鶴崗盆地煤層氣賦存特征及勘探開發(fā)潛力

摘 要

摘要：鶴崗盆地煤層氣勘探程度很低，目前僅有3口煤層氣參數(shù)井，對該區(qū)開展煤層氣勘探開發(fā)潛力的評價工作具有重要意義。為此，從區(qū)域構(gòu)造特征、含煤地層特征、儲層特征(煤層埋深、煤
摘要：鶴崗盆地煤層氣勘探程度很低，目前僅有3口煤層氣參數(shù)井，對該區(qū)開展煤層氣勘探開發(fā)潛力的評價工作具有重要意義。為此，從區(qū)域構(gòu)造特征、含煤地層特征、儲層特征(煤層埋深、煤層厚度、煤巖特征、煤變質(zhì)程度、煤層氣含氣量)3個方面入手，分析了該區(qū)煤層氣的賦存特征。結(jié)果顯示：主要含煤地層為白堊系城子河組，含煤40余層，可采或局部可采36層，煤層累計厚度為30～70m，主力煤層為15#、18#煤層，單層厚度超過10m；煤質(zhì)主要以氣煤為主，受巖漿巖作用，煤變質(zhì)程度由南往北逐漸增高。煤層氣資源量預(yù)測結(jié)果表明：該區(qū)煤層氣資源量主要分布在1500m以淺的范圍內(nèi)，煤炭儲量有48.12×108t，煤層氣資源量為496.4×108m3。其中南山-新一礦為鶴崗礦區(qū)的主要含氣區(qū)，含氣量介于7～16m3/t，煤層氣資源量為352.4×108m3，占總資源量的70%，說明該區(qū)具有良好的勘探開發(fā)潛力。
關(guān)鍵詞：煤層氣；含氣量；煤素質(zhì)；資源量；瓦斯突出；變質(zhì)程度；鶴崗礦區(qū)；勘探開發(fā)潛力
    鶴崗盆地位于黑龍江省東北部小興安嶺東麓與三江平原的接壤處，南北長100km，東西寬平均28km，總面積約2800km2。其煤層氣生產(chǎn)礦區(qū)南北長42km，東西寬(傾斜長)6km，面積約252km2[1～2]，由北到南依次為石頭廟子、興山、新一、鳥山、南山、大陸、富力、興安、峻德、新華等10個礦區(qū)，工業(yè)儲量16×108t，可采儲量8×108t。
    目前鶴崗礦業(yè)集團(tuán)公司僅在南山礦開展瓦斯抽放和利用[3]。2004年，南山礦絕對瓦斯涌出量達(dá)112.68m3/min，相對瓦斯涌出量達(dá)19.37m3/t。全年抽放量為2003×104m3，抽放率超過30%，可供25×104居民燃?xì)馐褂?sup>[4]。
    該區(qū)煤層氣勘探程度很低，到目前為止僅有3口煤層氣參數(shù)井，分別是1998年黑龍江省計委、中聯(lián)煤層氣責(zé)任有限公司、黑龍江省煤管局、鶴崗礦務(wù)局、鶴崗市政府5方合作在峻德和興安2個礦區(qū)施工的HE-01、HE-02井2口煤層氣參數(shù)井；2002年黑龍江省計委、中聯(lián)煤層氣責(zé)任有限公司、黑龍江省煤田地質(zhì)局在新一礦施工完成的鶴參3煤層氣參數(shù)井[5]。
1 煤層氣賦存特征
1.1 區(qū)域構(gòu)造特征
    鶴崗盆地在構(gòu)造位置上處于吉黑褶皺系佳木斯地塊的西北部。盆地西緣為規(guī)模宏大的呈南北向展布的青黑山斷裂帶，東南緣被依蘭伊通斷裂帶西緣斷裂所截切。由于西側(cè)小鶴立河斷裂及東側(cè)的鴨蛋河斷裂同生構(gòu)造控制，使鶴崗盆地呈長形箕狀?；字饕稍沤绾邶埥?、麻山群及元古代花崗巖、華力西期花崗巖等共同組成，盆地蓋層由中生代和新生代沉積組成(圖1)[6]。
    鶴崗盆地內(nèi)巖漿活動較頻繁，巖漿巖以深成侵入巖及噴出巖為主。深層侵入巖包括元古代侵入巖、華力西晚期侵入巖及燕山期侵入巖，主要分布于盆地的北部和西北部基底；噴出巖則以火山活動較強(qiáng)烈的燕山期和喜山期火山巖為主，一般分布于盆地的東部和西北部。
1.2 含煤地層特征
鶴崗礦區(qū)主要含煤地層為下白堊統(tǒng)鶴崗群的城子河組，其次為穆棱組。
 
    城子河組地層總厚度為700～1310m，共含煤40余層，其中含可采和局部可采36層，煤層累計厚度為30～70m，多為中厚和厚煤層，個別為特厚煤層。巖性主要由灰白色礫巖、中粗砂巖、細(xì)砂巖、夾灰黑色粉砂巖、泥巖及煤層組成。沉積環(huán)境以河流相為主，盆地北部以湖泊相沉積占主導(dǎo)地位，縱向上呈現(xiàn)一大型由粗到細(xì)的沉積旋回，橫向上由南向北粒度變細(xì)。該組夾有4層凝灰?guī)r，質(zhì)純、致密，單層厚度為0.4～15m，全區(qū)發(fā)育，是良好的區(qū)域蓋層[7]。
    穆棱組覆蓋于城子河組之上，地層總厚度為600～955m，含煤5～18層，均為薄煤層，局部可采4～5層，與城子河組整合接觸。巖性由灰白一黃褐色礫巖、灰色和灰褐色砂巖、粉砂巖、灰黑色泥巖夾綠色凝灰?guī)r組成。主要分布于礦區(qū)的北部。
    鶴崗礦區(qū)主要可采煤層包括3#、11#、15#、17#、18#、21#、22#、30#、33#等9個煤層。各主要煤層在走向上大致以新一礦、南山礦為中心，向南、向北有層數(shù)減少、厚度變薄的趨勢。主力煤層為15#和18#煤層，煤層平均厚度可超過10m(圖2)[4]。
1.3 儲層特征
    煤層既是烴源巖，又是儲集層。煤系地層在煤化作用過程中，所伴生出的煤層氣一般足以達(dá)到煤層吸附所需求的氣量，煤層是否含有工業(yè)性煤層氣，主要決定于煤儲層的特性及后期保存條件。因此研究與評價煤儲層特征對于評價一個地區(qū)的煤層氣前景及選區(qū)重點勘探至關(guān)重要[8～10]。
1.3.1煤層埋深
    鶴崗礦區(qū)西部邊緣煤層出露地表，向東逐漸加深，但深層煤層變薄，甚至尖滅。鉆井揭露煤層最大埋深為1284.7m，地震解釋最大埋深可達(dá)2000m。煤層埋藏深度較有利于煤層氣的勘探開發(fā)[7]。
1.3.2煤層厚度
對125口井的煤層累計厚度進(jìn)行了統(tǒng)計，煤層累計厚度為30～70m。從全區(qū)煤層發(fā)育情況來看，橫向上煤層連續(xù)性較好，但厚度上具有多個聚煤中心，其中大于40m的主要分布在新一、南山礦(分布面積為24.2km2)和興安、峻德礦的局部地區(qū)(分布面積為5.5km2)；石頭廟子礦區(qū)煤層發(fā)育較差，厚度一般小于10m(圖3)。在南山、新一礦煤層厚度較大，直接決定了煤層氣生成及吸附能力較其他礦區(qū)強(qiáng)，導(dǎo)致瓦斯涌出量相對偏高。
 

1.3.3煤巖特征
    煤的宏觀煤巖類型在一定程度上也反映了煤的生氣能力，光亮煤生氣能力高于暗淡煤。鶴崗礦區(qū)煤的宏觀煤巖類型以半亮煤為主，次為半暗煤和光亮煤，由厚度不等的亮煤、鏡煤、暗煤和絲炭組成，呈細(xì)條帶狀-中條帶狀結(jié)構(gòu)。
    煤的各種有機(jī)顯微組分在煤化作用過程中熱解生烴能力和成烴規(guī)律是有差異的，殼質(zhì)組生烴能力最高，其次為鏡質(zhì)組，但腐殖煤中鏡質(zhì)組為主要成分，整體來看鏡質(zhì)組是形成煤層氣的重要母質(zhì)。
    鶴崗礦區(qū)煤巖顯微組分主要成分為鏡質(zhì)組，其含量介于52.2%～82.3%(含礦物基)；半鏡質(zhì)組含量在1.0%～15.2%；惰質(zhì)組含量為2.3%～26.3%；殼質(zhì)組含量為0.2%～6.2%；礦物質(zhì)含量為2.7%～37.8%，主要為黏土礦物、石英碎屑、黃鐵礦和碳酸鹽[7]。
1.3.4煤變質(zhì)程度
    一般認(rèn)為，煤變質(zhì)程度越高，煤層含氣量就越大[11～13]。鶴崗礦區(qū)煤的變質(zhì)程度以氣煤、肥煤為主，在縱向上隨埋藏深度的增加煤的變質(zhì)程度增大，其反射率梯度為0.01/100m；在橫向上由于燕山期巖漿巖的侵入，使煤層發(fā)生了熱接觸變質(zhì)作用，發(fā)生了不同程度的變質(zhì)，由南向北煤質(zhì)逐漸增高。
    例如峻德、興安礦區(qū)主要為氣煤和長焰煤，興安北部的富力、大陸、南山礦變?yōu)榉拭海列乱坏V深部、鳥山區(qū)變?yōu)榻姑海傧虮狈植加胸毭汉蜔o煙煤(圖4)。因此煤變質(zhì)程度較高的南山、新一礦煤層瓦斯含量相應(yīng)增高，使得礦井瓦斯涌出量較大，屬高瓦斯突出礦區(qū)。
 

1.3.5煤層含氣量
    通過對鶴崗礦區(qū)南部的2口參數(shù)井(HE-01和HE-02井)的實測數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)各煤層含氣量很低：HE-01井的含氣量為1.14～2.41m3/t，平均2.3m3/t，HE-02井的含氣量為1.06～5.01m3/t。在33個樣品中，CH4含量大于80%的僅有5個，占15%(分析數(shù)據(jù)僅供參考)，間接說明礦區(qū)南部煤層氣資源較少[7]。
    筆者采用礦井瓦斯涌出量推算的方法來預(yù)測不同深度煤層含氣量。首先利用各礦區(qū)瓦斯相對涌出量與開采深度實測數(shù)據(jù)擬合出相應(yīng)關(guān)系式，然后將鉆井解吸測定的含氣量對應(yīng)的深度值代入關(guān)系式，得到此深度對應(yīng)的瓦斯相對涌出量；再用此瓦斯涌出量除該深度的解吸含量，得到瓦斯涌出量與煤層氣含量的折算系數(shù)；最后利用開采深度與瓦斯涌出量的相關(guān)公式，計算出不同深度的瓦斯相對涌出量；再利用計算出的瓦斯相對涌出量除以折算系數(shù)，得出不同深度的含氣量數(shù)據(jù)。
    通過礦井瓦斯涌出量折算方法，預(yù)測全區(qū)500～1500m之間煤層的含氣量為1.63～19m3/t，其中南山礦、新一礦含氣量較高，能夠達(dá)到8.14～15.4m3/t，表明該礦區(qū)煤層氣儲量具有一定的規(guī)模。
2 煤層氣資源量預(yù)測
    鶴崗礦區(qū)煤炭資源豐富，主要分布于1500m以淺。筆者以垂深1500m為界線，將鶴崗礦區(qū)劃分為5個區(qū)塊，分別對其煤層氣資源量進(jìn)行預(yù)測：煤炭儲量共有48.12×104t，含氣量為7～16m3/t，預(yù)測煤層氣資源量為496.4×108m3(表1)。其中南山區(qū)(Ⅲ區(qū))和新一-鳥山區(qū)(Ⅳ區(qū))為主要含氣區(qū)，資源量分別為172.9×108m3和179.5×108m3，占1500m以淺煤層氣總資源量的70%(圖5)[5]。
 

    1) 鶴崗礦區(qū)主要以氣煤為主，受巖漿巖作用，煤受到不同程度的變質(zhì)，由南向北煤質(zhì)逐漸變高，由南部峻德、興安礦的氣煤，到中部富力、大陸、南山礦的肥煤，至新一、鳥山礦的焦煤，再往北分布的貧煤和無煙煤。該區(qū)以中煤階為主，煤層厚度大，累計厚度可達(dá)70m，單層厚度能夠超過20m，為煤層氣的賦存提供了富集的場所。
    2) 煤層氣資源非常可觀，垂深1500m以淺，具含煤面積300km2，煤層氣資源量可達(dá)496.4×108m3，資源豐度1.5m3/km2。其中南山、新一、鳥山礦區(qū)含有豐富的煤層氣資源，垂深1500m以淺的煤層氣資源量為352.4×108m3，占整個礦區(qū)1500m以淺煤層氣資源量的70%，是煤層氣勘探開發(fā)的有利區(qū)。
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(本文作者：楊敏芳1，2 孫斌2 張麗琳3 田文廣2 陳剛2 孫欽平2 1.中國地質(zhì)大學(xué)(北京)；2.中國石油勘探開發(fā)研究院廊坊分院；3.中國石油渤海鉆探工程公司第二錄井分公司)