鄂尔多斯盆地（内蒙古境内）能源矿产叠置组合特征与综合勘查开发建议

冯岩 张春华 杨才 刘颖瑶 张梅

摘要：分析鄂尔多斯盆地（内蒙古境内）能源矿产资源空间分布特征，划定各类能源资源有利富集区域，确定能源矿产资源叠置组合类型，结合能源矿产勘查开发利用现状，探讨叠置能源矿产综合勘查开采的相互影响和可行性。在此基础上，对能源叠置区进行划分，提出各区块叠置能源矿产的开发时序和综合勘查开发建议。

关键词：鄂尔多斯盆地;能源矿产;综合勘查开发;内蒙古

鄂尔多斯盆地（内蒙古境内）是我国重要的能源基地，能源矿产资源极为丰富，天然气、煤炭、铀矿资源量在全自治区大型盆地中均占第一位，由于盆地内矿业权设置重叠问题突出，不同的开发主体间相互制约，叠置能源矿产一种资源一旦开发，后续资源就很难有效开采，不能实现资源节约和综合利用，并且存在一定的安全隐患[1-4]，本文旨在分析鄂尔多斯（内蒙古境内）天然气、煤炭、铀矿等优势能源矿产的空间分布和有利富集区域，结合勘查开发利用和矿业权叠置现状，分区确定能源矿产资源叠置组合类型，提出开发时序和综合勘查开采建议。

1.能源矿产资源概况

鄂尔多斯盆地具有面积大、资源分布广、能源矿种多、储量规模大等特点。依据全国矿产资源潜力评价、资源储量通报等结果[5-7]，内蒙古境内主要能源矿产资源特征如下：

鄂尔多斯地区是内蒙古重要的煤炭生产区，煤炭经济在鄂尔多斯地区工业经济中占重要的地位。截至2016年底，煤炭资源累计探明储量2194.40亿吨，保有资源储量2132.54亿吨，约占全自治区的52.68%。勘查程度方面，煤层埋深lOOOm以浅地段已达到普查及以上工作程度，埋深lOOOm-1500m地段达到预查一普查程度，埋深大于1500m地段为勘查空白区。2016年原煤产量37695.48万吨，约占全自治区原煤产量的65.1%。现阶段煤炭开采主要分布在三个区域，一是准格尔煤田东部，分布在准格尔旗东部区域;二是东胜煤田东部，分布在杭锦旗东部一东胜区一伊金霍洛旗东北部一准格尔旗西部一线;三是鄂尔多斯盆地西缘，分布在鄂托克旗西部棋盘井（靠近乌海）和鄂托克前旗长城矿区（靠近宁夏），煤炭资源分布与勘查开发现状见图1。

鄂尔多斯盆地天然气资源丰富，据《全国油气矿产储量通报》资料统计，截至2016年底，鄂尔多斯盆地（内蒙古境内）天然气累计探明地质资源量21266.3亿立方米，探明技术可采资源量11062.95亿立方米，剩余技术可采储量9630.49亿立方米，占全自治区的95%以上。天然气开采面积30551.85km2，占行政区划面积的32.84%，苏里格、乌审旗、大牛地等气田探明储量均超过千亿方的气田。2016年天然气产量为198.22亿立方米，占全国的16.l9%。“十二五”期间累计外送天然气超过1100亿立方米，占全国总产量的22.5%，位居全国第三。此外，根据国土资源部最新一轮全国煤层气和页岩气资源潜力评价结果，鄂尔多斯盆地（内蒙古境内）2000m以浅煤层气地质资源潜力4.9万亿立方米，可采資源潜力5730亿立方米，页岩气地质资源潜力约为2.7万亿立方米，可采资源潜力5100亿立方米，鄂尔多斯地区非常规天然气资源潜力占全自治区的40%以上[8-9]。

铀矿是我国战略性能源资源，也是我区优势矿产，根据全国铀资源潜力评价结果，鄂尔多斯市伊金霍洛旗、东胜区、杭锦旗为重点铀矿成矿带，已发现大营、纳岭沟、皂火壕等多处超大型、大型矿床，累计查明铀资源××万多吨，预测铀资源量××万多吨，成为我国首个十万吨级铀矿资源基地。随着新铀矿点不断发现，铀矿资源量有望进一步增加。该成矿区带的西部杭锦旗、鄂托克旗仍有较大的铀资源潜力。

2.能源矿产叠置组合特征

鄂尔多斯盆地（内蒙古境内）能源矿产资源分布具有平面上相互叠置，垂向上位于不同层位的特点，具有满盆煤、满盆气、周缘铀矿和煤层气，深部页岩气的分布规律。受控于盆地特有的沉积一构造演化环境，本区能源矿产存在上部侏罗系一白垩系煤一铀成矿系统，发育煤炭、铀矿;下部石炭系一二叠系煤一气成矿系统，发育煤炭、天然气（致密砂岩气）、煤层气、页岩气，空间上主要存在煤炭～铀矿、天然气～铀矿、煤炭～天然气、煤炭～煤层气、天然气～页岩气～煤层气等能源矿产叠置组合类型，见图2。

依据能源矿产赋存特征和叠置组合情况、经济地位、储量规模、开发技术条件，将鄂尔多斯盆地内蒙古境内划分为5个叠置区块，见图3、表1。各区块范围与能源矿产叠置组合特征如下：

I区为煤炭～煤层气叠置区，包括盆地的东缘和西缘两部分。东缘行政区划为准格尔旗，煤系地层最大沉积边界和铀矿远景区分布外界为边界。西缘行政区划为乌海市、鄂托克旗和鄂托克前旗的西缘部分，以延安组底界埋深小于1200m为界。能源矿产叠置矛盾较突出，存在煤炭矿业权和煤层气矿业权重叠问题。

II区为煤炭～铀矿～天然气、煤炭～煤层气叠置区，行政区划为伊金霍洛旗北部、东胜区和杭锦旗北部，以铀矿远景区边界线为界，铀矿与煤炭叠置矛盾突出，随着油气勘查深入，本区天然气与煤炭重叠矛盾将进一步深化。

III区为煤炭～天然气、天然气～页岩气～煤层气叠置区，行政区划为伊金霍洛旗北部、乌审旗，大致以延安组底界埋深小于1200m为界，为油气主采区，天然气与煤炭叠置矛盾突出，存在煤炭矿业权和油气矿业权重叠问题。

IV区为煤炭～天然气、天然气～页岩气～煤层气叠置区，行政区划为鄂托克旗东部、鄂托克前旗东部。大致以延安组底界埋深1200m-1500m为界，为油气主采区，随着煤炭勘查、开发的推进，存在潜在能源矿产叠置问题。

V区为天然气～页岩气～煤层气叠置区，行政区划为鄂托克旗西部、鄂托克前旗西部。大致以延安组底界埋深大于1500m为界，为盆地的深部区，存在常规油气资源与非常规油气资源综合勘查开发利用问题。

3.综合勘查开采可行性分析

鄂尔多斯地区多种能源矿产之间的生成、共存关系存在相关性特征，侏罗系铀矿和煤炭的成生、赋存有明显相关性，石炭一二叠系的煤炭、油气、页岩气、煤层气有明显相关性。同盆共存的多种能源矿产的成矿相关性和相同成矿系统为协同勘查、协同开发奠定了物质基础[1O-11]，各能源矿产成矿相关性见表2。

（1）油气与铀矿综合勘查开采条件。铀矿分布层位以中侏罗统直罗组为主，矿藏埋深300m-800m。天然气主要分布层位在上古生界山西组和石盒子组砂岩储层中，矿藏埋深2500m-3500m，两种资源层位间影响较小。平面分布上铀矿主要分布在盆地北缘区域，天然气现阶段开采区分布于盆地西南缘与大型铀矿区重叠区域面积较小。结合铀矿和天然气的开采规模以及工艺特点，天然气与铀矿开采相互影响较小，同时开发的相互影响完全可以规避。同时，对本区油气钻井测井曲线进行分析解译，可以初步识别和评价铀异常，推动盆地内铀矿资源整体评价与勘查工作进度。

（2）煤炭与铀矿综合勘查开采条件。石炭一二叠系的太原组、山西组煤层同铀矿层位和空间分布上相互影响较小。铀矿成矿区带全部与下侏罗统延安组煤层主要勘查和开采区重叠。铀矿层位距离延安组煤层顶界面垂直距离60m-150m，最小处仅有20m。铀矿地侵开采需要地下封闭水体环境，铀矿含矿层为煤矿开采放水降压的目标层，煤矿开采放水必将导致铀矿含水层水位的持续下降甚至抽干铀矿含矿水层，对铀矿床进行破坏。铀矿床矿石中铀以吸附态铀、铀矿物及含铀矿物三种形式存在，地浸采铀作业中人为加入高强度氧化剂和浸出剂使吸附态铀活化，对煤矿开采区产生明显的放射性影响。因此，两种资源层位间影响较大，难以同时开采。铀矿同煤炭为同一成矿系统，合理部署钻探工程间距，选取钻探和测井工艺标准，满足铀矿和煤炭相应勘查程度的工程密度和勘查规范要求，可以进行煤—铀综合勘查。

（3）煤炭与油气综合勘查开采条件。煤炭和天然气在全盆地大范围重叠，现有煤炭勘查和开采区主要位于盆地东缘和西缘，天然气勘查区覆盖盆地全境，开采区主要分布于盆地西南缘。当前技术条件下，煤炭经济可采的埋深大部分为800m以浅，天然气储层一般埋深大于2000m。天然气与石炭一二叠系深层煤炭为同一层位或相近层位，相互关系密切。延安组煤层与天然气虽然在平面上存在资源叠置，但在层位空间上相距相对较大，鄂尔多斯地区露天开采煤矿对油气开采无影响，井下煤矿开采采用采空区垮落法处理，采空垮落区域下沉范围、下沉深度较大，影响钻井的规划部署和地面油气设施建设，煤炭开采后形成的塌陷区无法实施物探和钻井作业，导致煤炭下部油气资源无法探明和开采。鄂尔多斯地区油气田具有低压低渗的特点，油气井和管网布置密集，油气钻井井位和管线下无法布置煤炭回采工作面，影响煤矿的开拓方式、采区准备、工作面布置等工作。

鄂尔多斯地区油气与天然气具备共采的条件，若在两种资源开发之前，制定协调开发规划，优化平面布局，并按照规划有序开发，可以实现协调开发。要结合煤炭与天然气的开采工艺，合理规划煤炭与天然气开采方案，参照中石化华北油气分公司、神华集团相关研究成果比较可行的方法是在煤、天然气资源叠置区域内留设“天然气走廊”。如图4所示，为煤炭开采与天然气开采之间设置避让距离。煤炭、天然气两种资源实现共采，煤炭在天然气走廊间布置回采工作面，待天然气开采结束后，天然气走廊的煤炭资源可以部分回收，从而达到尽量多采出煤炭资源的目的[8-9]。

（4）煤炭与煤层气综合勘查开采条件。鄂尔多斯地区下侏罗统延安组煤层含气性较差，很难具备开发利用潜力，可利用煤层气主要赋存于石炭一二叠系的太原组、山西组，矿藏埋深在600m-2000m。煤层气资源富集区位于盆地的东缘和西缘。煤炭和煤层气为同一层位，煤炭如果优先开采时，因为安全原因，会采取有效通风、预先抽放等措施，造成煤层气资源的浪费。煤层气开发时，因井距小，井网密，导致煤矿布置回采工作面难度增加，影响了煤矿开拓方式、采区（盘区）准备、工作面布置，制约煤矿开采。

煤与煤层气协调开采主要影响因素是开发空间部署是否合理。依据“先采气、再采煤”的原则，推广一体化、合作化开发模式，建立协调开发机制，统筹煤层气与煤炭资源勘查开采布局和开发时序，实现“以采煤保采气，以采气促采煤，采气采煤协调发展”，实现煤与煤层气的综合勘查、综合利用。

4.能源矿产分区勘查开发建议

针对鄂尔多斯盆地（内蒙古境内）上述五个能源矿产叠置区域的矿产资源组合类型和矿产资源富集程度，以资源最优化开发为目标，规范勘查开发秩序，统筹规划突出优势能源矿产，兼顾其他能源矿产的协调开采，推动盆地内石油、天然气、煤、铀资源的安全、高效、绿色、经济的最优化开发，提出各区块综合勘查开发建议，见表3。各区块综合勘查开发建议如下：

（1）1区以煤炭资源为优势矿种

①煤炭勘查要同时开展煤层气勘查评价，提交煤炭和煤层气综合勘查报告。当勘查区主要可采煤层含气量达到规定指标时，按照《煤层气资源/储量规范》估算煤层气资源量。

②煤层气矿业权人開展煤层气勘查和开发工作，需同重叠煤炭矿业权人签署相关协议。

③加强煤层气和煤炭综合开采利用，必要时煤层气优先部署开采，但需注意其他资源后续利用。

（2）11区以铀矿、煤炭资源为优势矿种

①煤炭勘查要同时开展铀矿勘查评价，提升区内煤炭和铀矿勘查程度，摸清资源分布规律，协调部署铀一煤资源勘查和开发工作。

②应按照先铀后煤的开采时序进行规划，针对大型铀矿床设置重点保护区，加快铀矿资源的开采，切实做好铀矿开发后续环境治理工作。

③天然气勘查和开发要加强对铀矿的资源评价，合理部署工程，采用水平井，大斜距井等工艺，避开铀矿工作区。

④煤炭和铀矿开发工作要进行综合开发概念设计，充分讨论综合效益最大化的方案，积极探索综合开发的技术工艺。优先开发某种资源，充分考虑后续资源的开发利用。

（3）111区以天然气、煤炭为优势矿种

①天然气勘查要开展对铀矿和深部煤炭资源初步识别和评价工作。②煤炭勘查要同时开展铀矿的勘查评价，提升区内煤炭和铀矿勘查程度。③煤炭一天然气重叠区协调开采，应进行综合开发概念设计，充分讨论综合效益最大化的方案，积极探索综合开发的技术工艺。④煤炭或天然气优先开采的，提升其他能源矿产的勘查程度，充分考虑后续资源的开发利用，合理部署勘查开发工作。⑤油气矿业权人应加强对页岩气、煤层气的资源评价和综合勘查、开发利用。