庫拜煤田鐵西礦區煤層氣成藏條件分析

李萬軍 杜世濤

(新疆維吾爾自治區煤田地質局，新疆 830091)

1 區域地質背景

塔里木盆地位于我國西北部，新疆天山以南，是一個被天山山脈、喀喇昆侖山系、昆侖山系和阿爾金山環繞的大型內陸山間盆地。庫車坳陷位于塔里木盆地北部，是以上古生界二疊系為基底，以中、新生界為蓋層的中、新生帶沉積坳陷，包含北部單斜帶、克拉蘇沖斷帶、秋里塔格沖斷帶、依奇克里克沖斷帶、拜城凹陷、烏什凹陷、陽霞凹陷、以及南部斜坡帶在內的八個構造單元(圖1)。

圖1 庫拜煤田鐵西礦區地質概況圖

庫拜煤田位于庫車坳陷的北部單斜帶內，本次研究區為庫拜煤田鐵西礦區(鐵列克礦區以西部分)，庫拜煤田內構造較為簡單，包含F1逆斷層、F2正斷層以及F3正斷層等，均為區域性大斷裂，F1逆斷層是煤田北部邊界斷層，F2、F3正斷層位于煤田以南；烏迪克背斜和烏迪克向斜，位于煤田以南，屬于大型褶皺，為含氣構造。

根據鉆探揭露及自然出露可知，研究區出露地層包括：中生代下侏羅統陽霞組(J1y)和塔里奇組(J1t)、中侏羅統克孜勒努爾組(J2k)、七克臺組(J2q)及新生代第四系上更新統(Q3)，含煤地層為下侏羅統塔里奇克組、陽霞組及侏羅系中統克孜努爾組。塔里奇克組煤層全區發育，含煤層2至15層，編號為A1至A15，單層煤層層厚為 0.09～25.10m，含夾矸0～3層，煤層結構簡單至中等，煤層平均總厚28.99m，含煤系數為12.60%。陽霞組煤層含煤層6層，厚度在0.53～8.56m，煤層埋深由西向東逐漸變淺。克孜努爾組煤層全區發育，厚度在0.87～3.6m，煤層全區可采。

2 煤儲層物性特征

2.1 煤巖組分特征

庫拜煤田鐵西區內主力煤層鏡質組最大反射率為0.31%～1.96%，平均值約為1.41%，屬于長焰煤-肥煤階段。主力煤層煤巖有機組分鏡質組最多，含量介于50.00%～88.50%，平均為68.23%；惰質組含量次之，介于11.30%～47.80%，平均為29.09%；殼質組最少，介于0～0.40%，平均為0.06%。根據煤巖鑒定其顯微煤巖類型分類，區內各煤層主要顯微煤巖類型變化大致趨勢為從淺到深由微泥質煤向微鏡惰煤轉變。

2.2 煤質特征

研究區內主力煤層原煤空氣干燥基水份Mad在0.45%～2.72%，平均0.76%～1.03%，浮煤空氣干燥基水份Mad含量在0.58%～3.91%，平均0.80%～1.62%；原煤干燥基灰分產率(Ad)在2.48%～18.62%，平均值9.11 %；原煤干燥無灰基揮發分產率(Vdaf)在15.21%～31.90%，平均值21.17%。根據GB/T 15224.3—2010評價標準整體上來看，庫拜煤田鐵西區主力煤層煤層總體屬于低水份，特低灰-低灰，中高-高揮發分煤。

2.3 孔滲特征

煤中氣體的吸附、解析過程與煤中孔隙發育程度具有很強的相關性，同時為了進一步加深庫拜煤田煤層氣開發和利用工作，因此本次對煤中孔隙特征研究是非常有必要的。研究區內煤樣孔隙結構以中孔為主，大孔次之。中孔孔容大小平均為0.1177cm3/g，大孔孔容大小平均為0.0348cm3/g，中孔體積比例平均為60.57%，大孔體積比例為30.42%。總體來看煤層屬于低孔隙度的致密型儲層，中孔較發育，大孔次之，微孔、過渡孔發育較少，氣體層流運動空間充裕，利于煤層氣的運移，有利用區內煤層氣的開發，因此認為區內煤儲層孔隙度對煤層氣的富集有利。

目前，獲得煤儲層滲透率的主要方法是通過注入/壓降試井試驗后分析獲得。根據注入/壓降測試的結果(表1)，鐵西區內B1號煤層的滲透率在0.02～8.51mD之間，平均滲透率為1.92mD；C2號煤層測試滲透率為0.17～3.08mD，平均0.95mD。趙慶波(1999)根據滲透率的不同，對煤儲層滲透性劃分如下：高滲(大于5mD)；較高滲(0.5～5mD)；中滲(0.1～0.5mD)；低滲(小于0.1mD)，因為對照該標準鐵西區內煤儲層滲透率為中-低滲。

表1 鐵西區內試井滲透率統計表

圖2 鐵西區主力煤層解吸氣體濃度分布直方圖

2.4 含氣性特征

通過測試可知區內主力煤層CH4含量介于91.73%～98.59%，平均含量為94.72%，含量在95%以上的占大部分；從CO2含量0.11%～2.42%，平均含量為1.16%，含量集中在6%～12%；氮氣含量在0.10%～4.73%，平均含量為1.38%；乙烷及其他重烴含量在0.06%～2.22%，平均含量為0.46%。整體看來該區主力煤層的氣體組分以CH4為主，CO2含量其次，其他氣體含量較少。

3 影響煤層氣成藏的其他因素

3.1 自然地理因素

研究區位于天山南麓，塔里木盆地北緣山前低中山區，地勢總趨勢呈北高南低，西高東低的中低山區，地表植被不發育，呈典型的荒漠戈壁景觀。屬于溫帶大陸性干旱氣候，降水稀少，夏季炎熱，冬季干冷，年溫差和日溫差均較大。同時研究區內季節性沖溝發育，沖溝多自北向南切割整個侏羅紀煤系地層，沖溝僅在每年融雪期和雨季才形成短暫水流。新疆的干旱氣候會導致煤儲層氧化風化嚴重，使得淺部煤層氣大量逸散，加深甲烷風化帶。

3.2 火燒區因素

研究區地表大部分為煤層自然后形成的紅色燒變巖所覆蓋，燒變巖具有基巖破碎、裂隙發育，即具有較大的滲透系數的特征，富水性和導水能力較好。火燒區通過高山融雪以及少量的大氣降水以及山泉水補給，易在火燒區的低洼地帶形成滯水層。火燒區滯水層位于煤儲層上部，抑制了煤層氣的逸散，形成有力地封堵，有利于煤層氣的儲存。同時火燒的過程可提供大量的生物有機質，已形成甲烷菌，可以為次生生物氣的形成提供大量的原料，有利于次生生物氣的形成。

3.3 構造因素

研究區區地處塔里木盆地北緣，盆緣以受大規模側向擠壓作用形成的推覆變形為主，屬高地應力區，煤體結構受其影響，受構造破壞作用較大，易形成構造煤；區內構造相對簡單，煤系地層走向總體近東西向，向南傾斜的單斜構造，鐵西區內拜城礦區發育小型褶皺和斷層，構造復雜程度中等，利于煤層氣的保存。