Question

准南煤田乌鲁木齐河东、河西矿区煤层气资源评价

Answer 1

李瑞明 尹淮新

（新疆煤田地质局156队 乌鲁木齐 830009）

作者简介：李瑞明，高级工程师，煤田地质专业，新疆煤田地质局156队总工程师，联系地址：新疆乌鲁木齐市西山路71号新疆煤田地质局156队，邮政编码830009.电子信箱：lrm950@126.com。

摘要 乌鲁木齐河东、河西矿区是我国重要的煤产地之一，煤层层数多，厚度大，具有煤层气资源丰度大的特点，煤层属低阶煤，其含气量较好，渗透性高，具有良好的勘探开发前景。

关键词 准南煤田 储层条件 煤层气资源 勘探开发前景

Resource Assessment of CBM in Hedong and Hexi Coalmines of Urumuqi，South Zhungar Coal Field

Li Ruiming，Yin Huaixin

（Team No.156 of Xinjiang Bureau of Coal Geology，Urumuqi 830009）

Abstract：Hedong and Hexi coalmines of Urumuqi are important coal production areas in China.There are a number of thick coal seams with high CBM concentration and low coal rank and high permeability in these areas.Therefore，the CBM exploration and development prospects are interesting.

Keywords：South Zhungar coalfield；reservoir condition；CBM resources；exploration and development prospects

前言

研究区位于北天山博格多山北麓，行政区划属阜康市、米泉市、乌鲁木齐县、昌吉市管辖，本次研究以乌鲁木齐河为界分为东、西两区。作为我国重要的煤产地之一，乌鲁木齐河东、河西矿区煤层气资源丰富，多为低山丘陵黄土地形，交通条件便利，都乌输气管道从区内通过，距乌鲁木齐市不足10km，煤层赋存条件好，具有良好的煤层气勘探开发条件。

1 地质背景

1.1 大地构造

大地构造位于天山-兴蒙褶皱系一级构造单元下的二级构造单元天山褶皱带北部中央部位。

该褶皱带北以准噶尔坳陷接壤，南以博罗科努-阿其库都克超岩石圈断裂为界，呈近东西向展布，南北宽约200km，这是自早古生代开始，历经华力西、印支、燕山及喜马拉雅构造运动，形成了一系列北西西向，近东西向及北东东向的断裂、褶皱及山间盆地。其断裂主要为压性，褶皱均以复背斜形式展现，东部构造形迹呈波浪起伏。

1.2 地层

地层主要有上古生界石炭系、二叠系、中生界三叠系、侏罗系、白垩系及新生界第三系和第四系。侏罗系西山窑组和八道湾组为主要含煤地层。

1.3 构造

1.3.1 断裂构造

整个研究区断层较为发育，现对区域性断裂由西至东简述如下：

（1）F₁推覆断裂（阜康逆掩断裂）。分布于研究区北部，为一区域性控煤构造，控制煤系地层的北部边界，区内长度 70km，断面南倾，具犁式构造特征。地表倾角较大，约45°～55°，深部渐缓，约18°～40°，走向近于东西，具波状起伏该断层对乌鲁木齐河东区煤系地层有较大的破坏作用。

（2）F₄推覆断裂（妖魔山逆掩断裂）。分布于研究区南部，为一区域性控煤构造，控制煤系地层的南部边界，区内长度70km，走向近于东西，断面南倾，倾角较大，约65°，断距由西向东逐渐增大。上盘为二叠系地层，下盘为三叠系、侏罗系地层及第四系砾石层。

（3）F₂逆掩断裂（碗窑沟逆掩断裂）。是本区较大的断裂之一，区内长度68km，发育在七道湾背斜北翼并切割北翼西山窑组地层，对43、45号煤层破坏较严重。断层走向50°～70°，断层东起69线，西延至乌鲁木齐河西头屯河勘探区北部，断层北倾，倾角一般72°～85°，西部断距大，最大垂直断距达500m，9 线以东主要切割43、45号煤层，9线以西切割西山窑组大部分煤层。

1.3.2 褶皱

（1）头屯河向斜。位于乌鲁木齐河西区头屯河勘探区北部，区内长度26km，轴向北东东，轴面北倾，轴部地层为白垩系、第三系地层，两翼地层为侏罗系地层，北翼陡，南翼缓。

（2）小渠子—桌子山背斜。位于乌鲁木齐河西区南部，区内长度 22km，轴向北东东，轴面北倾，轴部地层为侏罗系三工河地层，两翼地层为侏罗系地层，北翼25°～45°，南翼20°～35°。

（3）七道湾背斜。位于乌鲁木齐河东区，分布于七道湾以东，向东延至69线，区内长度33km，轴向北东东，轴面南倾，倾角76°～88°，向西倾伏，背斜北翼被 F₂断层切割，断层北盘（即上盘）由西山窑组、头屯河组地层构成单斜构造（北单斜），地层倾角70°～80°，局部直立甚至倒转。

（4）八道湾向斜。位于七道湾背斜以南，区内长度41km，轴向北东东60°，轴面南倾，两翼地层由西向东分别为西山窑组、八道湾组构成，南翼地层陡（55°～80°），北翼缓（30°～65°）。

1.4 地质发展史

华力西构造运动时期，北天山带产生了大型的地槽沉降，接受了泥盆系（D）、石炭系（C）和二叠系（P）的地层沉积，准噶尔坳陷基底已成形。印支构造运动爆发，北天山一带回返隆起成陆，但各地升降不一。奇台、乌鲁木齐至乌苏一带处于准噶尔地块南缘，受其向南俯冲影响，产生了大规模的沉降运动，接受了地层沉积，此时地壳沉降幅度较大，气候炎热，沉积以河流相及湖泊相为主，岩性为黄绿色、灰-灰白色、红色的砂砾岩、泥岩及砂质泥岩。

早-中侏罗世时，受燕山运动的作用，本区地壳进一步沉降。此时气候温湿，蕨类、新芦木类等大型乔木茂密生长，沉积环境以河流相及泥岩及泥岩沼泽相为主，地壳沉降幅度与泥岩的形成与保存基本适应，便形成了大面积的含煤建造，待侏罗纪晚期，气候开始变得干燥炎热，沉积由还原环境向氧化环境转变，形成了一套砖红色，灰色的泥岩、砂砾岩及砂岩。

整套地层与下伏三叠系地层整合接触。

燕山运动晚期即白垩纪（K），地壳继续下沉，沉积环境以氧化为主，形成一套棕红、棕褐色、灰白色的泥岩、砂岩及砾岩，晚期地壳略有抬起，导致地层倾斜，遭受风化剥蚀。与下伏的侏罗系地层呈假整合接触。

第三纪时，随着喜山运动的进一步发展，博格多复背斜由南向北运移，对本区产生西偏北向挤压力，北部有准噶尔地块向南俯冲，该区地层随即产生了一系列北偏东向褶皱，如M₃、M₇。这和区域性构造极为相似。地层处于准噶尔深断裂的一盘，断盘上致使中新生代地层出露于地表，遭受风化剥蚀。

2 煤层特征

2.1 煤层特征

2.1.1 西山窑组煤层

主要分布于头屯河勘探区、西山-老君庙勘探区、乌鲁木齐-白杨河勘探区、白杨河-水磨河勘探区。分别叙述如下：

（1）头屯河勘探区。西山窑组是本区主要含煤地层。含煤 3～18层。煤层总厚8.36～49.14m。煤层平均总厚为32.19m。含煤系数为8%。其中可采煤层2～4层，总厚6.97～45.24m，平均总厚为29.68m。全区主要可采煤层（组）有2、4～5、7和9～15号煤层，其中9～15号煤层在33勘探线以西分为9～10、14～15号两个可采煤层。

（2）西山-老君庙勘探区、乌鲁木齐-白杨河勘探区。西山窑组煤层分布于八道湾向斜南翼、北翼及北单斜。其分布特征、空间变化简述如下：区内含煤32个层（组），煤层（组）总厚338.65～414.01m，总有益厚135.60～147.43m，含煤系数16%，可采煤层（组）有2～3、4～6、6～9、13、14、15～17、18～19、20～22、25、26、27、28、31、32、33、34～36、37～39、41、42～43、45号等，计 12～20个层（组），总厚317.49～372.64m，可采总厚102.26～127.80m。

2.1.2 八道湾组煤层

乌鲁木齐河西区、河东区均有分布，现分述如下：

（1）乌鲁木齐河西区。大浦沟勘探区含煤 15层，煤层总厚平均47.27m，可采总厚平均21.87m，可采煤层有1、2、3、7、8、9、11、12，计8层，其中 A8 煤层最稳定，相当于河东区八道湾组14～15号煤层，稳定厚度6～7m，向东变厚并分叉。整个煤层沿走向由西向东具有变厚的趋势，沿倾向由浅向深变薄。含煤地层分布范围小，煤层厚度变化大，受构造破坏严重。

（2）乌鲁木齐河东区。分布于八道湾向斜南翼、北翼、七道湾背斜北翼，区内含煤33个层（组），煤层（组）总厚31.04～42.5m，总有益厚18.21～29.77m，含煤系数10.53%，可采煤层（组）有1、2、3～5、7～9、10～13、14～15、19～21、33等，计8个层（组），可采总厚14.89～22.83m。

煤层沿走向由西向东，层数增多，厚度增大。41 线以西为薄煤层及煤线，以东煤层逐渐变厚，在53～64线为富煤带。沿倾向煤层逐渐变厚。

2.2 煤岩、煤质特征

研究区煤层较多，面积较大，平面分为乌鲁木齐河东、西两区，煤层分属于西山窑组、八道湾组，现将煤岩、煤质特征总结如下：

2.2.1 煤岩

宏观煤岩组分：西山窑组上部煤层和八道湾组煤层，以亮煤为主，镜煤、丝炭、暗煤次之，而西山窑组下部煤层丝炭含量相对较高，煤层中的丝炭层透镜状分布，局部厚度达10mm左右。

宏观煤岩类型：八道湾组煤层半亮煤占52.82%～55.23%，光亮煤占 13.94%～42.66%，半暗煤占4.51%～30.84%，暗淡煤含量甚微。均以半亮煤为主。

西山窑组下部主力煤层半亮煤占10.20%～63.35%，半暗煤占11.15%～61.22%，暗淡煤占8.10%～28.57%，光亮煤占0%～17.40%，故以半亮煤和半暗煤为主，西山窑组上部煤层平均光泽较亮。

2.2.2 煤体结构

河东碱沟煤矿为原生结构，六道湾煤矿为碎裂结构-糜棱结构，米泉为碎裂结构煤层；河西头屯河为原生结构，大浦沟为碎裂结构煤层。

2.2.3 煤质特征

八道湾组原煤灰分西区平均值一般为10.09%～22.46%，属低-中灰煤，东区原煤分一般平均值为12.23%～20.18%，属低-中灰煤，而 16～21号煤层为 27.94%～28.10%，富灰煤。煤的发热量（Qb，daf）均大于33MJ/kg，均属高发热的煤。总之八道湾组煤层，在横向上西区煤的灰分产率，硫磷含量比东区相对略低，纵向上下部煤层的灰分产率，硫磷含量比上部煤层略低。

西山窑组原煤灰分，东区一般平均值为11.65%～21.84%，属低-中灰煤，西区的老君-西山，一般平均值为8.00%～26.37%，属特低灰-中灰煤，头屯河一般平均值为9.01%～28.59%，属低-富灰煤。总之西山窑组各煤层的灰分产率，硫、磷含量的变化，在横向上整体看，相对东区高，西区略低，从某个区内分析，东区为由丁向东逐渐变高，而西区则由东向西逐渐变高，在纵向上上部煤层相对高，下部煤层低。

2.3 煤变质特征

煤的变质是煤在湿度、压力作用下以及随着作用时间的增长，煤发生质的变化，煤变质的实质是煤在热的作用下，煤分子发生裂解和聚合，芳香族稠环层在聚合作用下不断堆彻增大，在压力作用下煤分子从无序向有序化排列聚合和有序化使煤变质增高，使煤的反射率增高，该区煤变质指标如下：

2.3.1 碳元素

研究区煤的碳含量平均值一般为77.40%～85.02%，横向上东区由东向西递增，而西区则由西向东递增，纵向上下部煤层碳含量相对较高，上部煤层碳含量略低，如东区西山窑组煤层，45号煤层碳（C_daf）为82.74%，而2～3号煤层碳（C_daf）为78.31%。

2.3.2 煤类的分布

研究区的煤，根据煤质化验指标，对照中国煤炭分类国家标准（GB5751-86），属低变质烟煤，煤类分别为长焰煤、弱粘煤、气煤，西山窑组各煤层，在横向上，由东向西依次为东区为长焰煤-弱粘煤，西区的老君庙-西山为弱粘煤-气煤，而西端头屯河为不粘煤-长焰煤，故有中部气煤-弱粘煤，向东西两侧为弱粘煤-长焰煤展布。纵向上东区：下部煤层为弱粘煤，上部煤层为长焰煤，西区：老君庙-西山，下部煤层为弱粘煤-气煤，上部煤层为气煤-长焰煤，故煤类有下高上低之趋势，八道湾组各煤层东西区均为气煤。

2.3.3 煤的反射率

八道湾组煤层镜煤反射率：东区平均值为 0.601%～0.620%，煤变质阶段属（Ⅰ-Ⅱ），西区平均值为0.68%，煤变质阶段属（Ⅱ）。

西山窑组煤层镜质组反射率：东区平均值为 0.527%～0.655%，六道湾煤矿为0.68%，煤质变阶段属（Ⅰ-Ⅱ），西区头屯河平均值为0.413%～0.569%，煤变质阶段属（0～Ⅰ），故研究区煤的反射率在横向上中部高，东西两侧低，在纵向上下部八道湾组煤层相对较高，上部西山窑组煤层较低。

根据研究区煤层的上述分析指标，说明研究区的煤，煤变质的热源主要来源于煤系之下的深部，且与现今的埋深无关，加之八道湾组煤层与西山窑组煤层接受热源有差异，煤变质程度亦有所不同，故研究区煤的变质基本符合希尔特深成变质之规律。

3 煤储层特征

3.1 煤层气含量

新疆煤田地质局156队施工一口煤层气参数井获得含气量为：41号煤为 7～9m³/t，一般不超过10m³/t；43号煤为10～12m³/t，一般不超过15m³/t；45号煤为6～8m³/t，一般不超过10m³/t。

3.2 煤的吸附性

由测试得知，本区煤的平衡水分4.30%～8.71%，V_L为12.36～26.51m³/g，P_L为2.82～5.76MPa，可见煤的吸附性能与煤级密切相关，煤级高则兰格缨尔体积大，头屯河矿煤层变质程度最低，兰格缨尔体积最小。

3.3 煤的渗透性

新疆煤田地质局156 队施工一口煤层气参数井获得渗透率为：41号煤为13.51mD；43号煤为2.7mD；45号煤为2.8mD。

3.4 煤储层压力

一般用压力梯度去衡量储层压力的大小，为了在储层评价中统一方法和原则，将储层压力划分为三种类型。正常储层压力应等于9.5～10.0kPa/m，即基本上等于静水压力梯度；大于10.0kPa/m为高压储层，小于9.5kPa/m为低压储层。

新疆煤田地质局156队施工一口煤层气参数井获得压力梯度：41号煤为0.85MPa/100m；43号煤为0.84MPa/100m；45号煤为0.90MPa/100m。

4 水文地条件

区内水文地质研究说明，研究区煤层裂隙发育，属于富水性极弱的承压含水层，直接出露于地表的煤层，接受大气降水和河流的补给，在煤层的一定深度内形成迳流水。季节性形成的迳流水位不同，引起煤储层压力变化，煤层气解吸-扩散-运移-水溶气-迳流的逸散模式，对煤层气开发稍嫌不利。

5 煤层气资源量预测

研究区煤层气总资源量是1309.754524×10⁸m³。其储量可成为一个大型气田，潜在的资源量有85.015556×10⁸m³，远景资源量有1224.738968×10⁸m³。不同深度煤层气资源量风化带～600m 最小，1000m～1500m 最大。研究区内煤层气资源丰度为 0.88×10⁸m³/km²～17.94×10⁸m³/km²，向斜南翼最大。其中 3个区块的资源丰度大于13×10⁸m³/km²，这样的资源丰度在国内是极少见的，说明本区煤层气赋存条件比较好。资源丰度明显比我国东部和南部煤层气田大，这与煤层厚度大有关。

6 结论

研究区煤层气总资源量、煤层气含量、煤层气资源丰度、煤储层条件、煤储层压力、煤层气保存条件、水文地条件在全国属中上水平，在低阶地区属最好的，潜在的资源量有85.01×10⁸m³，远景资源量有1224.73×10⁸m³。为煤层气开发赢得有利条件，可以用较少的投资，获得较大的回报。

通过综合地质评价，确定向斜北翼为煤层气资源勘探开发的有利区；北单斜、向斜南翼、大浦沟井田为较有利区。

乌鲁木齐河东河西矿区邻进乌鲁木齐市区，交通便利，施工、开采条件优越，开发成功后，利用成本会相应降低，直接应用于城市入民生活、城市工业建设，非常便捷。

参考文献

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