雞西煤田合作區塊含煤系地層含氣性分析

楊欣欣

（黑龍江省煤田地質測試研究中心，黑龍江 哈爾濱 150046）

雞西煤田是黑龍江省重要的煤炭生產基地之一，為國家提供了大量煤炭資源。雞西煤田合作區塊地質條件優越，適合煤層發育，煤層分布面積較大，可采煤層較厚，為煤層氣的生成和儲集創造了有利條件。合作區塊是雞西煤田的重要產煤區，今年做煤炭勘探的同步做了煤層氣評價。為了探索雞西煤田合作區塊煤層氣成藏的控制因素，采集主要煤層樣品，進行現場試驗和實驗室分析，得到合作區塊的煤層煤質和含氣性數據，經綜合研究獲得合作區塊的煤層氣含氣性特征，進而指導下一步煤層氣勘查與煤礦瓦斯防治。

1 地質概況

雞西盆地位于黑龍江省東南部，興凱湖-布列亞山地塊區老爺嶺地塊佳木斯隆起帶麻山隆起的雞西凹陷區。雞西煤田東南端受控于敦化-密山斷裂，西、北側為剝蝕邊界，東部收斂于密山以西。盆地中部由于存在橫貫東西的平麻斷裂，使盆地分為北、南兩個凹陷區。雞西煤田南、北兩個凹陷區均為大型復向斜構造。其構造線方向兩個條帶基本一致，南部條帶呈北東向、北部條帶由西部東西向變為東部的北東～北東東向。合作區塊位于雞西盆地南部條帶的中部，麻山～平陽逆沖斷裂和敦化～密山斷裂中間。

雞西盆地白堊系下統穆棱組（K1m）和城子河組（K1c）為雞西煤田各個勘查區塊主要含煤地層，發育于整個雞西煤田，為本區塊的主要含氣目的地層。上部的穆棱組煤層發育范圍廣，分布面積廣，以薄煤 層為主，中厚層次之，未見厚煤層。煤層結構比較簡單，以單一煤層為主，復煤層較少。巖性以灰白色粉砂巖、淺灰色粉砂質泥巖、灰黑色泥巖為主，局部夾炭質泥巖、煤層和灰綠色、灰白色凝灰巖，下部砂巖層與下伏地層整合接觸。下部的城子河組煤層埋藏較深，發育范圍較小，以薄煤層為主，中厚煤層次之，厚煤層少見，巖性以灰白色、淺灰色粉砂巖，粉砂質泥巖，泥質粉砂巖，灰白色細砂、粗砂巖，灰黑色泥巖為主，局部夾炭質泥巖、煤層。不同的地方同一煤層往往是厚薄不均，經常由薄變厚或由厚變薄。

2 含氣性分析

根據錄井綜合解釋的主要含氣井段和現場采樣測試結果，一共采集各類樣品64個。測得含氣量為：空氣干燥基氣含量1.41～12.31cm3/g，平均為4.94cm3/g；甲烷CH4含量1.18～14.18cm3/g，平均為4.74cm3/g。氣成分為：甲烷（CH4）69.87%～93.82%，平均83.87%；二氧化碳（CO2）0.48%～29.19%，平均4.96%；氮氣（N2）0.91%～23.54%，平均11.11%；乙烷及重烴（C2+）0～1.59%，平均0.07%。本區塊含氣量較高，氣成分以甲烷為主，雖然個別二氧化碳（CO2）或者氮氣（N2）含量較高，不影響本區塊煤層氣的下一步開發利用。

等溫吸附試驗顯示：吸附時間一般為1.53～35.26d，平均11.43d?？諝飧稍锘鵏angmuir體積5.58～20.48cm3/g，平均為12.27cm3/g；臨界解吸壓力0.56～5.59MPa，平均為1.88MPa。空氣干燥基含氣飽和度為50.09%～113.91%，平均78.14%。

3 煤質特征

3.1 宏觀煤巖特征和顯微煤巖特征

本區塊可采煤層的宏觀煤巖類型以半亮煤為主，局部為暗煤或亮煤。煤巖成分多以亮煤為主，亮煤成分一般大于60%。煤體較堅硬，以原生結構煤為主，局部見碎裂結構煤。煤芯多呈柱狀，柱長0.8～11.5cm，塊狀次之，塊的大小1.0～8.0cm，層理較清晰，多數亮煤中發育一組裂隙，5～24條/5cm。煤顯微組分測定顯示，有機組分占總量的85.14%：鏡質組、惰質組、殼質組分別占79.44%、3.86%、1.84%；無機組分占總量的16.35%：粘土類、氧化物類、碳酸鹽類、硫化物類分別占14.3%、0.51%、0.4%、0.2%。煤的有機組分以鏡質組為主，其次為惰質組和殼質組，無機組分以粘土礦物為主，氧化物、碳酸鹽礦物、硫化物較少，其中碳酸鹽礦物、硫化物不是所有都有檢出。有機組分以鏡質組為主，主要為均質鏡質體和基質鏡質體，其次為團塊鏡質體和結構鏡質體及少量的碎屑鏡質體、團塊半鏡質體和結構半鏡質體；惰質組主要為絲質體、半絲質體，其次為惰質體或碎屑惰質體，少見菌類體；殼質組主要為小孢子體，其次為角質體和樹脂體，少見大孢子體和木栓質體；無機組分主要為粘土礦物，為棕色-黑棕色-黑棕色細粒狀聚集體及黑色細粒狀粘土，氧化物為石英，碳酸鹽礦物主要為方解石，其次為菱鐵礦，硫化物為黃鐵礦。最大鏡質體反射率為0.63%～0.94%，平均0.78%，鏡質體反射率表現為隨埋深的增大而增大。根據反射率值劃分煤階為氣煤-肥煤。圖1為含氣量與埋深的關系圖，從圖1中可看出含氣量隨埋深增加稍有增加，有略微上升趨勢，但分布較離散，總體上城子河組煤層含氣量略比穆棱組煤層含氣量大。圖2為最大鏡質體反射率RO,max與煤層埋深關系圖，從圖2中可知最大鏡質體反射率（RO,max）隨埋深的增大而呈增大趨勢，即總體上城子河組煤層RO,max比穆棱組煤層RO,max要大。

圖1 含氣量與埋深的關系圖

圖2 最大鏡質體反射率RO,max與煤層埋深關系圖

3.2 煤質分析

根據要求采取了各主要可采煤層樣品，經試驗室分析獲得了主要煤層的工業分析、元素分析、全硫、有害元素等數據。分析采集的64個樣品，獲得：水分（Mad）為0.17%～3.12%，平均為1.09%；灰分（Ad）為7.06%～49.12%，平均為25.48%，大多為低灰煤～中灰煤，特低灰和高灰煤相對較少；揮發分（Vdaf）為32.19%～42.43%，平均為37.91%，為高揮發分煤；固定碳（FCd）為29.77%～61.00%，平均為44.42%；干燥基高位發熱量（Qgr,d）32.72～41.36MJ/kg，平均為 34.72MJ/kg，屬于特高發熱量煤。真密度為1.36～1.76g/cm3，平均1.54g/cm3；視密度為 1.28～1.60g/cm3，平均 1.42g/cm3；孔隙度為5.41%～9.09%，平均6.29%。原煤全硫（St,d）0.14%～0.48%，以有機硫為主，均為特低硫煤。磷（P,d）為0.009%～0.136%，屬低磷煤～高磷煤。氯含量在0.006%～0.099%之間，均屬特低氯煤～低氯煤。可采煤層砷的平均含量均不超過2μg/g，均為一級含砷煤，沒有達到有害程度。

3.3 煤的工藝性能

經工藝性能分析，所采煤樣具有一定的粘結性，軟化溫度ST在1100℃～＞1500℃之間，分煤層平均為1235℃～＞1500℃之間，屬較高軟化溫度灰煤。煤灰流動溫度為1279℃～1468℃之間，屬于中等流動溫度灰～較高流動溫度灰。煤灰以Si02和A1203為主要成分，灰分成分中Si02含量為47.43%～54.81%，A1203含量為28.94%～42.19%。粘結指數為3～94，膠質層最大厚度為5.0～17.5mm。哈氏可磨性試驗可磨性指數為52～63，為中等可磨煤～較難磨煤。

4 結論與建議

（1）氣體成分分析表明：甲烷（CH4）平均占83.87%；二氧化碳（CO2）平均占4.96%；氮氣（N2）平均占11.11%；乙烷及重烴（C2+）平均占0.07%，極少。

（2）含氣量隨埋深增加稍有增加，有略微上升趨勢，但分布較離散，總體上城子河組煤層含氣量略比穆棱組煤層含氣量大。

（3）合作區塊擁有適合煤層氣生成和儲集的地質條件，各主要可采煤層氣含氣量較高，可進一步勘查與開發。