彭文利，薛　冽，胡　斌，其其格

（中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所，新疆烏魯木齊830013）

準(zhǔn)噶爾盆地東部煤層氣地質(zhì)特征及有利區(qū)優(yōu)選

彭文利，薛冽，胡斌，其其格

（中國石油新疆油田分公司勘探開發(fā)研究院地球物理研究所，新疆烏魯木齊830013）

對準(zhǔn)噶爾盆地東部基礎(chǔ)資料進(jìn)行分析，研究了中—下侏羅統(tǒng)西山窯組和八道灣組煤層分布特征、煤巖煤質(zhì)、儲層物性及等溫吸附特性、含氣性，煤層氣成因類型及成藏條件等，預(yù)測了準(zhǔn)噶爾盆地東部煤層氣勘探潛力。結(jié)果表明，準(zhǔn)噶爾盆地東部侏羅系煤層分布廣泛、厚度大，煤巖煤質(zhì)較好 （灰分、水分含量低，相對富含鏡質(zhì)組），煤儲層物性較好、吸附性能為中等—差，煤層氣資源豐富、成藏條件較好，勘探潛力巨大。根據(jù)建立煤層氣資源豐度、煤層厚度、氣含量、吸附飽和度、煤層原始滲透率、構(gòu)造發(fā)育程度及水文地質(zhì)條件參數(shù)建立選區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)，對工區(qū)煤層氣有利區(qū)進(jìn)行篩選，優(yōu)選了準(zhǔn)東烏魯木齊—大黃山、沙帳、白家海地區(qū)為煤層氣勘探的有利目標(biāo)區(qū)域，合計面積達(dá)2630km2，合計資源量3000×108m3，具有較大的勘探潛力。

準(zhǔn)噶爾盆地東部；侏羅系；煤層氣；評價標(biāo)準(zhǔn)；有利區(qū)

準(zhǔn)噶爾盆地位于新疆北部，面積約為13× 104km2，是一個大型含煤盆地，是我國西北地區(qū)中—下侏羅統(tǒng)煤系分布最廣、煤層氣資源豐富的盆地。主要為低變質(zhì)長焰煤，其次有少量的肥煤，均屬低階煤。盆地東部含煤層系為侏羅系西山窯組、八道灣組，煤層分布廣泛，厚度大，存在多個富煤中心，煤炭資源豐富，具備雄厚的煤層氣勘探資源基礎(chǔ)，目前是煤層氣勘探程度相對較高的區(qū)域。截至目前，盆地東部共實施了23口煤層氣探井，其中2/3為參數(shù)井，該區(qū)A井、B井、C井經(jīng)測試煤層含氣量較高，顯示了該區(qū)低階煤良好的勘探前景。近年來，新疆油田公司先后利用22井、23井、011井、8井、H1井等5口井。油氣探井獲取了煤巖巖心，并進(jìn)行了煤巖工業(yè)分析、顯微組分、成熟度、孔滲物性、等溫吸附性、氣體組分及其碳?xì)渫凰販y定，為該區(qū)煤層氣勘探潛力評估提供了數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。

1　煤層地質(zhì)特征

準(zhǔn)噶爾盆地東部含煤地層為下侏羅統(tǒng)的八道灣組和中侏羅統(tǒng)的西山窯組，煤層分布廣泛，厚度大，存在多個富煤中心，煤炭及煤層資源豐富［1-3］。

1.1煤層分布特征

下侏羅統(tǒng)的八道灣組煤系地層在準(zhǔn)噶爾盆地東部分布總規(guī)律是南厚北薄，煤系地層厚的地區(qū)，煤層也厚，八道灣組煤層厚度為0～108m，埋深小于2000m的煤層主要分布于烏魯木齊—大黃山、沙帳地區(qū)。

西山窯組煤系地層在準(zhǔn)噶爾盆地東部分布廣，其底部煤層分布廣泛且穩(wěn)定，存在多個聚煤中心。南部富煤區(qū)位于硫磺溝—阜康一帶，含煤層2～35層，總厚可達(dá)187m；白家?！文系貐^(qū)，含煤層1～3層，厚度為5～20m；北部西山窯組含煤層1～26層，厚度為5～85m，分為沙帳、大井、梧桐窩子地區(qū)富煤帶。

1.2煤巖煤質(zhì)及儲層物性

準(zhǔn)噶爾盆地東部八道灣組煤巖類型以光亮型和半亮型為主，夾較多的鏡煤條帶，少量暗煤和絲炭線理。煤層具有低灰分、低水分、中低揮發(fā)分、特低硫的特點，煤級從長焰煤—貧煤均有發(fā)育。西山窯組下含煤段灰分產(chǎn)率一般低于中含煤段，都以低中灰分為主，總體屬低—低中灰煤，單樣灰分測試結(jié)果從特低—低—低中—中高灰分均有分布。全硫分含量以特低、低等為主，僅個別礦區(qū)達(dá)到中等。西山窯組煤層水分含量變化不大，以中水分煤為主。東部梧桐窩子煤層比西部和中部揮發(fā)分高，一般在35%以上。各煤層的揮發(fā)分產(chǎn)率變化幅度不大，總體屬于中—高揮發(fā)分煤。煤級為弱黏煤、中黏煤和氣煤。

準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)西山窯組煤儲層滲透率變化較大，孔隙以中孔、大孔為主，其次是小—微孔。總的來說煤層儲集性、連通性較好，但具有一定的非均質(zhì)性［4-6］。

1.3煤層氣成因類型

根據(jù)煤層氣的成分組成和甲烷碳同位素值（-26.18‰～-75.4‰）判別，準(zhǔn)噶爾盆地東部煤層氣成因多樣，既有生物成因，也有熱成因，主要為混合成因；白家海地區(qū)煤層氣為典型的熱成因，氣體含有重?zé)N，甲烷碳同位素重；FM1井為次生熱成因，說明氣體經(jīng)過短距離運移；大井地區(qū)甲烷碳同位素輕，為生物成因，主要以二氧化碳還原型為主。

1.4等溫吸附特性、含氣性

準(zhǔn)噶爾盆地東部地區(qū)不同區(qū)塊煤層的吸附能力有所差異，阜康、大井等地區(qū)礦井煤巖樣品等溫吸附試驗表明，阜康地區(qū)煤層吸附能力強，其次為吉木薩爾地區(qū)，北山煤窯、五彩灣礦區(qū)、白家海地區(qū)、老君廟礦區(qū)煤層吸附能力較弱，沙帳地區(qū)煤層吸附能力總體較弱，大井地區(qū)煤層吸附能力最弱。八道灣組煤層強于西山窯組煤層，北部地區(qū)西山窯組煤層吸附量小于南部地區(qū)的煤層；蘭氏體積也總體明顯低于我國其他地區(qū)相同煤級煤，表明工區(qū)北部地區(qū)煤的吸附能力偏低 （圖1）。

準(zhǔn)噶爾盆地東部中—下侏羅統(tǒng)西山窯組、八道灣組煤巖相對富含鏡質(zhì)組，有利于煤層氣的生成、吸附和儲集。阜康凹陷區(qū)煤巖的熱演化程度高，克拉美麗山前煤巖熱演化程度低，但大部分區(qū)域鏡質(zhì)組反射率 （Ro）大于0.5%，達(dá)到了熱成因生氣的階段 （圖2）。有機(jī)質(zhì)含量一般為85%～95%，有機(jī)顯微組分基本在80%以上，具有大規(guī)模生氣的物質(zhì)條件。

圖1　準(zhǔn)噶爾盆地東部煤層等溫吸附曲線圖Fig.1　Isothermal adsorption curves of coal bed in eastern Junggar Basin

圖2　準(zhǔn)噶爾盆地東部中—下侏羅統(tǒng)煤層鏡質(zhì)組反射率平面圖Fig.2　Vitrinite reflectivity plane of middle and lower Jurassic in eastern Junggar Basin

1.5勘探潛力分析

準(zhǔn)噶爾盆地東部侏羅系煤系地層現(xiàn)今構(gòu)造形態(tài)較簡單，南部為山前沖斷帶，其余大部分區(qū)域均為單斜形態(tài)，地層傾角小于10°。煤層頂?shù)装宥酁槟鄮r，封閉性較好，對煤層氣的保存比較有利。研究認(rèn)為，準(zhǔn)噶爾盆地東部侏羅系煤層分布廣、厚度大，煤巖煤質(zhì)較好 （灰分、水分含量低，相對富含鏡質(zhì)組），煤儲層物性較好，吸附性能為中等—差，煤層氣資源較豐富、成藏條件較好，具有較大的勘探潛力。

2　有利勘探區(qū)塊評價優(yōu)選

煤層氣區(qū)塊評價優(yōu)選是煤層氣勘探開發(fā)的基礎(chǔ)工作，用合適的評價方法，才能有效評價煤層氣分布規(guī)律，指導(dǎo)煤層氣有利區(qū)的選擇。應(yīng)用煤層氣選區(qū)評價標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合準(zhǔn)噶爾盆地東部煤層氣勘探資料及研究認(rèn)識，對該區(qū)進(jìn)行了有利區(qū)評價優(yōu)選。

2.1煤層氣選區(qū)評價參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

據(jù)李五忠［7-8］等對不同煤階煤層氣選區(qū)評價參數(shù)的研究成果，結(jié)合準(zhǔn)噶爾盆地煤層氣地質(zhì)條件、典型地區(qū)煤層氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀，基于煤層氣的產(chǎn)出機(jī)理，從影響煤層氣產(chǎn)出的主要地質(zhì)因素入手，確定評價參數(shù)為：煤層氣資源豐度、煤層厚度、含氣量、吸附飽和度、煤層原始滲透率、構(gòu)造發(fā)育程度及水文地質(zhì)條件。

在對影響煤層氣開發(fā)的地質(zhì)因素綜合分析的基礎(chǔ)上，根據(jù)煤層氣地質(zhì)條件的差別，確定準(zhǔn)噶爾盆地評價參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)為：①煤層氣資源豐度大于0.5×108m3/km2；②煤層單層厚度大于2m；③低煤階含氣量大于3m3/t，中煤階含氣量大于6m3/t；④煤層氣吸附飽和度大于60%；⑤煤層原始滲透率大于0.1mD；⑥煤體結(jié)構(gòu)簡單，破壞程度輕；⑦簡單降壓排水。

根據(jù)上述原則和標(biāo)準(zhǔn)，確定烏魯木齊—大黃山地區(qū)、沙帳、白家海地區(qū)為煤層氣勘探有利區(qū)，總面積為2630km2。

2.2烏魯木齊—大黃山地區(qū)

烏魯木齊—大黃山地區(qū)侏羅系西山窯組、八道灣組均發(fā)育，西山窯組煤層主要分布于烏魯木齊—阜康區(qū)塊，埋深在2000m以上煤層的分布面積為485km2，煤層平均厚度為70m （圖3）。據(jù)資料顯示，該區(qū)含12個煤層，其中45號、43-42號、41號煤層較穩(wěn)定，西山窯組上部煤層以亮煤為主，鏡煤、絲炭、暗煤次之，下部以半亮煤和半暗煤為主；煤層顯微組分以鏡質(zhì)組為主，含量約為40.69%～90.09%，縱向上仍是上部煤層鏡質(zhì)組相對較高。煤層原煤水分為2.63%～3.98%，灰分為 11.65%～21.84%，；揮發(fā)分為 40.71%～41.94%，屬低水分、中灰煤、高揮發(fā)分煤；煤層鏡質(zhì)組反射率為0.62%～0.76%，煤級為長焰煤和不黏煤。

圖3　烏魯木齊—大黃山地區(qū)西山窯組煤層分布圖Fig.3　Distribution of coal beds in Xishanyao Formation of Urumqi—Dahuangshan area

八道灣組煤層在烏魯木齊—大黃山地區(qū)分布廣泛，埋深在 2000m以上的煤層分布面積為710km2，一般厚度為5～20m，在阜康—大黃山地區(qū)煤層富集，平均厚度為56m（圖4）。該區(qū)八道灣組含煤45層，各煤層顯微組分以鏡質(zhì)組為主，含量為 72.2%～85.3%，原煤水分為 0.91%～2.53%，灰分為8.64%～20.23%，揮發(fā)分一般為10.34%～49.22%，特低水分；屬低灰—中灰分、低—高揮發(fā)分煤；以長焰煤為主，少量氣煤、肥煤，煤質(zhì)好。已鉆探了A井、B井、C井，煤層含氣量較高，平均含氣量達(dá)11.0m3/t，A井、B井測試達(dá)到工業(yè)氣流。

圖4　烏魯木齊—大黃山地區(qū)八道灣組煤層分布圖Fig.4　Distribution of coal beds of Badaowan Formation in Urumqi—Dahuangshan area

據(jù)新疆煤炭地質(zhì)局［6］估算，烏魯木齊—大黃山地區(qū)煤層氣資源量近2000×108m3，煤層氣資源豐富，勘探開發(fā)前景好。

2.3沙帳地區(qū)

準(zhǔn)東沙帳地區(qū)侏羅系西山窯組、八道灣組均發(fā)育煤層。西山窯組中部、底部煤層發(fā)育，底部煤層較穩(wěn)定，埋深在2000m以上煤層分布面積為1180km2，煤層厚度為5～85m，平均為26.5m；八道灣組上煤層埋深在 2000m以上的面積為1660km2，厚度為0～20m，平均厚度為12.0m （圖5）。該區(qū)鉆探的S井煤巖巖心分析結(jié)果表明，井區(qū)鏡質(zhì)組反射率 （Ro）為0.64%～0.77%，平均達(dá)0.69%；煤級以氣煤為主，少量長焰煤；煤層鏡質(zhì)組含量為38.65%～56.58%，平均為49.27%，殼質(zhì)組含量為18.0%～25.25%。實驗分析證明，殼質(zhì)組產(chǎn)氣率略大于鏡質(zhì)組，遠(yuǎn)大于惰質(zhì)組，由此推斷S井煤巖處于大量生氣階段。由于煤樣灰分、水分含量較鄰區(qū)高 （灰分平均為9.15%、水分平均為 13.45%），吸附性能極差，蘭氏體積為1.76m3/t，遠(yuǎn)小于鄰區(qū)五彩灣煤礦煤樣的蘭氏體積，因此解吸實驗測定的氣含量也很低。2012年，新疆油田公司用油氣探井H井在該區(qū)進(jìn)行西山窯組、八道灣組煤層取樣系統(tǒng)化驗，結(jié)果顯示，西山窯組煤質(zhì)較好，煤層孔滲物性較好，核磁法測定的孔隙度、滲透率較高。八道灣組煤質(zhì)更優(yōu)，灰分、水分、揮發(fā)分都較高，鏡質(zhì)組含量高，殼質(zhì)組占1/3。該井含氣低是由于井區(qū)煤巖變質(zhì)程度低，Ro均小于臨界值。

圖5　沙帳地區(qū)煤層氣勘查評價圖Fig.5　CBM exploration and evaluation in Shazhang area

國內(nèi)外煤層氣勘探開發(fā)實踐表明，煤層吸附性能及含氣性也存在非均質(zhì)性［9-12］，低煤階煤層氣富集受構(gòu)造控制，在背斜、鼻狀構(gòu)造帶含氣性好；向斜區(qū)含水量相對較高、含氣性差。沙帳地區(qū)煤層規(guī)模大、埋藏淺，具備較大的勘探潛力，值得進(jìn)一步探索煤。

2.4白家海地區(qū)

根據(jù)油氣探井資料，白家海地區(qū)西山窯組發(fā)育煤層1～2層，單層厚度為2～20m，總厚度為5～20m。煤層平面分布比較穩(wěn)定，有2井區(qū)、49井區(qū)和8井區(qū)3個富煤區(qū)，煤層總厚度大于5m的分布面積為3682km2。該區(qū)西山窯組煤層埋深東北部淺，西南部深，白家海地區(qū)中部埋深在2000m左右。

2012年，新疆油田公司利用油氣探井8井在西山窯組底部密閉取心獲得煤巖巖心，煤巖主要為塊狀半暗型、特低灰分、中高揮發(fā)分的肥煤；富含鏡質(zhì)組，演化程度高，正處于大量生氣階段，煤孔隙中存在大量的游離氣，煤層地解壓差大，煤層氣易解吸。前期測試504井時，壓裂后排水時間不長便見氣流，也說明白家海地區(qū)煤層氣易解吸，是吸附氣、游離氣互動型區(qū)域。有利區(qū)域為8井至37井，油氣探井煤層氣測異常明顯，氣測值較高，分布面積較大，預(yù)測煤層氣資源量達(dá)500× 108m3，資源豐度較高 （圖6）。

圖6　白家海地區(qū)西山窯組煤層氣綜合評價圖Fig.6　CBM exploration and evaluation of Badaowan Formation in Shazhang area

3　結(jié)束語

（1）準(zhǔn)噶爾盆地東部含煤層系為侏羅系西山窯組、八道灣組，煤層分布廣泛，厚度大，存在多個富煤中心，煤炭資源豐富，具備雄厚的煤層氣勘探的物質(zhì)基礎(chǔ)。

（2）煤巖熱演化程度高的區(qū)域為阜康凹陷區(qū)，預(yù)測鏡質(zhì)組反射率 （Ro）可達(dá)1.0%，克拉美麗山前煤巖熱演化程度低，但大部分區(qū)域鏡質(zhì)組反射率大于0.5%，達(dá)到了熱成因生氣的階段。

（3）準(zhǔn)噶爾盆地東部侏羅系煤層氣富集成藏主要受煤質(zhì)和熱演化程度控制，平面分布規(guī)律為南好北差、西好東差。

（4）根據(jù)盆地東部中—下侏羅統(tǒng)西山窯組、八道灣組煤層分布特征、煤質(zhì)特征及埋深、煤層熱演化程度、煤層圍巖條件，推斷該區(qū)具備煤層氣藏的條件，烏魯木齊—大黃山、白家海、沙帳地區(qū)為有利勘探區(qū)域。

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CBM Geological Characteristics and Favorable Zone Optimization in Eastern Junggar Basin

Peng Wenli，Xue Lie，Hu Bin，Qi Qige
（Geophysical Institute，Exploration and Development Research Institute，PetroChina Xinjiang Oilfield Company，Urumqi，Xinjiang 830013，China）

We analyzed the basis data of eastern Junggar Basin，probed into the distribution characteristics of coal seam，coal rank，reservoir property and isothermal adsorption property，gas-bearing property，CBM genetic type and reservoir forming conditions，and predicted the exploration potential of CBM in the area.Results showed that the Jurassic coal bed was widely and thickly distributed in eastern Junggar basin，with better coal rank（low content of ash and moisture and richer vitrinite），better reservoir property，medium-poor adsorption property，abundant CBM resources and better reservoir forming conditions，and huge exploration potential.According to CBM abundance，thickness，gas content，adsorption saturation，primary permeability of coal seam，structure development degree，and parameters of hydrogeologic conditions，we formulated the standard for zone selection and evaluation，selected favorable CBM zones in the work area，and determined that Urumqi-Dahuangshan，Shazhang，and Baijiahai areas in eastern Junggar Basin were favorable targets for CBM exploration，with total acreage being 2630 square kilometers and total resources of 320 billion cubic meters.They have greater exploration potential.

eastern Junggar Basin；Jurassic；CBM；evaluation standard；favorable area

P618.11

A

中國石油天然氣股份有限公司重大科技專項 （2013E-2201）。

彭文利 （1969年生），女，碩士，工程師，主要從事石油天然氣及非常規(guī)油氣綜合研究工作。郵箱：pwli@petrochina.com.cn。