准噶尔盆地东部侏罗系煤层气成藏主控因素分析

准噶尔盆地东部侏罗系煤层气成藏主控因素分析

准东海拔地区北临卡拉玛丽山，南临博格达山，包括石树沟凹陷、石钱滩凹陷、梧桐窝子塌陷、沙岐酋长坍塌等（图1）。该区域的侏罗系岩石发育着许多煤矿。自2006年以来,该区钻探煤层气探井2口,位于博格达山前的大黄山区块阜煤1井八道湾组获得了较高煤层气产量,最高日产量1000m3.1宏观煤岩类型(1)煤层分布研究区侏罗系西山窑组和八道湾组为主要含煤层,煤层主要分布在沙帐、大井、梧桐窝子、吉木萨尔及博格达山前地区。沙帐、大井地区煤层宏观分布特征比较类似,以一个主力煤层为主,一般厚10~15m,横向分布稳定,埋藏较浅。梧桐窝子凹陷发育多套煤岩,单层厚度较大者为2~4m,累计厚度大于30m(图2)。八道湾组煤层在吉木萨尔凹陷、博格达山前最为发育,在吉木萨尔凹陷煤层厚度大,分布稳定,一般厚5~15m,以1~2层为主,有时发育薄的次煤层,埋深在900m以上;在博格达山前埋藏深度在1000m以内的煤层面积约有170km2.乌鲁木齐河—白杨河—大黄山一带煤层层数多达50余层,单层最大厚度40m左右,累计厚度达160m,分布稳定。其他地区煤层厚度较薄,横向变化快。(2)煤岩性质西山窑组宏观煤岩类型以暗煤和半暗型为主,其次为半亮煤。宏观煤岩组分以亮煤和丝炭为主,夹较多的暗煤条带和少量镜煤煤线。煤层灰分为3%~27%,平均12%,低灰煤最为常见。八道湾组宏观煤岩类型以半亮型和光亮型为主,夹较多的镜煤条带,少量暗煤和丝炭煤线。煤层灰分为3%~34%,平均15%,中灰煤最为常见。西山窑组煤岩属于中高挥发分、低中灰分、中水分煤质。煤岩显微组分以镜质组为主,惰质组次之,壳质组常见。镜质组含量一般为50%~60%,惰质组含量一般为15%~25%,壳质组含量一般为6%~10%.帐篷沟煤矿惰质组分含量明显高,壳质组含量低。大黄山煤矿八道湾组镜质组含量高,壳质组含量很低。整体上,八道湾组煤质比西山窑组好些。研究区煤岩变质程度偏低,大井地区煤岩演化程度最低,以褐煤为主,沙帐地区主要为气煤和长烟煤,博格达山前八道湾组多为气煤和肥煤;八道湾组煤岩变质程度略高于西山窑组。煤岩变质程度与现今埋深关系不大,表明煤岩热演化程度受古埋深、古地温影响大,晚侏罗世后煤系地层被大幅抬升,停止了热演化进程。2各区含气饱和度分析准东地区侏罗系煤层含气量不高,且差异较大。大黄山地区的阜煤1井八道湾组含气量为10.9m3/t,含气饱和度为70.5%;该区阜参1井含气量为14.28m3/t,含气饱和度为60.3%(表1),是目前盆地内含气量最高的一口井。沙帐地区的沙煤1井西山窑组煤层含气量小于0.2m3/t,含气饱和度仅10%左右。大井地区的帐篷沟煤矿和梧桐窝子凹陷的北山煤矿西山窑组煤岩含气量为0.01~0.27m3/t.在没有含气量实测资料区域的个别探井气测录井资料表明,梧桐窝子凹陷西山窑组、吉木萨尔凹陷八道湾组含气性较好,但煤层深度均大于1000m.总体而言,大黄山地区八道湾组煤岩含气量最高,其次为吉木萨尔凹陷;西山窑组只有在梧桐窝子凹陷深度较大的区域含气性较好,其他地区都较差。3煤岩含气性及其分布(1)煤阶与煤质大黄山和沙帐地区煤岩煤阶最高,以气煤和肥煤为主,但二者含气量却有很大的差异。大井地区和北山煤矿煤岩煤阶最低,瓦斯含量也最低。阜煤1井煤层气测异常值最高,沙帐、大井地区探井煤层未见气测异常。可以明确,含气量高的煤岩一定为较高煤阶。八道湾组煤质比西山窑组好,其含气量也相应较高。博格达山前八道湾组煤岩含气量普遍比其他地区西山窑组高(表1),其煤岩以亮煤为主,呈块状。除博格达山前外,准东地区含气量低、含气饱和度低的外因是没有外源气补充。对低煤阶煤层而言,热成因气、生物气等外源气补充是使其含气量得以提高的重要途径。阜康凹陷向东部隆起一带天然气没有较畅通通道运移聚集,不存在来自其他生气凹陷的热成因气。大部分地区煤层生物气的形成条件不好,煤矿瓦斯含量和组成说明了这点。山前一带煤岩含气量较高,明显有生物气的补充,大部分煤层气甲烷碳同位素小于-55‰.阜煤1井煤层产出的天然气甲烷占97.6%,其碳同位素为-55.96‰,乙烷碳同位素为-27.60‰,说明有生物气成分。(2)深度准东北部的帐篷沟矿煤层瓦斯现场解吸资料显示,在243m向下深度的样品才出现微量的甲烷,埋深560m以下的样品甲烷含量较高,所占比例接近50%,显示出甲烷含量向深部增加较快的特点。北山煤矿样品深度小于220m,其瓦斯含量低于0.17m3/t,大部分样品氮气和二氧化碳含量占90%以上,甲烷含量最高也只有16%.沙煤1井785m煤岩含气量仍小于0.20m3/t.而山前的阜煤1井704~710m处煤岩含气量大于10m3/t,气测资料显示,该井在400m以下煤岩含气量明显增加。煤矿瓦斯气数据显示,煤岩埋深100~300m时含气量一般为20~40m3/t.盆地探井气测录井资料表明(图3),煤层含气量随深度增加而增高,这与实测数据反映的规律一致。除准南山前以外的大部分地区埋深小于800m煤层气测显示都很弱,该深度以下煤层气测显示开始变强。可见,甲烷风化带的深度较强地控制着煤岩含气性。根据已有资料推测,准东地区甲烷风化带深度大概为800~900m,博格达山前约为400m.准噶尔盆地甲烷风化带深度大主要与第四纪以来的干旱气候有关,降水量越少,甲烷风化带深度就越大。大井矿区西山窑组地层涌水量0.0059~0.0131L/(s·m),渗透系数0.0048~0.0265m/d,富水性、渗透性均较差。水型属于Na2SO4、NaHCO3型,总矿化度为1274~15452mg/L,为弱含水层。南缘山前一带降水量较丰沛,因此,甲烷风化带的深度也小得多。沙帐、大井等地区煤层埋深大部分都小于800m,又处在甲烷风化带内,所以含气量低。吉木萨尔凹陷、梧桐窝子凹陷煤层埋深基本大于800m,含气量会提高很多。只有博格达山前煤层埋藏较浅,又处于甲烷风化带之下,因此,含气量也高。(3)保存条件保存条件是指构造破坏作用和煤岩顶底板岩性及其横向分布。沙帐—大井地区中侏罗统头屯河组沉积后,燕山运动Ⅱ幕使该区强烈抬升,侏罗系石树沟群、西山窑组遭受剥蚀。白垩系与侏罗系为区域性不整合接触关系,之间为很长的沉积间断期。西山窑组及以上地层剥蚀厚度有600m左右,风化破坏时间长,煤层之上又没有稳定的区域性泥岩盖层,保存条件不好,致使含气量最低。准噶尔盆地侏罗系为河湖沼泽成煤相沉积,含煤段岩性变化大,单煤层顶底板岩性复杂。顶底板都为泥岩时,煤岩含气量就会上升。气测资料很好地反映了这一现象,如沙丘8井八道湾组煤层顶底板均以砂岩为主,气测没有异常值出现,而桐2井煤层顶底板均为泥岩,气测异常就非常明显。4地层地质条件由以上分析可知,本区煤层气富集规律为:(1)甲烷风化带深度严格地控制着含气量,含气量随着深度的增加而增大;(2)煤阶高、煤质好的八道湾组煤岩含气量明显比西山窑组高;(3)保存条件与含气量成正比。博格达山前八道湾组煤层埋深从不足100m到超过2000m,煤层含气量高,煤层埋深1000m以浅煤田瓦斯实测含气量最高,达9m3/t,深部预测含气量可达14m3/t,推算1000m埋深含气饱和度为80%左右。在煤层埋深2000m以浅地区,煤层气总资源量为1738.29×108m3.该区煤层气具有含气饱和度高、高资源丰度和资源量大特点,具有良好的勘探开发前景。不利因素为山前地表和地下构造复杂,地层倾角大、煤层埋深横向变化大。地震资料反射品质差,难以确定清煤层宏观展布及其构造情况。吉木萨尔凹陷八道湾组煤层埋深较大,位于甲烷风化带之下。吉18井气测异常明显,显示八道湾组含气量较高。煤层顶底板围岩岩性以泥岩为主,且厚度较大。水文地质条件相对较好,地层水矿化度正常,水型为NaHCO3、CaCL2型,处于承压水环境,有利于煤层气保存。凹陷深处侏罗系、二叠系的热成因气可沿着斜坡运移到高部位成藏,因此,斜坡区煤层气勘探潜力较大。梧桐窝子凹陷西山窑组煤层埋深在800~1200m的分布面积为365km2.桐2井煤层气测显示异常高,最大为100000mg/kg,烃类组分齐全,最高出至C4.凹陷区侏罗系构造简单