鹤岗盆地煤层气与致密砂岩气共探潜力评价

赵利芳，张 洲，杨 瑾

（1.河南理工大学 资源环境学院，河南 焦作454000；2.中原经济区煤层（页岩）气河南省协同创新中心，河南 焦作454000；3.河南省非常规能源地质与开发国际联合实验室，河南 焦作454000）

鹤岗盆地煤炭和煤层气资源丰富，煤炭储量约为9.388×109t，煤层气预测资源量为7.15×1010m3[1-2]。盆地煤层具有层数多、单煤层薄、累计厚度大及煤体结构破碎的特征。目前仅以煤层为目的层的开发效果较差[3-5]。根据现有测井剖面资料，鹤岗盆地具有煤层多和煤系致密砂岩层数多的特点，良好的封盖条件为致密砂岩气的成藏奠定了基础。煤系地层中，致密砂岩气与煤层气为同源共生关系，学者们对该区域煤层气和致密砂岩气资源量进行了评价[6-8]。基于此，研究了鹤岗盆地煤系储层沉积环境、煤岩煤质、储层厚度、封盖条件和含气性特征，结合国内外煤层气和致密砂岩气共采的成功案例[9-11]，评价煤层气与致密砂岩气共探潜力，为鹤岗盆地“两气”综合勘探开发提供了地质依据。

1 区域地质背景

鹤岗盆地位于黑龙江省东北部，构造上处于牡丹江断裂与大和镇断裂间佳木斯地块西北部。由于西缘南北向展布的青黑山断裂带与东南缘依兰-伊通断裂带的截切作用，使得盆地总体呈走向近南北、倾向向东的单斜构造。盆地主要经历了燕山期、喜马拉雅早期和喜马拉雅晚期三期构造活动[12]：燕山期、喜马拉雅晚期形成了NE、NNE 向逆断层与NW及NNW 向正断层，喜马拉雅早期形成了NW 向逆断层与NE、NNE 向正断层，由此构成了盆地内部的复杂构造格局，鹤岗盆地构造分布简图如图1。

图1 鹤岗盆地构造分布简图（据彭金刚[13]，2017 年修改）Fig.1 Schematic map of structural distribution in Hegang Basin（modified by Peng Jingang in 2017）

鹤岗盆地主要含煤层地层为城子河组和穆棱组，以陆相沉积为主[2，14-15]。其中城子河组含可采煤层36 层，累计厚度可达70 m。鹤岗盆地主要可采煤层包括9、11、15、18、21、22、23、30 号煤层，其中18、21 号煤层全区发育，最大煤厚可达13.35 m。

由于盆地整体断裂构造较发育，导致煤层结构较为复杂，走向上常出现连续性较差及分岔或尖灭等现象。研究区煤岩宏观类型多见半亮煤和半暗煤，结构以细条带-中条带状为主。在鹤岗盆地的兴安矿、富力矿、南山矿、振兴矿、峻德矿、新岭矿、新陆矿、益新矿、鸟山矿共计9 个煤矿取得煤样22 件进行了显微组分、成熟度、工业分析等测试。显微组分中镜质组含量为82.3%～88.4%，平均为86.9%；惰质组为1.9%～8.1%，平均为4.2%；壳质组为2.0%～6.5%，平均为4.3%。各样品镜质体最大反射率Ro，max为0.7%～1.5%，平均为1.0%，以气煤到焦煤为主。鹤岗盆地煤岩显微组分和成熟度测试数据见表1。

表1 鹤岗盆地煤岩显微组分和成熟度测试数据Table 1 Test data of coal macerals and maturity in Hegang Basin

鹤岗盆地煤岩煤质测试数据见表2。煤岩真密度为1.15～1.56 g/cm3，平均为1.37 g/cm3；水分为0.62%～2.18%，平均为1.26%；灰分为4.15%～27.31%，平均为12.90%；挥发分为22.18%～45.69%，平均为34.71%。

2 “两气”共探潜力评价

2.1 沉积环境

根据沉积旋回、含煤性特征以及测井资料，可将研究区含煤岩系划分为4 个层序地层：①层序Ⅰ大体位于北大岭含煤段和中部含煤段下部，即城子河组下部；②层序Ⅱ大体位于中部含煤段上部和富力岩段，即城子河组上部；③层序Ⅲ位于南岭砾岩段，即穆棱组下部；④层序Ⅳ位于二龙山岩段，即穆棱组上部。煤层主要分布于层序Ⅰ与层序Ⅱ中。

表2 鹤岗盆地煤岩煤质测试数据Table 2 Coal quality test data of Hegang Basin

结合前人对于鹤岗盆地地层层序古地理与聚煤作用的研究[16-18]，可得研究区内含煤层系沉积特征，鹤岗盆地主要含煤层序沉积相示意图如图2。由图2（a）可知，层序Ⅰ沉积时，盆地物源为西部山区，随其发育的冲积扇体系沿西部山区展布，向东发育有辫状河沉积体系，最终汇入贯穿盆地东部的1 条南北向曲流河，向北注入湖泊。随后冲积扇消失，且湖泊三角洲与湖泊分布范围增大。此时，泛滥盆地与三角洲成为主要的聚煤环境。由图2（b）可知，层序Ⅱ沉积时，物源区转变为盆地南部，峻德区域发育有冲积扇沉积体系，向北逐步发育河流沉积体系，且盆地东北部发育湖泊三角洲沉积体系。此时以河流沉积体系为主，聚煤中心向盆地东北部转移。

鹤岗盆地含煤岩系厚煤层主要发育在层序Ⅱ中[19]，且南部区域粗粒沉积较北部多，向北粒度逐渐变细，说明北部成煤环境较好，沉积体系以河流-上三角洲平原为主。此外，盆地钻孔资料显示：整个含煤地层中粗砂岩与中砂岩占8%，细粒砂岩占22%，粉砂岩占15%，泥岩与炭质泥岩占38%，煤占5%，砂砾岩与砾岩占12%。由此可见含煤地层整体含砂量较大，大量煤层与厚层砂岩为“两气”的生成与保存奠定了基础。

2.2 储层厚度

统计鹤岗盆地可采煤层层厚[20-22]，研究区内城子河组煤层累计厚度30～75.99 m，鹤岗盆地城子河组煤层累厚分布如图3。富煤中心位于鸟山、益新矿，大部分煤区的累计厚度都大于40 m。根据盆地钻井勘探资料，统计了城子河组含煤地层中的砂岩层厚度，平面上的砂体展布多不均匀，与沉积环境及构造运动有密不可分的关系。砂体总厚度较大的区域集中在南部的峻德矿和北部的鸟山、益新矿。鹤岗盆地城子河组砂体总厚分布如图4。

2.3 储层封盖特征

图3 鹤岗盆地城子河组煤层累厚分布图Fig.3 Cumulative thickness distribution of coal seams in Chengzihe Formation， Hegang Basin

图4 鹤岗盆地城子河组砂体总厚分布图Fig.4 Total thickness distribution of Chengzihe Formation sand body in Hegang Basin

鹤岗盆地地层在中生代白垩纪时期由于构造作用的影响，抬升剥蚀和沉降沉积不断交替出现，且最后一次沉降沉积持续很长时间，形成了多层薄煤层和大厚度砂泥岩围岩[23]。煤系地层中煤层、泥岩层和砂岩层互层叠置出现，出现多套“生储盖组合”，与我国鄂尔多斯盆地上古生界煤层气与致密砂岩气多叠置成藏类似。鹤岗盆地中煤层、砂岩和泥岩在垂向上相互叠置的现象为“两气”共探奠定了地质基础。鹤岗盆地中发育多层的煤层，是煤层气和致密砂岩气的生气源岩，在漫长的地质年代过程中不断的向外散逸，一部分运移到砂岩中并聚集成藏，同时煤层、砂岩层上下的泥岩层起到了封盖的作用，使煤层气和致密砂岩气叠置成藏。

2.4 含气性

鸟山1 井（NS1）主力煤层包括M3 煤层与M18煤层。M3 煤层厚7.00 m，井深为876.24～883.24 m；M18 煤层厚14.18 m，井深为1 188.50～1 202.68 m。经气测录井，M3 煤层和M18 煤层间有多个含气层与气层的存在。M3 煤层至918.00～919.00 m 深煤层（Bm1 煤层）间，粉砂岩与细砂岩叠置出现，单个细砂岩厚度最大可达3 m；Bm1 煤层至983.00～983.70 m 深煤层（Bm2 煤层）间，上部仍有粉砂岩与细砂岩叠置出现，下部则以粗砂岩和中砂岩为主，单个细砂岩厚度最大可达4 m。鸟山1 井气测录井部分柱状图如图5。鸟山1 井气测录井部分数据见表3。由此可见，鹤岗盆地煤层与砂体的交替出现使得煤层气和致密气共同成藏成为事实。

图5 鸟山1 井气测录井部分柱状图Fig.5 Histogram of gas logging part of Niaoshan well 1

由图5 可知，自钻遇M3 煤层起，共有气层2个，含气层8 个。其中，气测解释煤层气层有1 层，为876.24 ～883.24 m 段 的 煤 层；砂 体 气 层1 层，为935.00～937.00 m 段的细砂岩和粉砂岩叠层。

由表3 和图5 可知，全烃峰值相对较高（＞1%）的有4 层，最大峰值为2.881%，所处层位为砂体气层。自M3 煤层起，气测全烃数据多不为0：煤层段全烃数据多出现峰值，自煤层段向下，数据逐渐减小，但曲线常有尖峰突起，预示该位置可能有致密砂岩气的存在。钻遇粗砂岩和中砂岩时，数据陡然下降。分析认为，序号1 段煤层游离气向下运移使得序号2 段细砂岩层赋存气藏，成为含气层；序号3 段煤层厚度小，但成煤过程中形成的煤层气也可以向附近的砂岩层中运移并聚积，促使序号4 段砂体气层成为气层。

表3 鸟山1 井气测录井部分数据Table 3 Partial data of gas logging of Niaoshan well 1

鹤岗盆地NS1 井在城子河组的气测录井数据证明了致密砂岩气的存在，说明研究区内有煤层气与致密砂岩气共存的现象，使得鹤岗盆地煤层气与致密砂岩气的共探具有可行性。

3 结 论

1）鹤岗盆地主要厚煤层位于地层层序Ⅱ中，聚煤环境以河流、上三角洲平原为主，为煤系烃源岩和致密砂岩层的生成提供了有利条件。

2）城子河组含煤地层中煤层分布稳定，累计厚度30～75.99 m，致密砂岩层累计厚9～43.03 m，且煤层与砂岩层的叠置出现为“两气”共探奠定了基础。

3）研究认为鹤岗盆地煤层气和致密砂岩气共探具有可行性，为“两气”的共采提供了地质依据。