(一)煤层气地质特征
1.含煤地层及煤层
下侏罗统八道湾组和中侏罗统西山窑组为煤系地层,是准噶尔盆地主要的含煤地层。
(1)八道湾组
遍布全盆地,唯最东部的石钱滩一带和五彩湾两地局部沉积缺失,普遍以明显的角度不整合覆于下伏地层之上,盆地腹部或坳陷内则为假整合,仅三台至乌鲁木齐市西区地段内与三叠系为整合连续过渡关系。主要为冲积扇、扇三角洲一河湖沼泽相含煤沉积,岩性主要由灰白色灰绿色砂岩、砾岩、灰黑色灰色泥岩、粉砂岩、碳质泥岩夹煤层、菱铁矿层或透镜体。
八道湾组煤组厚度0~50多米。煤层厚度超过20m的厚煤带式厚煤区有4个:南缘厚煤区,以乌鲁木齐西的喀1为中心,最大煤层厚度超过70m,总体呈东西向展布;西缘厚煤带,位于克拉玛依—乌尔禾一线以东,最大煤厚达50余米,大拐附近的南部聚煤中心厚度最大,中部聚煤中心位于参1井附近,北部聚煤中心位于夏13井附近,煤组最大厚度都在30m以上,厚煤带呈北东一南西向展布;东缘厚煤区,位于彩南地区,以沙南1井为中心,最大煤组厚度近40m,总体延展方向北东—南西方向;中西部厚煤带,位于陆南1—陆3井一线,最大煤厚30m左右,聚煤中心位于两端,厚煤带形态呈马鞍形,延展方向北西—南东向。盆地北缘发育无煤带,盆内大部分地区煤组厚度小于10m,盆地中心煤组厚度不足5m。八道湾组煤组厚度变化规律与煤层累厚变化规律基本一致。八道湾组2号煤层、4号煤层发育比较连续,煤层厚度相对较大,是盆地发育的主力煤储层。
2号煤层厚度0~14m,主要分布于盆地东南缘、中东部和南缘,东北缘有小面积分布,煤层厚度较小。西部及西北部广大地区该煤层不发育。煤层厚度大小5m的厚煤区有2个:一个位于阜康—彩南之间,范围较大、煤层厚度也最大,阜康附近达14m,煤体形态呈朵状,东厚西薄;一个位于南缘清1井以南地区,厚煤区范围相对较大,煤层厚度也达5m以上,煤体形态呈宽扇形。
4号煤层是盆内分布最广的一层煤,煤层厚度0~12m。厚煤带基本分布于盆缘,厚度大于4m的厚煤带有3个:盆地东缘厚煤带,包括南、北两个聚煤中心,北部聚煤中心位于彩2井附近,最大煤厚超过7m,煤体形态呈舌形,南部聚煤中心位于阜1井附近,最大煤厚达12m,煤体形态呈向四周变薄的不规则透镜状;盆地西缘厚煤带,包括南、中、北三个聚煤中心,聚煤规模由南向北变小,南部聚煤中心位于克76井周围,最大煤厚在10m以上,中部聚煤中心位于玛2井周围,最大煤层厚度超过6m,北部聚煤中心位于旗2井周围,最大煤层厚度4m以上,每个聚煤中心的煤体形态都呈中厚边薄的长透镜状;中西部厚煤带呈狭长条带状,有东、西两个小的聚煤中心,一个位于陆南1井北侧,一个位于陆1井附近,最大煤层厚度均达6m以上。在盆地南缘发育一个厚煤区,位于乌鲁木齐以西,最大煤层厚度达10m以上,煤体呈东西向延展的长透镜状。盆地北缘和盆地中部发育无煤区,盆内的其他地区煤层厚度都在4m以下。
(2)西山窑组
遍布全盆地,连续堆积在三工河组上。为一套湖泊三角洲一河湖沼泽相沉积,岩性为灰色、灰绿色、灰白色砂岩、砂砾岩、粉砂岩泥岩、灰黑色碳质泥岩夹煤层和菱铁矿薄层,该组为盆地最重要的产煤层段。
西山窑组煤组厚度0~40多米,厚度大于20m的厚煤带有2个:盆地南缘厚煤带,主聚煤中心位于其西部,清1井南部,煤组最大厚度超过40m,次聚煤中心位于乌鲁木齐西部郝家沟附近,煤组最大厚度20m,聚煤中心的延展方向与聚煤带的延展方向一致。盆地东缘厚煤带,由阜康和彩南两个聚煤中心组成;阜康聚煤中心煤组厚度全盆地最大,最大煤组厚度近50m,展布方向呈东西向;彩南聚煤中心在彩图2—阜1井一线附近,最大煤组厚度20m以上。还有3个厚度大于20m的3个厚煤区:东北缘厚煤区以伦参1井为中心,煤组厚度最大24m;西缘厚煤区位于克拉玛依东大拐附近,最大煤组厚度最大25m;中西部厚煤区以陆3井为中心,最大煤组厚度在20m以上。盆内广大地区最大煤组厚度一般不超过10m,盆地中心、盆地北缘及西南缘煤层厚度最小,甚至缺失,西山窑组6煤层为该区主力煤层,但分布较局限(图6-11)。
2.煤岩煤质特征
(1)八道湾组煤层
盆地南部煤层特征为条带状结构。宏观煤岩类型以光亮型为主,半亮型次之;宏观煤岩组成主要以亮煤为主,夹镜煤及丝炭透镜体和少许暗煤条带,矿物质少见。显微煤岩组分中镜质组含量38.8%~100%,平均77.2%,惰质组含量0~55%,平均9.8%,稳定组含量0~40%,平均8.7%。原煤灰分6.00%~25.00%,,挥发分15.86%~49.78%,属低灰-中灰煤。煤级从长焰煤-肥煤,镜质组反射率0.5%~1.0%,由西向东煤级呈升高趋势,四棵树至昌吉之间为长焰煤,昌吉-乌鲁木齐之间为气煤和长焰煤,乌鲁木齐至白杨河为气煤、肥煤。
图6-11 准噶尔盆地下侏罗统八道湾组煤层埋深分布图
东部煤层具线理状、条带状及透镜状结构。宏观煤岩类型为光亮型和半亮型。显微组分以镜质组为主,变化范围57%~100%,平均79.5%;稳定组次之,介于0~47%,平均16.6%,其中含一定量的腐泥组分;惰性组含量较低,变化范围0~6%,平均3.8%。由盆缘向盆内,镜质组含量降低,稳定组含量升高。煤的灰分4.36%~33.82%,挥发48.07%~54.50%。总体上属中—低灰煤。煤的热演化阶段多属老褐煤—长焰煤,深部为气煤,镜质组反射率0.45%~0.68%,向盆内反射率呈增大趋势。
盆地西部—西北部煤层具条带状或线理状结构。宏观煤岩类型呈光亮型,宏观煤岩组分以镜煤和亮煤为主。显微煤岩组分:镜质组73%~100%,平均82.7%;稳定组0~7%,平均4.3%,但在夏6井煤样中,稳定组合量高达63%,孢子体和角质体成层分布;惰质组0~21%,平均13%。原煤灰分11.58%~23.90%,挥发分51.98%~59.49%。属中灰、高挥发分煤。镜质组反射率0.4%~0.68%,平均0.54%,煤级为褐煤—气煤,以长焰煤为主,由盆缘至盆内煤级呈增高趋势。
盆地腹部仅有石油钻井少量煤芯样品煤岩资料。煤层显微组分:镜质组64%~100%,平均81.3%;稳定组0~23%,平均14.3%;惰质组0~13%,平均4.3%。镜质组反射率0.66%~0.73%,平均0.69%,煤级属气煤—肥煤。靠近盆地南缘,煤层镜质组反射率可达1.3%。
(2)西山窑组煤层
盆地南部煤层显条带状及均一结构,极少数为粒状结构。宏观煤岩类型以光亮型、半亮型为主,半暗型煤次之。显微煤岩组分镜质组合量20%~100%,平均75.2%;稳定组0~85%,平均6.7%,仅少数煤层富稳定组,部分煤层含腐泥组分;惰质组0~55%,平均15.5%。区域上煤层显微组分组成分异明显。煤层灰分一般含量6%~15%,低的仅为3%左右,高者达27%;少数高达1.01%~1.68%;挥发分一般30%~40%,低者不足20%,最高达50%左右,属低灰、高挥发分烟煤。镜质组反射率0.47%~1%,平均0.68%,煤以长焰煤为主,其次为气煤、部分为肥煤,由西向东,由浅入深,煤级升高。
盆地东部煤层具线理状、条带状结构。宏观煤岩类型以暗淡煤至半暗煤为主,半亮煤次之,光亮煤较少。显微煤岩组分:镜质组30%~70%,平均46.3%;惰质组0~55%,平均23.3%;稳定组0~70%,平均30.5%,显微组分组成以高稳定组、惰质组,低镜质组为特征。煤层灰分为6.12%~13.59%,全硫0.13%~0.78%,挥发份28.72%~38.09%,属低灰、中挥发分低煤级烟煤。镜质组反射率0.48%~0.65%,平均0.57%,以长焰煤为主,少量老褐煤、气煤。
盆地西—西北部煤层显微组分:镜质组50%~95%,平均77.8%;惰质组0~42%,平均9.6%;稳定组5%~21%,平均12.6%。镜质组反射率0.53%~0.59%,平均0.56%,煤级属长焰煤。
盆地腹部煤层显微组分:镜质组73%~95%,平均87.2%;稳定组3%~24%,平均10.6%;惰质组0~6%,平均2.2%。镜质组反射率0.5%~0.95%,以气煤为主,部分肥煤和长焰煤(表6-18)。
表6-18 准噶尔盆地煤岩、煤质实测结果
3.含气性特征
目前,根据掌握的资料,对盆地南缘主要采用含气梯度法对深部煤层含气性进行预测,对盆地其他地区采用压力—吸附曲线法、地质条件综合分析法进行预测(表6-19)。
表6-19 准噶尔盆地深部煤层含气性预测成果表
(二)成藏条件
(1)煤热演化程度低,煤层气主要为褐煤阶段的原生生物甲烷气和长焰煤—气肥煤阶段的热成因甲烷气。
从成煤演化过程看,在低煤级分布的准噶尔盆地,煤层气应包括褐煤阶段的原生生物甲烷气、长焰煤—气肥煤阶段的热成因甲烷气和煤层埋藏阶段的次生生物甲烷气三种成因甲烷气体。根据本区煤储层地质条件分析,可能以前两种成因甲烷气为主,形成原生煤层气藏。而当构造、水文地质等破坏不大时,次生生物甲烷气一部分或全部富集于煤层之间的砂岩夹层中形成次生煤层气藏。当构造、水文地质等破坏较大时,其一部分或全部则发生侧向、垂向运移,形成煤层上下的(次生)天然气藏;或者全部逸散,无法聚集成藏。
(2)低煤级煤储层具有高孔容、高孔比表面积、高游离气储集潜力的特征。
准噶尔盆地低煤级煤储层具有如下主要特征:第一,高孔容,高孔比表面积,高游离气储集潜力,但原位吸附气体的能力相对较低;第二,深部煤储层含气量显著高于浅部煤储层,煤层气赋存状态在浅部煤储层中几乎为吸附气,在深部煤储层中吸附气、游离气、溶解气达到动态平衡,游离气的重要性随埋深而增大;第三,构造高点煤储层气饱和度高,储集气量大,游离气、吸附气同时富集,构造圈闭对深部煤层气成藏具有重大影响。
(3)盆地东部煤层气水文地质条件较有利,南部相对较差。
资料(中国煤田地质总局,1996)表明,准南乌鲁木齐河东矿区、河西矿区水文地质类型均为裂隙—孔隙水,水文地质条件简单—中等,煤系地层均含水微弱,与第四系含水及地表水流水力联系不大,相互补给微弱。地下水在迁流过程中,于不同高程排泄,强迁流带发育,浅部煤层处于地下水强迁流区;煤田深部滞流区范围较大。地下水沿地层走向运动,地下水迁流长度可达30~50km。因此,它是一种多级排泄动力模式,煤田深部有利煤层气的富集。
王洪林等(2000)主要从可采性评价的角度出发建立起储层水文地质条件分类评价。按照这一标准分析,准噶尔盆地东部以较有利(中等)水文条件储层为主,准南为不利(差)—较有利(中等)水文条件储层。结合前述水化学特征可知,南缘局部受地下水冲刷破坏作用最强,将对煤层气开发构成较大影响。
本区侏罗系煤储层沉积在复合一叠合型前陆盆地中,地下水以盆地为单元形成独立的水文系统,属于裂隙型煤田水文地质类型区。地下水富水极不均一,地下水的循环主要为在山前接受大气降水及地表水渗漏补给,而以蒸发为其主要排泄形式。总体上本区降水量稀少,而蒸发量却很大,因此存在水压封闭气藏的可能性较小。
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