Question

煤层气地质特征及成藏条件

Answer 1

（一）煤层气地质特征

1.含煤地层及煤层

盆地的沉积盖层从下往上依次为：下侏罗统的布达特群、东宫组；上侏罗统的兴安岭群；下白垩统的铜钵庙组、南屯组、大磨拐河组和伊敏组；上白垩统的青元岗组及上新统的呼查山组。沉积主体是下白垩统。其中，煤层主要发育在南屯组上段、大磨拐河组上段和伊敏组中。

南屯组为一套湖相沉积，多为下细上粗，可以分成二段。下段为黑色泥岩、灰白色砂岩、砂砾岩，局部夹油页岩，厚度150～220m；上段为灰色砂岩与黑色泥岩互层夹煤，厚300～350m，含煤20余层，有2～3层可采，煤层总厚度4～10m。此套地层在全盆地断陷中都有分布。

大磨拐河组为海拉尔盆地群的主要含煤地层，区内普遍发育。为一套湖相沉积，自下而上分为大一、大二、大三、大四和大五段。大一～大三段为厚层黑色泥岩夹泥质粉砂岩及砂岩，个别断陷有薄煤层发育，地层厚度350～400m；大四～大五段为大段黑色泥岩夹少量砂岩，煤层发育。

伊敏组为海拉尔盆地群又一重要含煤地层，虽其分布范围不及大磨拐河组，但在海拉尔河断裂以南普遍赋存，并往南西方向增厚。以湖沼相沉积为主，自下而上分为伊一、伊二和伊三段。伊一段为灰色泥岩、砂岩，煤层发育，厚250～320m。伊二段也为灰色泥岩，煤层也发育，厚度200～350m。伊三段以砂岩、砂砾岩、灰色泥岩为主，煤层没有伊一、伊二段发育。

综上所述，海拉尔盆地群白垩系上统伊敏组、大磨拐河组和南屯组属陆相含煤地层，在海拉尔盆地群各断陷内均有分布，煤层厚度较大，为煤层气的形成奠定了物质基础（图6-1）。

2.煤岩与煤质特征

盆地煤岩显微组成以镜质体为主，含量一般80%～90%，壳质体和丝质体含量大多在10%以下，仅个别样品壳质体含量超过10%(12%～15%），反映盆地中的煤均属腐殖煤。据钻井煤层的有机地化分析，可溶有机质饱和烃含量低，饱/芳比小，有机碳含量高（>30%），具腐殖煤的一般特性。

海拉尔盆地群大磨拐河组与伊敏组煤层结构大多复杂，煤层稳定性总体较差，灰分含量平均为19.65%，挥发分平均为44.4%，大多为褐煤。相比较而言，拉布达林煤田煤阶较高，为长焰煤—气煤；伊敏煤田煤层结构简单、稳定性较好。

本区煤变质阶段自上而下由浅变深，相应的煤类为褐煤、长焰煤、气煤、肥煤。褐煤大多埋藏在700m以浅，长焰煤大多埋藏在700m以深。本矿区煤的变质为深成变质基础上叠加了岩浆热变质。其南侧的呼和湖凹陷海参7井亦如此。综合前人研究测试资料，本区浅部（埋深小于1000m）煤的镜质体反射率Ro在0.35%～0.50%之间，属于褐煤；深部（埋深介于1000～2 000m）绝大多数地区Ro介于0.50%～0.65%之间，属于长焰煤～气煤（表6-1）。

图6-1 海拉尔盆地群煤层厚度分布示意图

3.含气性特征

海拉尔盆地群气测录井统计结果表明，埋藏一定深度（大磨拐河组及以下地层），具有一定厚度（单层大于1.5m，或复层大于3m）的煤层都有气测异常显示，而且气测异常值的大小与埋深（层位）、层厚和顶底板岩性有关。煤层气测异常主要是由于煤层被钻碎后，随泥浆上升，压力降低，使煤层中的烃类气体发生解吸而形成的。根据各井的气测异常—深度曲线特征，海拉尔盆地群的煤层甲烷风化带深度应在600m左右。本区煤层含气量的变化规律大致表现为随着埋藏深度的增加煤层含气量逐渐升高，烟煤高于褐煤，中变质阶段的煤高于其他浅变质阶段的煤。根据伊敏凹陷五牧场地区在3条勘探线上9个钻孔中采集的煤层样品分析结果，各煤层的甲烷含量在0～3.50m³/t之间。其中，4-1、5-1、6-5号褐煤层最低，为0～0.65m³/t;10-3号煤层深部的气煤、13-1号煤层深部的气煤弱粘煤及13-4、13-5号煤层中部长焰煤的煤层气含量最高，为2.06～3.50m³/t。

表6-1 海拉尔盆地群主要煤田煤层与煤质特征

根据海参3井褐煤样和海参7井气煤样的等温吸附试验结果（表6-2），进行了褐煤与长焰煤吸附气的估算。通过计算，不同埋深条件下的煤层平均含气量为：小于500m，含气量为3.83m³/t;500～1000m，含气量为3.28m³/t;1000～1500m，含气量为3.58m³/t;1500～2000m，含气量为3.83m³/t。

（二）煤层气成藏条件

1.煤的热演化程度低，产气率小，但煤层厚度较大、分布广泛，盆地总生气量大

海拉尔盆地群煤类大多为长焰煤、褐煤，热演化程度低，产气率较少，主要为褐煤阶段的原生生物甲烷气和长焰煤阶段的热成因甲烷气。但白垩系上统伊敏组、大磨拐河组和南屯组在海拉尔盆地群各断陷内均有分布，煤层厚度较大，盆地煤层气总生气量大。

表6-2 海参3、海参7井煤样等温吸附实验数据表

2.煤阶低，煤储层吸附能力较弱，孔隙度和渗透率较大

煤大多处于低演化阶段，煤储层兰氏体积和兰氏压力较小，吸附能力较弱，煤层含气量较低，普遍小于4m³/t。孔隙度和渗透率相应较大，有利于提高煤层气的可采性，提高煤层气采收率。

3.盖层封闭能力较强、分布稳定，煤层气保存条件较好

本区的呼和湖及呼伦湖煤层的主要盖层为泥岩及粉砂泥岩互层，平面分布稳定，厚度较大，具良好的毛细封闭能力，突破压力在2MPa以上，能够维持吸附气、溶解气和游离气3种相态的平衡关系，保持最大的吸附量，能够有效地阻止地层水的垂向交替作用，减少地层水交替影响，不易产生微裂缝，封闭性能稳定，对煤层甲烷保存有重要意义。