準噶爾盆地南緣呼圖壁南區塊煤層氣賦存條件分析

黃 濤 王 剛 楊曙光 董林根

(1.新疆煤田地質局一六一煤田地質勘探隊，新疆 830009；2.新疆煤田地質局煤層氣研究開發中心，新疆 830091)

近年來，隨著沁水、鄂東等煤層氣產業發展，新疆煤層氣產業化進程逐步加快，煤層氣勘查在全疆各主要煤礦區尤其是高瓦斯區域全面展開，但整體勘查程度仍然很低。呼圖壁南區塊作為煤層氣勘查空白區，東鄰硫磺溝區塊，西接呼圖壁礦區，尤其硫磺溝礦區的煤層瓦斯含量高、煤層氣勘查潛力大，毗鄰的呼圖壁南區塊也應具有煤層氣賦存條件，本文將對構造、沉積、水文地質等地質特征與煤層氣賦存潛力進行簡析。

圖1 呼圖壁南區塊構造綱要圖

1 構造地質概況

研究區位于天山北側、準噶爾盆地南緣。受逆沖推覆帶的擠壓型區域構造影響，研究區總體呈北偏東傾向的單斜構造，地層傾角在8°～45°。受構造擠壓影響，淺部地層傾角較陡，向深部逐漸變緩，此外走向方向上，自西向東地層傾角逐漸由緩變陡。

構造斷裂較簡單，研究區內有2條斷層構造，并在單斜背景下發育微向斜W1和微背斜M1，具有一定褶皺特征(圖1)。

2 沉積與煤田地質特征

2.1 沉積環境與地層

研究區出露的地層主要有下侏羅統三工河組、中侏羅統西山窯組、頭屯河組、上侏羅系統齊古組和少量的第四系，中侏羅統西山窯組是本區的含煤地層。

西山窯組地層呈北西-南東向展布，為一套湖濱三角洲沉積環境中形成的泥炭沼澤相、河流相、覆水沼澤相的含煤碎屑沉積，主要巖性為灰白色、灰黃色薄層礫巖、砂礫巖、砂巖、粉砂巖互層夾煤層、煤線、泥巖及炭質泥巖薄層。

根據地層的巖性、巖相特征及含煤性差異，本組自下而上分為下段(主含煤段)、上段(砂礫巖段)，具體特征如下：

(1)西山窯組下段

屬湖沼相、泥炭沼澤相沉積，以細顆粒為主，巖性主要為灰色、灰黑色粉砂巖、泥巖及灰白色厚層-中厚層中粗砂巖、炭質泥巖及煤層。含煤13層，煤層總厚度5.72～81.11m，平均總厚度35.75m。底部為灰白色粗砂巖，層位穩定，可作為與下伏地層分界標志。地層厚度199.25～328.43m，平均總厚度249.72m。

(2)西山窯組上段

以河流相沉積為主，以粗顆粒為主，巖性主要為灰色中砂巖、粗砂巖、含礫粗砂巖夾粉砂巖。下部為淺灰色厚層-巨厚層含礫中粗砂巖，底部為淺灰色厚層-中厚層含礫粗砂巖，為上、下段分界標志。地層厚度95.33～198.23m，平均總厚度159.99m。

2.2 煤層及空間展布特征

呼圖壁南區中侏羅統西山窯組為本區主要含煤段，地層顏色以灰黑、灰色為主，巖性以煤、炭質泥巖、細粉砂巖為主，夾中厚-厚層粗砂巖，含薄層褐鐵條帶。地層總厚276.13～654.89m，平均厚度594.94m，含煤13層，煤層累計厚度可達81.11m，自下而上編號為：B1、B2、B3-1、B3-2、B4、B5、B6、B7、B8、B9、B10、B11、B12。煤層平均總厚度35.75m，中侏羅統西山窯組下段的含煤系數為6%。

本區域的穩定煤層有4層，分別為B2、B3-1、B3-2、B7號煤層，累計厚度可達62.29m，平均厚度為26.27m(表1)。煤層厚度由深部向露頭區、由南東向北西有所變薄。

表1 呼圖壁南區塊主要煤層厚度特征表

2.3 煤變質程度及煤類

鏡質體反射率是確定各種煤變質程度的重要指標，根據測定數據，呼圖壁南區內煤層鏡質體反射率在0.55%～0.93%，變質階段在Ⅰ～Ⅲ階，屬中低變質階段。

由于成煤后期的變質作用和構造變形差異較小，所以區內煤種單一，主要煤質指標變化幅度小，屬較穩定煤層。下部煤層是在覆水較淺的氧化環境中沉積的，上部煤層是覆水較深的還原環境中沉積的，所以上部煤層淺部多為21不粘煤，下部煤層深部多為31不粘煤。

3 水文地質特征

3.1 含水層特征

根據含水性，研究區地層共劃分6個含水層或隔水層，自淺而深依次為：第四系孔隙潛水含水層、侏羅系上統齊古組相對隔水層、侏羅系中統頭屯河組裂隙孔隙弱含水層、侏羅系中統西山窯組裂隙孔隙弱含水層、侏羅系下統三工河組相對隔水層、燒變巖裂隙潛水含水層。

西山窯組砂巖層間承壓水層特征：上部為泥質粉砂巖、細砂巖夾中、粗粒砂巖，局部含礫巖；中部為泥巖、中、細粒砂巖夾煤層；下部為泥巖、煤層、粉砂巖、中粗粒砂巖；底部一般為中粗粒砂巖局部含礫石。

3.2 補徑排條件

地下水的形成主要靠大氣降水滲透以及河水的側向補給，地質構造、地貌條件、水系分布與氣候因素決定各區域地下水的形成、分布、賦存與排泄。

呼圖壁南區塊為準噶爾盆地南緣、天山北坡補給區地帶，有利于接受大氣降水、冰川融水/河水的補給，受水文、氣象、河流因素的影響而有所差異。一般來說，河流兩側的地層接受河流側向補給最為有利，遠離河流的地層則不利于河流側向補給。由于盆地中心海拔相對較低、本區塊海拔相對較高，因此地下水向盆地中心徑流排泄。河水由南向北徑流，最終流入水庫或消失于戈壁平原。第四系松散堆積層，為地下水的賦存提供了良好的地質條件。侏羅系碎屑巖類表層風化帶裂隙孔隙水，基本位于侵蝕基準面之上，徑流途徑短，就地補給，就地排泄，或沿途下滲補給深部巖層地下水。

研究區內地層以沉積碎屑巖類為主，巖性主要為砂巖、礫巖、泥質粉砂巖及泥巖。大氣降水和河流側向補給是地下水的主要補給源。在第四系碎屑巖較發育的低洼處或溝谷中，可形成松散沉積物孔隙潛水。

4 煤層氣賦存條件分析

煤層氣藏的保存條件主要包括三方面：頂底板特性、構造條件及水文地質特征，一般可形成承壓水滯留型、水動力圈閉型、斷塊圈閉型、背斜圈閉型等多種煤層氣藏類型。在構造復雜的準噶爾盆地南緣區域，煤層氣成藏條件復雜、類型多樣。

4.1 煤層頂板條件

本區塊西山窯組賦煤地層中，煤層頂底板巖性為泥巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、細砂巖、中-粗砂巖，泥質膠結，薄層或中厚層狀結構。主要煤層的頂底板厚度穩定，同煤層展布相似，具有較好的封隔條件。

4.2 構造圈閉條件

構造運動對煤層氣具有一定的控制作用，由于構造擠壓，區內總體為一傾向北偏東的單斜構造。地層傾向6°～50°，地層傾角一般在8°～45°，其總體特征為：沿傾向，淺部較陡、向深部逐漸變緩；沿走向，自西向東逐漸由緩變陡。區內發現有斷層構造2條，另發育次一級向斜W1和背斜M1，可作為含氣構造。

4.3 煤層氣賦存條件分析

(1)圍巖保存條件

研究區內煤層頂底板巖性致密且穩定，蓋層條件較好；煤層層數多、厚度大，對煤層氣保存起到滲透性封閉、烴濃度封閉等多重封堵作用；煤系地層中，西山窯組地層巖性以細碎屑巖為主，圍巖的巖性及厚度對煤層氣的保存很有利。

(2)水文地質條件分析

水文地質條件對煤層氣藏形成有兩方面影響，一方面是低礦化度地表水補給控制低煤階次生生物煤層氣生成，另一方面是承壓滯留水環境有利于煤層氣吸附、聚集成藏。

研究區內煤層以中低煤階為主，大氣降水及冰川雪融水補給較為充足，有利于低煤階煤層產生次生生物氣，此外，中煤階煤層已進入熱解生氣階段，也有一定熱成因氣存在，煤層的綜合生氣條件較好。

對于單斜背景條件的研究區，地表水從淺部向深部滲流，流速逐漸滯緩，形成承壓水環境，煤層氣礦化度較高，有很好的煤層氣吸附-聚集潛力。

(3)煤層氣成藏潛力分析

從煤層、構造、圍巖、水文地質條件綜合分析，呼圖壁南區塊的煤層生氣、聚集條件有利，在深部地層具有微背斜控氣、單斜承壓滯留水控氣等多種聚氣類型存在，有利于煤層氣聚集成藏。煤層氣勘查中注重此類聚氣部位的優選。

5 結論

(1)呼圖壁南區塊中侏羅統西山窯組下段為主力含煤層段，賦存主力煤層4層，空間展布穩定，煤層鏡質體反射率在0.55%～0.93%，屬中低變質程度。

(2)研究區地層可劃分為6個含水層或隔水層，西山窯組含煤地層為裂隙孔隙弱含水層。在天山北坡位置，可接受大氣降水、冰川融水/河水的側向補給。

(3)研究區的單斜背景條件，地表水從淺部向深部滲流，流速逐漸滯緩，形成承壓水環境，煤層氣礦化度較高，有很好的煤層氣吸附-聚集潛力。

(4)呼圖壁南區塊的煤層生氣、聚集條件有利，在深部地層具有微背斜控氣、單斜承壓滯留水控氣等多種聚氣類型存在，有利于煤層氣聚集成藏。