阜康市白楊河礦區煤層氣成因研究

馬何龍 張 偉 毛德雷

(1.新疆煤田地質局一五六煤田地質勘探隊，新疆 830009；2.中聯煤層氣國家工程研究中心有限責任公司，北京 100095)

1 礦區地質特征

1.1 構造

白楊河礦區位于阜康市東40km處白楊河西岸，其位于北天山褶皺帶，博格多復背斜以北，準噶爾坳陷區以南的黃山—二工河向斜北翼，總體上構造為地層南傾的單斜構造，走向為近東西向，地層傾角30°～58°，平均為46°，總體產狀變化不大。

1.2 水文

根據礦區水化學特征在煤系地層中，由于上部燒變巖裂隙極發育，地層滲透性強，白楊河水的逕流和補給條件佳，地下水運移較快，礦化度相對較低，也可以說明地下水在運移過程中，由于白楊河水補給充足，水質相對變化不大，礦井水屬淡水，中性水，微硬水。而深部的煤層氣井的井口排水管線采出的煤層水，水的礦化度已遠高于地表水及淺部水的礦化度，水化學類型為NaHCO3型，說明深部煤層水動力強度變弱，并且與外界溝通也變弱，即說明礦區煤層氣處于一個封閉的、弱水動力條件下的保存環境，該環境有利于煤層氣的保存富集。

1.3 煤層

礦區主要含煤地層為八道灣組下段(J1b1)和八道灣組中段(J1b2)。八道灣組下段(J1b1)地層含45、44、43、42、41、40和39七層煤，本次研究對象主要為39、41、42號煤層，以下對三層煤進行評述：39號煤層在淺部火燒，含夾矸0～4層，煤層總厚7.33～24.51m，平均13.35m；可采厚度5.74～17.20m，平均10.58m；為全區可采的穩定厚煤層；41號煤層在煤層淺部火燒，煤層總厚3.67～10.7m，平均7.69m；可采厚度3.67～10.7m，平均7.55m，夾矸0～4層，巖性為粉砂巖，結構簡單～較簡單，為一全區可采的穩定的煤層；42號煤層淺部火燒。煤層總厚8.11～25.01m，平均17.82m；可采厚度8.11～22.85m，平均17.58m。含夾矸0～3層，結構簡單，為一全區可采的穩定的巨厚煤層。

2 礦區煤層氣地質特征

2.1 煤的元素組成

由表1知一般碳含量為79.38%～94.48%，氫含量為1.69%～5.77%，氮含量1.06%～1.83%，氧加硫含量為2.59%～13.53%，故各煤層同一元素的含量都較接近，都在我國相同煤類的變化范圍之內，說明其為有機成因。

表1 各煤層浮煤元素分析兩極值/平均值分析表

2.2 煤巖顯微組分特征及煤類

(1) 煤巖顯微組分特征

根據鏡下觀察，區內的煤均由有機質和無機質構成，有機質總含量平均為62.3%～96.3%，無機質總含量平均占3.8%～37.7%，各煤層的有機質組份大多以鏡質體為主，惰質體次之，半鏡質體和殼質體少量。各煤層的有機質中，鏡質組分平均占37.8%～87.6%，主要以無結構鏡質體中的基質鏡質體和碎屑鏡質體為主。半鏡質體：半鏡質組分平均占0～16.6%，主要為基質半鏡質體。惰質體：惰質組分平均占1.70%～65.2%，主要以絲質體和半絲質體為主，可見碎屑惰質體。39煤層鏡煤最大反射率平均為0.73%～1.01%，平均為0.90%，其變質階段屬Ⅱ～Ⅲ階。41號煤層鏡煤最大反射率平均為0.80%～0.90%，平均為0.85%，其變質階段屬Ⅱ～Ⅲ階。42號煤層鏡煤最大反射率平均為0.60%～0.99%，平均為0.70%，其變質階段屬Ⅱ～Ⅲ階。綜上，三層煤鏡煤最大反射率為0.60%～1.01%，煤變質階段屬Ⅱ～Ⅲ階。

(2)煤類

由表2知區內的煤類主要為QM，是較好的煉焦配煤，也可以用作單煤高溫干餾來制造城市煤氣和低溫干餾煉油原料；其它煤煤類主要為RN、WY、RN、SM。

表2 各煤層煤分類情況一覽表

綜上可以看出：勘查區內煤鏡煤最大反射率為0.60%～1.01%，煤類主要為QM，達到成熟階段。

2.3 煤層氣組分特征

本次采自鉆孔中取樣測試所得化驗成果：39號煤層氣體組分中，甲烷含量在73.13%～92.73%，平均含量為87.39%；二氧化碳含量6.48%～23.89%，平均含量為10.83%；氮氣含量在0.10%～4.73%；乙烷及其他重烴含量在0.06%～2.22%為濕氣；41號煤層氣體組分中，甲烷含量在68.07%～92.73%，平均含量為78.78%；二氧化碳含量6.48%～27.95%，平均含量為18.69%；氮氣含量在0.06%～19.78%，平均含量為1.37%；乙烷及其他重烴含量在0～2.63%，平均含量為1.14%為濕氣。42號煤層氣體組分中，甲烷含量在67.22%～88.48%，平均含量為77.24%；二氧化碳含量10.04%～25.37%，平均含量為20.15%；氮氣含量在0.12%～15.31%，平均含量為1.39%；乙烷及其他重烴含量在0～2.63%，平均含量為1.22%為濕氣。除此之外從煤層氣井井口出氣管線采氣樣，來測試煤層產出氣的氣體組分，通過化驗分析得出，煤層氣井井口氣體組分中主要成為為CH4，其次為CO2，其中CH4含量全部大于80%，皆為濕氣特征。

2.4 煤層氣地球化學特征

礦區內煤層氣甲烷碳同位素(表3)分析表明：氣體甲烷碳同位素δ13C1在-55.92‰～-65.75‰ 之間，平均甲烷同位素為-59.43‰。其中， 41號甲烷碳同位素一般在-62.52‰～-65.75‰ 之間，平均甲烷同位素為-64.14‰；42號甲烷碳同位素一般在 -57.35‰～-58.46‰之間，平均甲烷同位素為 -57.79‰， 煤層的甲烷碳同位素均較輕，均小于-55‰，具生物成因氣特征。據目前資料看，微生物活動普遍參與了煤層甲烷氣的形成，它使得煤層甲烷含量增加，強化了瓦斯排出。南緣東部大黃山煤礦中北大槽煤層瓦斯含量高，日排放瓦斯氣量2000多m3，成分以甲烷為主，甲烷碳同位素比值為-61.72‰。，說明微生物參與了成氣作用，南緣還有一些零星氣苗，亦有可能屬于生物成因的煤層甲烷氣。

表3 天然氣組分及碳同位素組成特征

3 結論

區內鏡煤最大反射率為0.60%～1.01%，煤變質階段屬Ⅱ-Ⅲ階，煤階主要為QM，煤層氣組分中甲烷CH4含量67.22%～92.73%，二氧化碳CO2含量6.48%～27.95%，氮氣N2含量在0.06%～19.78%，乙烷及其他重烴含量在0.06%～2.63%，甲烷碳同位素δ13C1在-55.92%～-65.75‰之間，綜上認為區內煤層氣成因為：前期熱解成因氣以及后期次生生物成因氣而形成的混合成因氣。

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