Question

（五）阜新盆地煤层气地质概况

Answer 1

阜新盆地位于华北陆块东北缘，华北北缘隆起带的东部，是前寒武纪变质基底上发育的燕山期断陷盆地，同沉积断裂控制沉积盆地的形成与发展。阜新盆地北邻松辽盆地，是与松辽盆地深部晚侏罗至早白垩世断陷同期形成的断陷盆地，在盆地形成演化和地质构造特征上具有很大的相似性。

阜新盆地为早侏罗—晚白垩世断陷盆地，基底为太古宇、新元古界和震旦系，华北陆块北缘燕山晚期构造活动强烈，形成一系列北东、北北东向张扭性断裂，被拉张的变质岩系形成裂陷，伴随裂陷的形成有大规模间歇性火山喷发。在张扭作用下裂陷盆地加速下降，形成九佛堂期、沙海期水进沉积序列。至阜新期在压扭作用下盆地沉降速度减缓，形成水退沉积序列，沉积了巨厚煤层。晚白垩世孙家湾期气候转为干旱，聚煤作用减弱，沉积了粗碎屑岩，盆地逐渐萎缩，至白垩纪末盆地抬升遭受剥蚀，并被后期构造掀斜，呈现南西抬升，北东沉陷，伴有轻微褶皱及张性、张扭性断裂。从盆地发育历史分析，盆地聚煤期较为稳定，形成了较好的煤层，上覆层系有一定厚度，对煤层的深埋演化成煤、成烃较为有利。成盆期后的构造活动较为强烈，岩浆侵入对含煤岩系有一定影响，构造抬升和掀斜及张性、张扭性断裂对气态烃类保存不利，对盆地形成封闭的水动力系统不利。

阜新盆地及周缘岩浆活动频繁，成盆初期义县期为间歇性火山喷发，白垩纪早期聚煤期较为平静，喜马拉雅期辉绿岩岩浆侵入，多以北东向断裂带为通道形成岩床、岩脉、岩墙。侵入岩分布面积广，不均匀。辉绿岩床多沿煤层侵入，对煤层有一定影响。

阜新盆地为北北东向狭长断陷盆地，沉积岩层东厚西薄呈箕状，具东西分带、南北分块构造格局，面积1500 km²。盆地边缘以断裂为界，断面向盆地倾斜，浅陡深缓，控制盆地的成生和发展。沙海组同沉积断层以北东及北北东、北东东向正断层为主，并形成断槽。阜新组以北东向褶皱为主，呈雁列式，并有北东及近南北向正断层发育。白垩纪晚期构造变形使盆地整体掀斜，南端和西侧相对抬起，北端和东侧相对下沉，形成现今构造面貌。

阜新盆地基底为华北陆块北缘隆升裸露的前震旦纪变质岩系和震旦纪石英岩、硅质灰岩。断陷盆地沉积岩层为上侏罗统义县组，以火山喷发岩为主，夹砾岩、砂岩、泥岩，并有薄层煤，厚度大于400 m。九佛堂组为黑色泥岩、灰白色砂岩、凝灰质砂砾岩，厚1400～2000 m。含煤地层主要是下白垩统沙海组，为砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层，厚650～1340 m。阜新组为灰色砾岩、砂岩、粉砂岩、泥岩、煤层，厚445～1100 m。含煤岩系之上覆盖层为下白垩统孙家湾组，灰绿—紫—杂色砾岩、砂岩、泥岩，厚500～1000 m。有20 m第四系沉积物覆盖其上。

沙海组沙1段为半干旱型冲积扇，沙2段为潮湿型冲积扇和扇前—扇间洪积平原，沙3段为浅湖周缘扇三角洲和浅水湖泊，沙4段为浅水湖泊、深水湖泊及水下重力流沉积。自下而上为较完整的水进沉积序列。沙海组沉积向盆缘厚度变大，粒度变粗，向盆地轴部厚度变小，粒度变细，煤层受浅湖周缘扇三角洲控制。沙海组可分4个段7个单元，除底部不含煤外其余全是含煤层，层间距0.5～30 m，其中沙3、4段在全区含较稳定可采煤层。沙海组3～4段含煤7～26层，厚2.90～25.10 m，可采煤层9层，单层煤最厚达20.3 m。沿沉积倾向方向煤层向两侧分叉变薄、尖灭，富煤带沿盆地长轴呈北北东向展布，最大面积达18.5 km²。

阜新组高德段时期，由深湖周缘扇三角洲—湖泊沉积逐渐转为冲积扇和扇间冲积平原，形成细—粗—细沉积序列。太平段时期，盆缘向中央依次为冲积扇—扇前辫状河—网结河沉积。中间段时期，盆缘冲积扇活动比太平期更为强烈。孙家湾段时期，盆地中央网结河沉积有所扩展。水泉段时期，扇前辫状河水系十分发育，为洪水泛滥扇前冲积平原。阜新组自下而上组成水退沉积序列。阜新组也有向盆缘厚度变大，粒度变细，含煤率增高的趋势。阜新组5个段又分7个煤层组，含煤30多层，可采煤20层，层间距0.5～30 m。太平段含煤层多，厚度大，层间距小。阜新组太平段、中间段、孙家湾段含煤系数25%，煤层厚度10～80 m，其中大于10 m厚的煤层较多。LJ-1井于井深818.8～901.2 m钻遇太平段、中间段煤层，累厚51.2 m；于井深732.2～765.0 m钻遇孙家湾段煤层，累厚27.2 m。盆地轴部为富煤带，煤层厚，结构简单，煤质好，向南东盆缘方向煤层分叉减薄，向西北方向分叉较弱，变化较小。阜新组煤层主要受辫状河水系和扇前浅水湖泊相沉积控制。

阜新盆地宏观煤岩类型变化不大，除水泉段煤层以半亮煤和半暗煤为主，其它均以光亮煤、半光亮煤为主，次为半暗煤。煤层原生条带结构、内生裂隙和板状节理发育，裂隙面有后生方解石、黄铁矿、粘土矿物。煤岩显微组分为镜质组，次为半镜质组，镜质体最大反射率为0.375%～1.5%。阜新组煤质分析挥发分为39.72%～41.05%，变化范围不大，在接触变质带变化较大。气煤水分为6.17%～6.28%，长焰煤为5.57%～8.62%。灰分为17.23%～23.54%，属中灰煤，位于分叉带或结构复杂煤层灰分偏高。硫分为1.42%～2.84%，属中硫煤，在辉绿岩体附近变化大。沙海组煤质劣于阜新组，除1煤为长焰煤，其它均为气煤，气煤挥发分为40.42%～41.58%，变化不大。灰分为20.66%～29.90%，属中灰煤。硫分为低中硫煤和中硫煤，含量0.68%～3.36%。LJ-1井主要目标煤层均为低灰、特低硫、低磷煤。阜新盆地煤阶主要为长焰煤和气煤，随深度变化煤阶增高，一般以埋深650 m为界，其上为长焰煤，其下为气煤，但在王营立井高德段煤层埋深400 m以下即为气煤，盆地中部东梁矿区埋深1000 m煤岩镜质体反射率为0.5%～1.5%，高煤阶已达肥—焦煤，与喜马拉雅期辉绿岩发育热变质密切相关。LJ-1井主要目标煤层为低变质长焰煤。

根据LJ-1井17个样品分析资料，阜新盆地主要煤层含气量为6.3～10.4 m³/t，平均值8.5 m³/t。根据煤样解吸样品气体成分测定，气体主要成分CH₄占70%～90%，N₂为7%～31%及微量CO、CO₂。据LJ-1井阜新组煤层等温吸附试验资料，太平段煤层兰氏体积为33.71 cm³/g，兰氏压力为19.07 MPa；中间段煤层兰氏体积为18.81 cm³/g，兰氏压力为6.74 MPa；孙家湾段煤层兰氏体积为21.59 cm³/g，兰氏压力为9.98 MPa。

阜新盆地多数煤层原生结构保存较好，孔隙度为4.0%～9.5%。根据原煤的密度和容重计算的孔隙度，太平段煤层为3%，中间段煤层为2%，孙家湾段为1%，孔隙度值偏低。根据LJ-1井资料，各煤层割理发育较好，太平段、中间段煤层面割理10～12条/5 cm，端割理2～4条/5 cm；孙家湾段煤层面割理8～10条/5 cm，端割理2～3条/5 cm。各煤层自上而下割理发育程度无明显变化，煤层和夹矸层中多见构造裂隙和劈理。LJ-1井裸眼注入压降法测试，太平段煤层渗透率为0.323×10^-3μm²，中间段煤层渗透率为0.469×10^-3μm²。孙家湾段煤层进行DST裸眼试井，测试井段730～757 m，储层渗透率为0.428×10^-3μm²。试井资料表明，煤储层压力梯度为4.9 kPa/m，孙家湾段储层压力为3.7 MPa，含气饱和度为80%。

阜新盆地阜新组煤层30多层，可采煤层20层，煤层多、厚度大、间距小、煤质好，变质程度已达长焰煤、气煤阶段，是主要目标煤层。沙海组煤层沙3～4段含煤30层，可采煤9层，埋藏较深，主要是气煤和长焰煤，是煤层气勘探目标层。阜新盆地的煤层气封盖条件，孙家湾组下部粉砂岩、页岩厚35～70 m，埋深150～300 m，为一层隔水层，阜新组的粉砂岩和泥岩厚数米至数十米，埋深350～580 m，也是一层隔水层，可能成为区域性封盖层。沙海组在形成水进浅湖沉积体系时细碎屑岩比重较高，埋深较大，成岩程度较高，封闭条件较阜新组为好。阜新盆地阜新组以上有4层含水层，第四系砂砾岩含水性强，上部孙家湾组和下部阜新组孙家湾段、太平—高德段都为砂砾岩层含水，岩性胶结松散，矿化度有向下增高的趋势，太平—高德段达1476 mg/L，为Mg-Ca—HCO₃型。阜新盆地成煤期后盆地南部和西部抬升、掀斜，沙海组、阜新组均遭剥蚀，盆地水动力条件较为活跃，对煤层气保存不很有利。

阜新盆地煤层气勘探程度低，1993～1997年矿区利用煤层瓦斯抽放井5口，抽放量727×10⁴m³。近年来，在盆地内施钻煤层气勘探井5口，其中2口为资料勘探井，1999～2000年施钻的LJ1-3煤层气勘探井，LJ-1井排采近5个月，最高产气量3320 m³/d，平均产气量2900～3000 m³/d。

阜新盆地煤层分布广，埋藏深度适中，大多在500～1000 m之间，煤种以长焰煤为主，少量为气煤，煤炭资源量达25.0×10⁸t。据西安煤炭研究分院测算，煤层气资源量为55.71×10⁸m³，其中预测储量为48.67×10⁸m³，远景资源量为7.04×10⁸m³。

参见《中国煤层气盆地图集》“阜新盆地地质图”、“阜新盆地早白垩世沙海中期岩相古地理图”、“阜新盆地早白垩世阜新早中期岩相古地理图”、“阜新盆地含煤层段厚度及煤层特征表”、“阜新盆地下白垩统阜新组煤层厚度图”、“阜新盆地下白垩统主煤层煤岩变质程度图”、“LJ-001孔煤层含气量数据表”、“阜新盆地阜新组煤层等温吸附参数表”、“阜新组煤层等温吸附曲线”。