新疆準(zhǔn)南煤田阜康礦區(qū)三工河煤礦煤層氣特征

■李　斌　王　強(qiáng)（新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第九地質(zhì)大隊(duì)新疆烏魯木齊830000）

新疆準(zhǔn)南煤田阜康礦區(qū)三工河煤礦煤層氣特征

■李斌王強(qiáng)
（新疆地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局第九地質(zhì)大隊(duì)新疆烏魯木齊830000）

阜康礦區(qū)三工河煤礦煤層層數(shù)多，厚度大，具有煤層氣資源豐度大的特點(diǎn)，煤層屬中階煤，其含氣量較好，滲透性高，具有良好勘探開發(fā)前景。

煤儲(chǔ)層的巖石特征煤層氣儲(chǔ)層特征煤層氣資源

1　概況

阜康礦區(qū)位于天山東段北麓，準(zhǔn)噶爾盆地南緣，屬于昌吉回族自治州管轄，礦區(qū)東西長(zhǎng)57千米，南北寬3-15千米，面積約215平方千米。

大地構(gòu)造位置位于新疆二級(jí)構(gòu)造單元北天山優(yōu)地槽褶皺帶北部中央部位，出露的地層主要有二疊系、侏羅系、白堊系及新生界第三系和第四系。侏羅系西山窯組和八道灣組是主要的含煤地層。

2　煤儲(chǔ)層的巖石特征

2.1煤儲(chǔ)層的煤巖類型及特征

阜康礦區(qū)三工河煤礦侏羅系的宏觀煤巖類型以半亮煤和半暗煤居多為特色，八道灣組煤儲(chǔ)層的宏觀煤巖組分以亮煤和暗煤為主，絲炭次之，鏡煤很少；宏觀煤巖類型以半亮煤和半暗煤為主。顯微煤巖類型以微鏡煤和微鏡亮煤為主，微暗亮煤和富鏡質(zhì)組的微鏡絲煤其次。西山窯組煤層的宏觀煤巖類型則多為半亮煤和半暗煤，可見光亮煤、暗淡煤。

2.2煤儲(chǔ)層的顯微組成及巖石學(xué)特征

阜康礦區(qū)三工河煤礦西山窯組煤巖顯微組分以鏡質(zhì)組分為主，含量在35.7%-56.2%；惰質(zhì)組分次之，含量在23.3%-57.2%；殼質(zhì)組分少量，含量在1.0%-29.4%,礦物質(zhì)組分最少在2.8%-12.4%。總體看來(lái)，煤巖顯微組分主要以鏡質(zhì)組為主。

2.3煤儲(chǔ)層的化學(xué)與工藝特征

通過(guò)采集的樣品煤質(zhì)分析可知：西山窯組煤質(zhì)水分（Mad）在2.50%-3.14%之間；灰分（Aad）在2.66%-2.98%之間，屬于特低灰煤（SLA）；炭（Cad）含量在79.22%-79.48%之間；氫（Cad）含量在4.89%-4.96%之間。八道灣組煤質(zhì)水分（Mad）在1.80%-1.84%之間；灰分（Aad）在2.84%-5.04%之間，屬于特低灰煤（SLA）；炭（Cad）含量在75.66%-79.06%之間；氫（Cad）含量在4.96%-5.30%之間。

2.4煤儲(chǔ)層的煤級(jí)及煤類特征

阜康礦區(qū)三工河煤礦西山窯組煤儲(chǔ)層R0,m在0.60%-0.64%之間，屬于中煤級(jí)煤；八道灣組儲(chǔ)層R0,m在0.53%-0.60%之間，屬于中煤級(jí)煤，煤級(jí)總體上較低，煤類西山窯組以氣煤為主，弱粘煤、長(zhǎng)焰煤次之，肥煤、氣肥煤少量。八道灣組以肥煤和氣煤為主，弱粘煤、不粘煤次之。通過(guò)分析表明，中等變質(zhì)程度的煤，是煤層氣儲(chǔ)層評(píng)價(jià)中最有利的煤級(jí)。

3　煤層氣儲(chǔ)層特征

3.1煤儲(chǔ)層的裂隙

煤的孔隙、裂隙有助于了解煤層氣在煤儲(chǔ)層內(nèi)的賦存和運(yùn)移特征。根據(jù)顯微鏡下觀察，煤儲(chǔ)層顯微裂隙系統(tǒng)可分為內(nèi)生裂隙、層面裂隙、繼承性裂隙、構(gòu)造裂隙幾種類型。三工河煤礦西山窯組煤儲(chǔ)層，寬度≤5μm，且1mm≥長(zhǎng)度＞300μm，有時(shí)呈斷時(shí)續(xù)狀延伸的裂隙占55.6%。寬度≤5μm，長(zhǎng)度＜300μm，且延伸較短的裂隙占44.4%。微裂隙面密度4.50條/cm2。八道灣組煤儲(chǔ)層，寬度＞5μm且長(zhǎng)度＞10mm的裂隙占2%-2.3%。寬度≥5μm，10mm≥長(zhǎng)度1mm且連續(xù)較長(zhǎng)的裂隙占4%-6.9%。寬度≤5μm，且1mm≥長(zhǎng)度＞300μm，有時(shí)呈斷時(shí)續(xù)狀延伸的裂隙占30.2%-34%。寬度≤5μm，長(zhǎng)度＜300μm，且延伸較短的裂隙占60.0%-60.6%。微裂隙面密度7.17-11.11條/cm2。綜合分析，八道灣組和西山窯組微裂隙發(fā)育程度相差不大，八道灣組面密度略高。

3.2煤儲(chǔ)層的孔隙特征

3.2.1煤儲(chǔ)層的孔隙度

按照孔隙直徑大小將煤孔隙分成大孔（孔徑＞103nm）、中孔(孔徑102-103nm）)、過(guò)渡孔（孔徑10-103nm））、微孔（孔徑＞10nm）4個(gè)級(jí)別。小孔-微孔是煤層的主要吸附空間，而大孔和中孔常能反映煤儲(chǔ)層的透氣性能。根據(jù)壓汞分析統(tǒng)計(jì)資料，礦區(qū)煤儲(chǔ)層孔隙具有雙峰分布特點(diǎn)，西山窯組煤儲(chǔ)層孔隙以小-微孔和中孔為主，尤其以小-微孔占優(yōu)勢(shì)，孔隙度體積在50.75%-68.81%之間，中孔的孔隙體積在17.36%-40.87%之間，大孔的孔隙體積在8.38%-13. 83%之間，八道灣組煤儲(chǔ)層孔隙以小-微孔和大孔為主，大孔的孔隙體積在44.21%-50.61%之間，小-微孔的孔隙體積在44.21%-50. 61%之間，中孔的孔隙體積在8.19%-7.10%之間。從垂向上，八道灣組煤儲(chǔ)層孔隙的雙峰分布特點(diǎn)最明顯，大孔和小-微孔比例基本相當(dāng)，接近50%；西山窯組煤儲(chǔ)層以小-微孔和中孔為主。

3.2.2煤儲(chǔ)層的孔徑分布特征

根據(jù)低溫氮吸附資料，三工河煤礦西山窯組煤儲(chǔ)層的比表面積為0.171m2/g,總孔容0.00098ml/g，平均孔徑11.573nm，微孔占10.29%，過(guò)渡孔61.71%，中孔占28.10%。大的比表面積其吸附煤層氣的能力強(qiáng)，而比表面積的主要貢獻(xiàn)者為微孔。煤層氣含氣量較大，其微孔也相應(yīng)較發(fā)育。

3.3煤儲(chǔ)層滲透性

侏羅系含煤地層煤儲(chǔ)層滲透率變化較大：西山窯組煤儲(chǔ)層的滲透率在0.321-1.10×10-3μm2之間，按照煤儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，屬于較差-中等滲儲(chǔ)層。八道灣組煤儲(chǔ)層的滲透率在2.30-13.83× 10-3μm2之間，按照煤儲(chǔ)層評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，屬于較好-好滲儲(chǔ)層，這對(duì)煤層氣的開采有利。煤儲(chǔ)層的滲透性與煤巖類型相關(guān)，從成果上看，暗煤的滲透率最低，由半暗煤-半亮煤-光亮煤，其滲透率有增高的趨勢(shì)，從垂向上看，八道灣組煤儲(chǔ)層滲透率較西山窯組煤儲(chǔ)層滲透率好（見表1）。

表1　煤儲(chǔ)層孔隙度、滲透率、巖石密度成果表

3.4煤儲(chǔ)層的等溫吸附

煤儲(chǔ)層等溫吸附試驗(yàn)可知，西山窯組煤儲(chǔ)層的蘭氏體積（原煤飽和吸附量）（VL）14.14m3/t,（可燃質(zhì)飽和吸附量）15.37 m3/t，原煤的蘭氏壓力為4.55MPa，可燃質(zhì)的蘭氏壓力為4.55MPa，說(shuō)明煤具有較好的儲(chǔ)氣能力。

影響等溫吸附特征的因素有壓力、溫度、煤級(jí)、煤巖組分、水分、礦物質(zhì)含量、氣體組分等。煤層甲烷的吸附量隨著壓力的增大而增大。溫度是對(duì)解吸起活化作用，溫度越高，物理吸附量越小，越有利于解吸，降溫有利于吸附。水分的存在降低了煤的甲烷吸附量，煤級(jí)的增高氣體的吸附能與呈波狀演化。煤的甲烷吸附量隨著煤中鏡質(zhì)組分含量增加而增大。不同的氣體組分吸附能力不同，主要是由于氣體分子和煤之間作用力不同而引起的，趨勢(shì)是N2＜CH4＜CO2。

3.4.1煤儲(chǔ)層壓力特征

煤儲(chǔ)層壓力是指煤層孔隙中的流體（包括氣體和水）壓力。煤儲(chǔ)層壓力對(duì)煤層氣含量、氣體賦存狀態(tài)起著重要作用。將儲(chǔ)層壓力劃分3種類型，正常儲(chǔ)層壓力應(yīng)等于9.5-10.0KPa/m，低壓＜9.5KPa/m，高壓＞10.0KPa/m。儲(chǔ)層壓力是通過(guò)試井二獲得的。由于該區(qū)沒有專門的煤層氣試井鉆孔，無(wú)法獲得原始煤層儲(chǔ)層壓力的狀況，通過(guò)準(zhǔn)南煤田的參數(shù)井可知，該區(qū)煤層儲(chǔ)層壓力在0.84-0.90MPa/100m。從單一鉆孔中不同埋深不同儲(chǔ)層試井獲得的儲(chǔ)層壓力發(fā)現(xiàn)，隨著煤儲(chǔ)層埋深增加，煤儲(chǔ)層壓力增大。

3.4.2水文地質(zhì)特征

阜康礦區(qū)三工河煤礦煤礦內(nèi)主要充水因素為大氣降水，正常涌水量為5立方米/小時(shí)，水文地質(zhì)條件屬簡(jiǎn)單類型。

4　煤層氣資源預(yù)測(cè)

根據(jù)煤層氣勘查的現(xiàn)有情況，采用體積法估算煤層氣資源量。阜康礦區(qū)煤層氣資源量1164.57×108m，豐度4.02×108m3/km2，地質(zhì)儲(chǔ)量豐度高。

5　煤層氣開發(fā)的意義

煤層氣作為潔凈能源，是21世紀(jì)的提倡使用的主要能源，煤層氣資源的開發(fā)與利用，對(duì)于遏制能源污染，改善生態(tài)環(huán)境，促使環(huán)保事業(yè)的發(fā)展均具有重要的戰(zhàn)略意義。

[1]楊起等，主編.中國(guó)西北煤層氣地質(zhì)與資源綜合評(píng)價(jià).北京：地質(zhì)出版社，2005.6.

[2]李瑞明等，主編.新疆烏魯木齊河?xùn)|、河西礦區(qū)煤層氣評(píng)價(jià)，2002年.

F407.1[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-45-2

李斌（1981～），男，畢業(yè)于長(zhǎng)安大學(xué)資源勘查工程，地質(zhì)工程師。