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天津西南部静海研究区煤层地质特征及煤层气评述

2021-12-20曹健

西部资源 2021年4期
关键词:静海煤层气

摘要:研究区位于于华北断坳之中的沧县断隆中部的大城凸起内,区内含煤地层为石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组,煤系地层总厚度为284.90m,含煤18层,煤层总厚32.85m,含煤系数11.53%。在收集区内及周边大城勘查区钻孔及地质资料的基础上,对区内含煤地层地质特征、煤质特征及煤层气含量分布特征进行了评述。

关键词:天津西南部;静海;含煤地层;煤质特征;煤层气

1.位置概况

研究区位于天津市静海区,隶属王口镇、子牙镇,与河北省大城县相邻。东距天津市区40km、静海区政府15km;西距河北省大城县城30km。西部边界进庄—东高庄—流庄,南部边界到当滩头,东至东禅房—西柳木,北至小瓦头;呈南北向的阶梯状,东西宽约9.0km,南北长约14.0km,面积约105.8km2。

2.区域地质背景

天津地区煤系地层大部分被新生界所覆盖,新生界地层在宝坻断裂以北较薄,一般100m~300m,以南较厚,一般大于1000m。基岩地层只在蓟县北部山区出露。除缺失古生界上奥陶统—下石炭统和新生界古近系古新统外,其余地层均有发育,从老至新分别为:太古界(Ar);中、新元古界(Pt2+3)的长城系、蓟县系和青白口系;古生界(Pz)的寒武系、奥陶系和石炭—二叠系;中生界(Mz)的侏罗系、白垩系;新生界(Kz)的古近系、新近系和第四系。

天津地處以宁河—宝坻断裂为界分为北区和南区。北区为基岩出露及浅埋区,属于蓟宝隆褶。断裂以东西(EW)向为主。南区为广阔平原,属于华北断坳区的东北部,自西向东划分为冀中坳陷、沧县隆起和黄骅坳陷。其间分别以古近系尖灭线和沧东断裂为界。区内断层主要有北北东(NNE)向的沧东断裂、天津断裂、白塘口西断裂、白塘口断裂、白塘口东断裂,北西(EW)向的海河断裂、汉沽断裂和宁河断裂等。

3.研究区地质特征

研究区为第四系覆盖,区内基岩未出露。

3.1构造

研究区在区域构造上处于华北断坳(Ⅱ)之中的沧县断隆(Ⅲ)中部的大城凸起(Ⅳ)。周边发育有静海—大城断裂、北芦庄—西九吉断裂和里坦向斜、卧佛堂向斜等(图1)。

卧佛堂向斜:位于静海—大城断裂及北芦庄—西九吉正断层之间,向斜长度大于80km,宽约35km,向斜轴沿西告至阜安一线延伸、为北东向,向北东方向倾伏,轴面倾向南东;两翼地层平缓,倾角一般小于10°,东南翼较西北翼陡。

向斜由古生代及中生代地层组成,中生代地层主要分布于向斜中、北部的轴部。向斜南部两翼、转折端及轴部发育三组正断层,以北西—北北西走向断层为主,北东走向的断层次之。该向斜被新生界覆盖,其厚度从东北至西南由800m到2000m。卧佛堂向斜为石炭—二叠系煤层连续分布的地区。

里坦向斜:位于静海—大城断裂东部,向斜长大于80km,宽约40km,向斜轴为北东向,向北东方向倾伏,轴面倾向北西,两翼地层倾角一般小于10°,西北翼较东南翼陡。该向斜由古生代及中生代地层组成,中生代地层主要分布于向斜中北部轴部,从西北至东南新生界厚度增大。

静海—大城断裂:位于里坦向斜西翼,北起静海徐庄子,向南经静海镇东河头村、三呼庄东、往南进入河北省,走向近由北部的北东东(NEE)向往南转为北北东向(NNE),倾向南南东(SE)—南东东(SEE),倾角约70°,基岩断距约500m,为西北盘相对上升的正断层,该断裂西北石炭—二叠系比东南侧薄,西约500m左右,东侧约700m左右。

北芦庄—西九吉正断层:位于卧佛堂向斜西北翼,长约60km,南、北部被一组北西西走向的邵洪店—高官断层和安新—鄚州所截;断层走向北东,倾向南东,倾角70°;该断层被古近系覆盖,下盘基岩为下古生界及中—上元古界,上盘基岩为古生界及中生界,落差大于200m。

3.2含煤地层

本区为石炭—二叠系含煤区。煤系地层为石炭系中统本溪组、上统太原组、二叠系下统山西组;上覆地层为二叠系下统下石盒子组、上统上石盒子组及新生界新近系、第四系;基底为奥陶系中统峰峰组。揭露地层与区域地层相比,缺少新生界古近系(E)和中生界(MZ)地层(表1)。煤系地层总厚度为284.90m,含煤18层,煤层总厚32.85m,含煤系数11.53%。

本溪组(C2b):早古生代末遭受剥蚀,至中石炭世晚期,开始接受沉积,沉积环境以滨岸陆棚沉积为主,形成一定厚度的海相石灰岩及海相泥岩,泥炭沼泽存在时期短且局限。由于沉积早期地壳升降频繁,导致海水进退变化“较快”,故煤层的聚煤不稳定,所形成厚度薄而且不连续,本组含煤4层。

太原组(C3t):上石炭世时地壳间歇性升降,海进与海退相互交替,沉积环境以潮坪—泻湖沉积为主,而煤层形成于泻湖沉积环境占主导的泻湖泥炭沼泽中。由于此时期多次形成泻湖泥炭沼泽,故而聚煤层数较多,煤层厚度变化大,为本区的主要含煤层段。本组含煤7层,其中10号煤为主要可采煤层。

山西组(P1S):从早二叠世起,海岸线开始向东南方向逐渐退移,沉积环境由潮坪—泻湖沉积体系转变为三角洲沉积体系。早二叠世早期在三角洲沉积体系中形成的泥炭沼泽较稳定,所形成的5煤全区连续发育,但煤层厚度及结构变化较大。后期沉积环境向河流沉积体系过渡,分流河道多,并带来了大量的无机碎屑物,加之地壳缓慢、振荡抬升,聚煤环境变差,形成了断续分布的3、2、1煤等煤层。本组含煤7层,其中5上、5煤为主要可采煤层。

3.3可采煤层特征

研究区内钻孔揭露可采煤层9层,即1、3、5上、5、6、7、8、9、10煤,总厚度为29.37m。各可采煤层厚度、间距、结构及稳定性见表2。

3.4煤质特征

3.4.1物理性质及煤岩特征

研究区各可采、局部可采煤层颜色以黑色为主,条痕为褐黑色,玻璃或沥青光泽,条带状、粒状、均一状结构,粉状、细小碎块状或块状构造,污手。内生裂隙发育,脆度较大,松散易碎,棱角状、贝壳状断口,含黄铁矿散晶、结核或薄膜。宏观煤岩类型以亮煤為主,镜煤和暗煤次之,夹丝炭条带或薄层,宏观煤岩类型以半亮型煤为主、光亮型煤及半暗型煤次之。其显微煤岩组分主要为有机组分,含少量无机组分。煤层中的镜质组分以基质镜质体为主,均质镜质体次之,含少量结构镜质体及胶质镜质体。惰质组以碎屑惰质体为主,丝质体次之,含少量粗粒体、粗粒体及微粒体。壳质组分以小孢子体为主,角质体次之,含少量树脂体。无机组分中以黏土类为主,次为硫化铁类、碳酸盐类和氧化硅类。黏土类矿物多为分散状黏土矿物,细胞充填状黏土次之;硫化铁类以分散粒状为主,大小不一,分布不均,含少量裂隙充填状及细胞充填状黄铁矿;碳酸盐类为方解石以裂隙充填状为主,细胞充填状次之;氧化硅类为石英呈粒状,大小不一,分布不均。

3.4.2化学性质

水分(Mad):研究区各可采、局部可采煤层原煤空气干燥基水分值总体上在0.53%~1.22%之间,浮煤空气干燥基水分值在0.51%~0.98%之间,个别采样点浮煤水分与原煤相当。各煤层水分含量较低,从1煤到10煤,水分总体上呈现逐渐降低的趋势。其变化趋势符合区域变质作用随着埋深加深,煤的变质程度增高而水分含量降低的特点。

灰分(Ad):各可采煤层灰分以低中灰煤为主,个别煤层为特低灰煤。经1.4比重液洗选后的精煤灰分多数小于10%,表明本区煤层灰分易选除。

挥发分(Vdaf):原煤:24.19%~34.55%,浮煤23.24%~31.14%,确定本区煤层属于中高挥发分煤,各煤层挥发分产率变化不大。

各可采煤层中有机质元素组成以碳为主,其次是氧加硫,氮含量最少。碳含量经浮选后明显增高,在垂向上变化不明显。氢含量在原、浮煤之间的变化不大。氧加硫含量经浮选后有所降低。

全硫(St.d):各可采煤层原煤全硫变化较大,其中1煤最低,为0.32%,为特低硫煤,8煤最高,为4.40%,为高硫煤,全区易采的3煤、5煤、7煤为低硫煤。

各种硫:各可采煤层原煤干燥基各种硫中以有机硫(Sp,d)为主,硫铁矿硫(So,d)次之,硫酸盐硫(Ss,d)则极少。以有机硫为主,即以黄铁矿(FeS2)形式存在。

发热量:各煤层发热量(Qgr.d)指数较高,为28.30MJ/ Kg—34.32MJ/Kg,属于高—特高发热量煤。

粘结性:本区可采煤层均为强粘结煤。

灰成分及灰熔融性:可采煤层的灰成分主要由酸性矿物组成。其中以SiO2和Al2O3为主,两者总和在54.12~90.01%之间。1、5、10煤原煤软化温度>1500℃,为高软化温度灰;3、6、9煤原煤软化温度分别为1360℃、1480℃、1400℃,为较高软化温度灰;5上煤原煤软化温度为1310℃,为中等软化温度灰;7、8煤原煤软化温度分别为1250℃、1150℃,为较低软化温度灰。

4.煤层气评述

研究区没有设专门的煤层气参数井,在钻孔施工时采用集气式简易瓦斯罐做了瓦斯样采集,并送实验室分析化验,煤样瓦斯成分以CH4为主,其次为N2、CO2。其中CH4最高含量为11.24m3/t。各煤层瓦斯含量无明显变化规律,按其成分及含量可分为沼气带、氮气—沼气带,通过瓦斯测量计算,并结合研究区储量,采用体积法对区内煤层气(甲烷)进行评价,从一定程度上反映了瓦斯丰度及煤层气地质储量。

区内全区可采的5上煤层的煤层气(甲烷)储量丰度平均值为0.31m3/km2×108m3/km2,含量较高的区域位于研究区中部,5煤层的煤层气(甲烷)储量丰度平均值0.74m3/km2×108m3/km2,含量较高的区域位于研究区中部及南西部;10煤层的煤层气(甲烷)储量丰度平均值为1.10m3/km2×108m3/km2,丰度较高的区域位于研究区的中部;三层可采煤层的煤层气丰度在区域分布上相差悬殊,这与瓦斯分布的不均衡性一致。煤层气(甲烷)储量丰度平均值见表3。

可采煤层的煤层气地质储量为222.38m3×108m3,从储量规模来讲,属中型煤层气田;地质储量丰度平均值为0.72m3/km2×108m3/km2,按储量丰度分类,属低丰度气田;煤层埋深1261m~1425m。综合评价研究区为埋深深等、低丰度值的中型煤层气田。煤层气开发前景较好。

5.结论

研究区内可采煤层层位稳定,厚度变化不大,结构简单,产状平缓,埋深1261m~1425m之间,地质构造简单。

5上煤层属稳定可采煤层,平均厚度为2.75m,结构简单,可采系数为1,为特低灰、中高挥发份,中硫,特高发热量肥煤;5煤层属稳定可采煤层,平均厚度为6.50m,结构简单,可采系数为1,为低中灰、中高挥发份,特低硫,中高发热量肥煤;10煤层属稳定可采煤层,平均厚度为8.80m,结构简单,局部含数层夹矸,可采系数为1,为低中灰、中高挥发份,低硫,高发热量肥煤;区内可采煤层主要可作动力用煤。研究区为埋深深等、低丰度值的中型煤层气田,煤层气开发前景较好。

参考文献:

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