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        天津西南部靜海研究區(qū)煤層地質(zhì)特征及煤層氣評述

        2021-12-20 09:59:55曹健
        西部資源 2021年4期
        關(guān)鍵詞:靜海煤層氣

        摘要:研究區(qū)位于于華北斷坳之中的滄縣斷隆中部的大城凸起內(nèi),區(qū)內(nèi)含煤地層為石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組,煤系地層總厚度為284.90m,含煤18層,煤層總厚32.85m,含煤系數(shù)11.53%。在收集區(qū)內(nèi)及周邊大城勘查區(qū)鉆孔及地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上,對區(qū)內(nèi)含煤地層地質(zhì)特征、煤質(zhì)特征及煤層氣含量分布特征進(jìn)行了評述。

        關(guān)鍵詞:天津西南部;靜海;含煤地層;煤質(zhì)特征;煤層氣

        1.位置概況

        研究區(qū)位于天津市靜海區(qū),隸屬王口鎮(zhèn)、子牙鎮(zhèn),與河北省大城縣相鄰。東距天津市區(qū)40km、靜海區(qū)政府15km;西距河北省大城縣城30km。西部邊界進(jìn)莊—東高莊—流莊,南部邊界到當(dāng)灘頭,東至東禪房—西柳木,北至小瓦頭;呈南北向的階梯狀,東西寬約9.0km,南北長約14.0km,面積約105.8km2。

        2.區(qū)域地質(zhì)背景

        天津地區(qū)煤系地層大部分被新生界所覆蓋,新生界地層在寶坻斷裂以北較薄,一般100m~300m,以南較厚,一般大于1000m?;鶐r地層只在薊縣北部山區(qū)出露。除缺失古生界上奧陶統(tǒng)—下石炭統(tǒng)和新生界古近系古新統(tǒng)外,其余地層均有發(fā)育,從老至新分別為:太古界(Ar);中、新元古界(Pt2+3)的長城系、薊縣系和青白口系;古生界(Pz)的寒武系、奧陶系和石炭—二疊系;中生界(Mz)的侏羅系、白堊系;新生界(Kz)的古近系、新近系和第四系。

        天津地處以寧河—寶坻斷裂為界分為北區(qū)和南區(qū)。北區(qū)為基巖出露及淺埋區(qū),屬于薊寶隆褶。斷裂以東西(EW)向?yàn)橹?。南區(qū)為廣闊平原,屬于華北斷坳區(qū)的東北部,自西向東劃分為冀中坳陷、滄縣隆起和黃驊坳陷。其間分別以古近系尖滅線和滄東斷裂為界。區(qū)內(nèi)斷層主要有北北東(NNE)向的滄東斷裂、天津斷裂、白塘口西斷裂、白塘口斷裂、白塘口東斷裂,北西(EW)向的海河斷裂、漢沽斷裂和寧河斷裂等。

        3.研究區(qū)地質(zhì)特征

        研究區(qū)為第四系覆蓋,區(qū)內(nèi)基巖未出露。

        3.1構(gòu)造

        研究區(qū)在區(qū)域構(gòu)造上處于華北斷坳(Ⅱ)之中的滄縣斷?。á螅┲胁康拇蟪峭蛊穑á簦?。周邊發(fā)育有靜?!蟪菙嗔?、北蘆莊—西九吉斷裂和里坦向斜、臥佛堂向斜等(圖1)。

        臥佛堂向斜:位于靜海—大城斷裂及北蘆莊—西九吉正斷層之間,向斜長度大于80km,寬約35km,向斜軸沿西告至阜安一線延伸、為北東向,向北東方向傾伏,軸面傾向南東;兩翼地層平緩,傾角一般小于10°,東南翼較西北翼陡。

        向斜由古生代及中生代地層組成,中生代地層主要分布于向斜中、北部的軸部。向斜南部兩翼、轉(zhuǎn)折端及軸部發(fā)育三組正斷層,以北西—北北西走向斷層為主,北東走向的斷層次之。該向斜被新生界覆蓋,其厚度從東北至西南由800m到2000m。臥佛堂向斜為石炭—二疊系煤層連續(xù)分布的地區(qū)。

        里坦向斜:位于靜?!蟪菙嗔褨|部,向斜長大于80km,寬約40km,向斜軸為北東向,向北東方向傾伏,軸面傾向北西,兩翼地層傾角一般小于10°,西北翼較東南翼陡。該向斜由古生代及中生代地層組成,中生代地層主要分布于向斜中北部軸部,從西北至東南新生界厚度增大。

        靜?!蟪菙嗔眩何挥诶锾瓜蛐蔽饕?,北起靜海徐莊子,向南經(jīng)靜海鎮(zhèn)東河頭村、三呼莊東、往南進(jìn)入河北省,走向近由北部的北東東(NEE)向往南轉(zhuǎn)為北北東向(NNE),傾向南南東(SE)—南東東(SEE),傾角約70°,基巖斷距約500m,為西北盤相對上升的正斷層,該斷裂西北石炭—二疊系比東南側(cè)薄,西約500m左右,東側(cè)約700m左右。

        北蘆莊—西九吉正斷層:位于臥佛堂向斜西北翼,長約60km,南、北部被一組北西西走向的邵洪店—高官斷層和安新—鄚州所截;斷層走向北東,傾向南東,傾角70°;該斷層被古近系覆蓋,下盤基巖為下古生界及中—上元古界,上盤基巖為古生界及中生界,落差大于200m。

        3.2含煤地層

        本區(qū)為石炭—二疊系含煤區(qū)。煤系地層為石炭系中統(tǒng)本溪組、上統(tǒng)太原組、二疊系下統(tǒng)山西組;上覆地層為二疊系下統(tǒng)下石盒子組、上統(tǒng)上石盒子組及新生界新近系、第四系;基底為奧陶系中統(tǒng)峰峰組。揭露地層與區(qū)域地層相比,缺少新生界古近系(E)和中生界(MZ)地層(表1)。煤系地層總厚度為284.90m,含煤18層,煤層總厚32.85m,含煤系數(shù)11.53%。

        本溪組(C2b):早古生代末遭受剝蝕,至中石炭世晚期,開始接受沉積,沉積環(huán)境以濱岸陸棚沉積為主,形成一定厚度的海相石灰?guī)r及海相泥巖,泥炭沼澤存在時(shí)期短且局限。由于沉積早期地殼升降頻繁,導(dǎo)致海水進(jìn)退變化“較快”,故煤層的聚煤不穩(wěn)定,所形成厚度薄而且不連續(xù),本組含煤4層。

        太原組(C3t):上石炭世時(shí)地殼間歇性升降,海進(jìn)與海退相互交替,沉積環(huán)境以潮坪—瀉湖沉積為主,而煤層形成于瀉湖沉積環(huán)境占主導(dǎo)的瀉湖泥炭沼澤中。由于此時(shí)期多次形成瀉湖泥炭沼澤,故而聚煤層數(shù)較多,煤層厚度變化大,為本區(qū)的主要含煤層段。本組含煤7層,其中10號煤為主要可采煤層。

        山西組(P1S):從早二疊世起,海岸線開始向東南方向逐漸退移,沉積環(huán)境由潮坪—瀉湖沉積體系轉(zhuǎn)變?yōu)槿侵蕹练e體系。早二疊世早期在三角洲沉積體系中形成的泥炭沼澤較穩(wěn)定,所形成的5煤全區(qū)連續(xù)發(fā)育,但煤層厚度及結(jié)構(gòu)變化較大。后期沉積環(huán)境向河流沉積體系過渡,分流河道多,并帶來了大量的無機(jī)碎屑物,加之地殼緩慢、振蕩抬升,聚煤環(huán)境變差,形成了斷續(xù)分布的3、2、1煤等煤層。本組含煤7層,其中5上、5煤為主要可采煤層。

        3.3可采煤層特征

        研究區(qū)內(nèi)鉆孔揭露可采煤層9層,即1、3、5上、5、6、7、8、9、10煤,總厚度為29.37m。各可采煤層厚度、間距、結(jié)構(gòu)及穩(wěn)定性見表2。

        3.4煤質(zhì)特征

        3.4.1物理性質(zhì)及煤巖特征

        研究區(qū)各可采、局部可采煤層顏色以黑色為主,條痕為褐黑色,玻璃或?yàn)r青光澤,條帶狀、粒狀、均一狀結(jié)構(gòu),粉狀、細(xì)小碎塊狀或塊狀構(gòu)造,污手。內(nèi)生裂隙發(fā)育,脆度較大,松散易碎,棱角狀、貝殼狀斷口,含黃鐵礦散晶、結(jié)核或薄膜。宏觀煤巖類型以亮煤為主,鏡煤和暗煤次之,夾絲炭條帶或薄層,宏觀煤巖類型以半亮型煤為主、光亮型煤及半暗型煤次之。其顯微煤巖組分主要為有機(jī)組分,含少量無機(jī)組分。煤層中的鏡質(zhì)組分以基質(zhì)鏡質(zhì)體為主,均質(zhì)鏡質(zhì)體次之,含少量結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體及膠質(zhì)鏡質(zhì)體。惰質(zhì)組以碎屑惰質(zhì)體為主,絲質(zhì)體次之,含少量粗粒體、粗粒體及微粒體。殼質(zhì)組分以小孢子體為主,角質(zhì)體次之,含少量樹脂體。無機(jī)組分中以黏土類為主,次為硫化鐵類、碳酸鹽類和氧化硅類。黏土類礦物多為分散狀黏土礦物,細(xì)胞充填狀黏土次之;硫化鐵類以分散粒狀為主,大小不一,分布不均,含少量裂隙充填狀及細(xì)胞充填狀黃鐵礦;碳酸鹽類為方解石以裂隙充填狀為主,細(xì)胞充填狀次之;氧化硅類為石英呈粒狀,大小不一,分布不均。

        3.4.2化學(xué)性質(zhì)

        水分(Mad):研究區(qū)各可采、局部可采煤層原煤空氣干燥基水分值總體上在0.53%~1.22%之間,浮煤空氣干燥基水分值在0.51%~0.98%之間,個(gè)別采樣點(diǎn)浮煤水分與原煤相當(dāng)。各煤層水分含量較低,從1煤到10煤,水分總體上呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢。其變化趨勢符合區(qū)域變質(zhì)作用隨著埋深加深,煤的變質(zhì)程度增高而水分含量降低的特點(diǎn)。

        灰分(Ad):各可采煤層灰分以低中灰煤為主,個(gè)別煤層為特低灰煤。經(jīng)1.4比重液洗選后的精煤灰分多數(shù)小于10%,表明本區(qū)煤層灰分易選除。

        揮發(fā)分(Vdaf):原煤:24.19%~34.55%,浮煤23.24%~31.14%,確定本區(qū)煤層屬于中高揮發(fā)分煤,各煤層揮發(fā)分產(chǎn)率變化不大。

        各可采煤層中有機(jī)質(zhì)元素組成以碳為主,其次是氧加硫,氮含量最少。碳含量經(jīng)浮選后明顯增高,在垂向上變化不明顯。氫含量在原、浮煤之間的變化不大。氧加硫含量經(jīng)浮選后有所降低。

        全硫(St.d):各可采煤層原煤全硫變化較大,其中1煤最低,為0.32%,為特低硫煤,8煤最高,為4.40%,為高硫煤,全區(qū)易采的3煤、5煤、7煤為低硫煤。

        各種硫:各可采煤層原煤干燥基各種硫中以有機(jī)硫(Sp,d)為主,硫鐵礦硫(So,d)次之,硫酸鹽硫(Ss,d)則極少。以有機(jī)硫?yàn)橹?,即以黃鐵礦(FeS2)形式存在。

        發(fā)熱量:各煤層發(fā)熱量(Qgr.d)指數(shù)較高,為28.30MJ/ Kg—34.32MJ/Kg,屬于高—特高發(fā)熱量煤。

        粘結(jié)性:本區(qū)可采煤層均為強(qiáng)粘結(jié)煤。

        灰成分及灰熔融性:可采煤層的灰成分主要由酸性礦物組成。其中以SiO2和Al2O3為主,兩者總和在54.12~90.01%之間。1、5、10煤原煤軟化溫度>1500℃,為高軟化溫度灰;3、6、9煤原煤軟化溫度分別為1360℃、1480℃、1400℃,為較高軟化溫度灰;5上煤原煤軟化溫度為1310℃,為中等軟化溫度灰;7、8煤原煤軟化溫度分別為1250℃、1150℃,為較低軟化溫度灰。

        4.煤層氣評述

        研究區(qū)沒有設(shè)專門的煤層氣參數(shù)井,在鉆孔施工時(shí)采用集氣式簡易瓦斯罐做了瓦斯樣采集,并送實(shí)驗(yàn)室分析化驗(yàn),煤樣瓦斯成分以CH4為主,其次為N2、CO2。其中CH4最高含量為11.24m3/t。各煤層瓦斯含量無明顯變化規(guī)律,按其成分及含量可分為沼氣帶、氮?dú)狻託鈳?,通過瓦斯測量計(jì)算,并結(jié)合研究區(qū)儲(chǔ)量,采用體積法對區(qū)內(nèi)煤層氣(甲烷)進(jìn)行評價(jià),從一定程度上反映了瓦斯豐度及煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量。

        區(qū)內(nèi)全區(qū)可采的5上煤層的煤層氣(甲烷)儲(chǔ)量豐度平均值為0.31m3/km2×108m3/km2,含量較高的區(qū)域位于研究區(qū)中部,5煤層的煤層氣(甲烷)儲(chǔ)量豐度平均值0.74m3/km2×108m3/km2,含量較高的區(qū)域位于研究區(qū)中部及南西部;10煤層的煤層氣(甲烷)儲(chǔ)量豐度平均值為1.10m3/km2×108m3/km2,豐度較高的區(qū)域位于研究區(qū)的中部;三層可采煤層的煤層氣豐度在區(qū)域分布上相差懸殊,這與瓦斯分布的不均衡性一致。煤層氣(甲烷)儲(chǔ)量豐度平均值見表3。

        可采煤層的煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量為222.38m3×108m3,從儲(chǔ)量規(guī)模來講,屬中型煤層氣田;地質(zhì)儲(chǔ)量豐度平均值為0.72m3/km2×108m3/km2,按儲(chǔ)量豐度分類,屬低豐度氣田;煤層埋深1261m~1425m。綜合評價(jià)研究區(qū)為埋深深等、低豐度值的中型煤層氣田。煤層氣開發(fā)前景較好。

        5.結(jié)論

        研究區(qū)內(nèi)可采煤層層位穩(wěn)定,厚度變化不大,結(jié)構(gòu)簡單,產(chǎn)狀平緩,埋深1261m~1425m之間,地質(zhì)構(gòu)造簡單。

        5上煤層屬穩(wěn)定可采煤層,平均厚度為2.75m,結(jié)構(gòu)簡單,可采系數(shù)為1,為特低灰、中高揮發(fā)份,中硫,特高發(fā)熱量肥煤;5煤層屬穩(wěn)定可采煤層,平均厚度為6.50m,結(jié)構(gòu)簡單,可采系數(shù)為1,為低中灰、中高揮發(fā)份,特低硫,中高發(fā)熱量肥煤;10煤層屬穩(wěn)定可采煤層,平均厚度為8.80m,結(jié)構(gòu)簡單,局部含數(shù)層夾矸,可采系數(shù)為1,為低中灰、中高揮發(fā)份,低硫,高發(fā)熱量肥煤;區(qū)內(nèi)可采煤層主要可作動(dòng)力用煤。研究區(qū)為埋深深等、低豐度值的中型煤層氣田,煤層氣開發(fā)前景較好。

        參考文獻(xiàn):

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