

2.4 煤化作用

盆地西山窑组煤的镜质体反射率(Ro)约为0.31%～0.56%，平均0.47%，多数处于0-Ⅰ变质阶段，属于低变质的烟煤。煤类以长焰煤(41CY)为主，局部为不粘煤(31BN)。垂向上，上部煤层煤的煤化作用程度低，下部煤层煤的煤化作用稍高，但均属于低煤化程度的煤。

3 西山窑组煤储层特征

3.1 孔隙度

盆地西山窑组煤层孔隙度平均14.72%，区域上表现出中-西部高，东部低的趋势。其中，中部煤层孔隙度平均17.89%，西部煤层孔隙度平均15.71%，东部煤层孔隙度平均7.74%。此外，西部煤层孔隙度与埋深呈一定的相关性，孔隙度随深度增加而降低。

3.2 渗透率

根据注入/压降试验成果，可知盆地各煤层在井间、层间渗透率变化均不大，渗透率在0.0301～0.0793mD，平均0.05744mD，均小于0.1mD，属于低渗储层，不利于煤层气的产出。

3.3 储层温度与压力

盆地煤储层温度普遍较低，属于冷盆，地温梯度约为2.51～3.74℃/100m，西部地区最西端地温梯度最高，达到3.74℃/100m。一般来说，压力梯度可被用来衡量储层压力的大小，划分为欠压、正常、超压三种类型。根据收集的注入/压降试井结果，对盆地煤储层压力特征进行分析(图2)，可知测试煤层压力梯度在0.92×10-2～0.95×10-2MPa/m，均为欠压储层，各煤层间储层压力梯度总体差异不大，对煤层气的保存和排采生产不太有利。

图2 盆地西部煤层压力梯度趋势图

4 西山窑组煤层含气性特征

4.1 气体组分

(1)盆地西部

盆地西部西山窑组各煤层CH4浓度37.76%～82.11%，平均59.16%；具有随深度增加而增加的趋势；CO2浓度1.13%～6.19%，平均值2.66%；N2浓度15.66%～61.06%，平均值38.10%(图3)。

图3 盆地西部煤层甲烷成分与深度的关系

(2)盆地中部

盆地中部煤层甲烷CH4浓度35.56%～42.18%，平均39.38%；CO2浓度6.81%～8.85%，平均8.16%；N2浓度48.98%～57.64%，平均52.46%。

(3)盆地东部

盆地东部CH4含量低，基本为零，统计分析表明，该区西山窑组各煤层600m以浅瓦斯含量最大为0.169ml/g，均为CO2-N2带。

4.2 含气量

盆地西山窑组煤层含气性表现为由西向东含气量逐渐减小，随着煤层埋深含气量增大的趋势。

(1)盆地西部

盆地西部西山窑组煤层，在埋深215.80～1069.00m范围内煤层空气干燥基含气量0.09～4.55m3/t，甲烷含气量0.09～2.97m3/t之间，平均0.86m3/t。

(2)盆地中部

通过收集煤层气参数井测试数据和以往煤炭勘探简易瓦斯数据，可知该区西山窑组煤层含气性普遍较低。采样深度386.90～820m，空气干燥基含气量为0.06～0.55m3/t，各煤层间含气量差异较小均在0.3m3/t左右，均低于1m3/t。

(3)盆地东部

根据以往煤炭勘查简易瓦斯(CH4)数据显示，瓦斯基本为零，含气量很低。

4.3 含气饱和度

平面上看，西部较中部高，西部含气饱和度平均为13.14%，中部含气饱和度平均为5.43%；纵向上看，下部煤层含气饱和度高于上部煤层。整体看来，盆地西山窑组煤层含气饱和度较低，平均9.28%，说明普查区煤层气为欠饱和煤储层，排采时需要更大的压降幅度，才能够进入解吸阶段。

5 煤储层含气性控制因素

5.1 煤层埋深

如图4所示，煤层含气量与埋深相关性较好，随煤层埋深增加含气量呈明显的增大趋势，表明煤层埋深是影响煤储层含气性的主控因素之一。

图4 盆地西部煤层含气量与埋深关系图

5.2 围岩特征

统计分析表明，西山窑组煤层的底板岩性以泥岩、粉砂岩为主，少数为碳质泥岩和细砂岩；顶板岩性以泥岩为主，其次为碳质泥岩、粉砂岩，少数为砂岩和砂砾岩。从煤层顶底板岩性来看，岩性均以泥岩为主，有利于煤层气富集保存。

5.3 构造与水文地质特征

和什托洛盖盆地为新生代沉降区，可为地下水的聚集和储存创造良好的地质条件，地下水以松散岩层的孔隙水和固结岩石中的裂隙水为主。野外地质考察发现，盆地范围内侏罗系地层广泛出露，在构造运动的作用和影响下，形成以洼地为中心的平缓向斜构造。此外，向斜两翼多为小型褶曲，呈东西向展布，下部以砂岩、砾岩为主，中部为泥岩、砂岩和煤互层，上部为块状砂岩和泥岩。由于地形北高南低，故在向斜北翼可接受大量的大气降水和潜水的补给，地表水顺岩层向向斜南翼移动并逐步形成承压水。换言之，北边山区为地表水补给区，玛纳斯湖一带为排泄区，其间为径流区。整体看来，和什托洛盖凹地为一个良好的储水构造，尤其在夏季暴雨较多，雨水大多直接沿孔隙和裂隙深入地下补给地下水，地下水相对流动性较弱，对于煤层气的富集保存较为有利。