内蒙古黑山煤田煤层气资源潜力评价

于东方 姚海鹏

（1.内蒙古煤勘非常规能源有限责任公司，内蒙古 呼和浩特 010010；2.内蒙古自治区煤田地质局，内蒙古 呼和浩特 010010）

0 引言

黑山煤田地理上位于内蒙古自治区阿拉善左旗腾格里额里斯苏木西部，行政区划隶属于阿拉善左旗温都尔勒图苏木。历经50余年的煤炭勘查，煤炭地质相关资料较为丰富，但尚未开展过煤层气资源调查评价工作[1]。黑山煤田作为内蒙古中煤阶煤发育区的典型代表，分析其煤层气的基本地质条件和资源潜力，优选目标勘查区块，可以为黑山煤田煤层气勘查开发的早日突破提供参考。

1 地质背景

黑山煤田北接阿拉善台块，东邻贺兰台向斜，南靠北祁连褶皱带，位于三大构造单元的交汇部位。本次煤层气资源评价范围即是黑山煤田范围，总面积约1 100 km2。黑山煤田出露地层由下而上分别为寒武系香山群（∈2x）、奥陶系米钵山组（O1-2mb）、泥盆系石峡沟组（D2s）和中宁组（D3zh）、石炭系前黑山组（C1q）、臭牛沟组（C1c）和太原组（C2t）、二叠系大黄沟组（P1dh）和窑沟组（P2yg）、三叠系二断井组（T1-2er）和珊瑚井组（T2sh）、古近系寺口子组（E2s）和第四系（Q）。黑山煤田的主要含煤地层为上石炭统太原组（C2t），地层受构造控制。煤炭钻孔揭示该层属海陆交互相含煤建造，厚度介于194.36～341.08 m，共发育7个煤组、15层煤，煤类主要为焦煤和肥煤。依据岩性、含煤性、沉积韵律特征可把该套地层划分为下、中、上3个岩性段（图1）：①下段（C2t1）。该岩性段下部为细砂岩、粉砂岩，见团块状或星散状黄铁矿结核，中—上部为黑灰色泥岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩，发育数层薄煤层及煤线，煤层均不可采，稳定性差。②中段（C2t2）。该段为主力煤层发育段。岩性以泥岩、煤层中砂岩、粉砂岩为主，主要发育8层煤，其中4-1煤层为区内的主要可采煤层之一，煤层割理发育，较稳定，是煤层气资源潜力评价工作的主要目标煤层。③上段（C2t3）。该段岩性主要为中砂岩、泥岩、粉砂岩，含假希瓦格蜓类化石，发育3层煤，其中1-3煤层为区内的主力煤层之一，煤层结构简单，厚度大，稳定性好，对比可靠，煤体结构为原生结构。

2 资源选区评价标准

图1 黑山煤田含煤地层综合柱状图

《煤层气资源勘查技术规范：GB/T 29119-2012》针对煤层气选区评价制定了相应的标准[2]，主要从煤层累计厚度、煤层单层厚度、埋深、含气量、含气饱和度、渗透性、储层压力等方面做出了相应的规范要求，见表1。

中国石化华北石油局在总结国内外煤层气资源优选评价资料的基础上提出了包括基础参数、储量参数、物性参数3种类型和12个要素[3-7]的煤层气选区评价标准（表2）。

表1 煤层气选区综合评价标准表

研究区内没有施工过煤层气参数井和探井，含气饱和度、储层压力、吸附性、临储比等参数暂时难以获得，本次评价暂不考虑，但增加了顶（底）板泥岩厚度这个封盖指标。根据上述规范和前人总结的评价标准，针对研究区的中煤阶煤层气基础地质条件，初步制定了中煤阶煤层气资源选区评价标准（表3）。构造特征、水文地质条件及孔裂隙特征也是煤层气成藏的重要因素，本次评价仅作定性说明。

3 资源条件评价

黑山煤田的主要含煤地层为上石炭统太原组，早石炭世为浅海—滨海平原类型古地理环境，局部发育有数层不可采的薄煤层或煤线。晚石炭世则是以海陆交互相为主的沉积环境，海水进退频繁，泥炭沼泽多次发育，形成太原组各可采煤层[8-9]，在煤田南部呈北西—南东向连续出露，在煤田北部呈条带状出露。石炭系太原组共发育煤层15层，其中可采煤层2层（1-3煤层大部可采、4-1煤层局部可采），相对于4-1煤层，1-3煤层厚度大，分布稳定。因此，黑山煤田煤层气资源条件评价以主力煤层1-3煤层为主。

表2 中国石化华北石油局煤层气选区评价标准表

表3 黑山煤田中煤阶煤层气资源选区评价标准表

3.1 煤层厚度及埋深

煤层厚度是煤层气富集的物质基础，亦是煤层气地质选区优先考虑的主要地质条件[3-7]。煤层埋藏深度是煤层气地质选区评价的关键参数，也是煤层气资源评价的边界条件之一[8-9]。煤层埋藏深度不能过深，也不能太浅。如果煤层埋藏深度过深，一是煤岩压实作用增强，煤储层物性变差，二是在当前勘探开发条件下煤层气开发成本增加，经济效益差。若煤层埋藏深度过浅（小于300 m），煤层位于甲烷风化带，煤层气保存条件差，含气量低[10-15]。

研究区主要煤层（1-3煤层）位于太原组上段中部，分布于整个煤田，厚度范围为0.70～12.31 m，总体表现为西薄向东逐渐增厚的特征（图2），在煤田东部ZKP11井以东形成一条煤层厚度大于5 m的富集带。黑山煤田1-3煤层的埋藏深度均小于1 200 m，一般介于600～1 000 m，适宜煤层气的富集成藏和勘查开发，整体上呈现出中部埋藏浅、向东西两侧逐渐加深的趋势（图3），但在中部可能由于次级构造的存在，导致局部埋藏深度急剧增大。仅以煤层埋深而言，非常有利于煤层气的富集，达到了煤层气资源目标区的要求。

图2 黑山煤田主力煤层厚度分布图

图3 黑山煤田主力煤层埋深等值线图

3.2 煤岩煤质特征

1）宏观煤岩类型。1-3煤层的宏观煤岩成分以亮煤、半亮煤为主，次为暗煤、镜煤，含少量丝炭。宏观煤岩类型以光亮—半亮型为主，半亮型次之，含少量暗淡型，煤岩类型达到了煤层气资源目标区的指标。

2）显微煤岩组分。煤类主要为焦煤和肥煤，镜质组含量介于45.45%～83.20%，平均值为71.00%，达到了煤层气资源有利区的指标。

3）灰分。1-3煤层的原煤灰分产率介于11.81%～35.95%，平均值为22.49%，属于中灰煤，反映出煤储层有较好的吸附性能。根据评价标准，灰分达到了煤层气资源有利区的要求。

4）煤变质程度。评价区煤层变质作用类型为深层变质作用，煤类主要为焦煤和肥煤及少量1/3焦煤。1-3煤层最大Ro介于1.09%～1.46%，达到了煤层气资源目标区的指标。

3.3 煤储层物性特征

1）煤的含气性。黑山煤田青岭煤矿坑底见气泡溢出，点火可燃，火焰长6～8 cm。在煤田钻孔ZKX8-4孔埋深910 m采取瓦斯样，经现场解吸8 h，含气量为3.79 m3/t，折算含气量为5 m3/t，达到了煤层气资源有利区的要求。在不经过煤层解吸样绳索取心的采集条件下，含气量出现高值，表明本区煤层气含气量具有富集的可能性。

2）煤储层的孔隙特征。通过密度法计算出黑山煤田煤层的孔隙度分布在3.57%～13.16%，孔容分布在0.024 983～0.099 681 mL/g。通过核磁共振成像技术测试，煤层平均孔隙度为7.44%，分布在通过密度法测定的孔隙度范围内。整体上黑山煤田中煤储层的孔隙度较高，煤储层中具备充足的孔隙空间，有利于煤层气的富集成藏。

3）储层渗透性。中国石油勘探开发研究院廊坊分院对黑山煤田煤的渗透性进行研究，结果显示该煤田煤储层渗透率为0.38 mD，整体上煤储层渗透性较好。

3.4 保存条件

1）顶底板条件。1-3煤层顶板岩性以泥岩、粉砂质泥岩、泥灰岩为主，底板岩性以泥岩、粉砂质泥岩为主，局部发育砂岩。顶板泥岩厚度最大达40 m，一般大于5 m，有较强的封盖能力。

2）构造特征。黑山煤田总体上是一个近东西向的复式褶皱，由B1背斜，B2背斜、B3背斜、B4背斜及X1向斜、X2向斜、X3向斜等一系列褶皱组成，并由一系列近南北走向的断层切割（图4）。北部区发育压性逆冲断裂，褶皱宽缓，是煤层气最有利的富集区。

图4 黑山煤田构造纲要图

3）水文地质条件。根据邻区147号孔抽水资料显示，太原组上段含水层单位涌水量为0.001 96～0.002 13 L/（S·M），渗透系数为0.006 72 M/C，透水性弱。二叠系和太原组地层中泥岩厚度大，分布广，形成稳定的隔水层。根据中高煤阶煤层气成藏规律，这种弱水动力的水文环境是有利的煤层气富集区。

通过对黑山煤田构造特征、煤层厚度、煤储层物性、煤岩煤质特征及水文地质条件的分析，黑山煤田中东部煤层发育稳定、厚度较大，埋藏适中、次级褶皱和挤压逆断层发育，属于煤层气富集区域。

3.5 评价结果

按照评价标准，本次研究将黑山煤田各有利因素进行了叠加，圈定了煤层气富集的远景区、有利区和目标区（图5），主要分布在黑山煤田中部地区，煤层气资源富集远景区面积为187 km2，有利区面积为500 km2，目标区面积为120 km2。

图5 黑山煤田主力煤层煤层气选区综合评价图

3.6 资源量预测

黑山煤田主要可采煤层厚度变化规律性明显，采用地质块段法进行煤炭资源量估算，用体积法估算煤层气资源量。黑山煤田最大含煤面积约830 km2，煤层平均总厚度约13 m，预测煤炭资源量约162×108t，煤层含气量取5 m3/t。初步预测煤层气资源量约810×108m3，煤层气资源丰度约0.98×108m3/km2。

4 结论及建议

1）黑山煤田主煤层较厚，平均累计厚度达18 m，单层厚度一般大于5 m。宏观煤岩类型以光亮—半亮型为主，煤类以肥煤、焦煤为主，镜质组含量最大达83.20%，显示出良好的生烃潜力，为煤层气的富集奠定了坚实的物质基础。

2）黑山煤田主煤层埋深一般在600～1 000 m，既保证了煤层气较好的保存条件，又有利于煤层气的经济开发。

3）黑山煤田中煤储层的孔隙度介于3.57%～13.16%，平均值为6.97%，为煤层气提供了较大的储集空间。裂隙系统在构造应力的作用下比较发育，煤储层渗透率为0.38 mD，有利于煤层气的开发。

4）黑山煤田主要煤层顶底板岩性以细粒的泥岩、粉砂质泥岩为主，厚度较大，有较强的封盖能力。目的层段透水性弱，水动力环境处于相对滞留状态，有利于煤层气富集。

5）初步预测黑山煤田煤层气资源量约810×108m3，煤层气资源丰度约0.98×108m3/km2。

6）建议在黑山煤田圈定的目标区内施工煤层气参数井，以获得实测含气量、储层压力、压力梯度、含气饱和度、煤储层渗透性等关键参数，为进一步开展煤层气资源调查评价工作提供依据。