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1、1霍林河盆地煤层气勘探远景及有利目标评价滕玉洪 朱兴革 杨利明（大庆石油学院秦皇岛分院）摘要：摘要：霍林河盆地是二连盆地群煤层气勘探前景最好的地区之一。埋深 400 米以下煤 炭资源量为 137.6108吨，煤层气资源量为 743108m3。该区煤层厚度大，深度适中。主 要目的煤层埋深在 500-800 米之间，单层厚度达 20 米以上，累计厚度可达 70 米。煤质好， 主要目的层灰分含量在 20左右。下含煤段各煤层的有机显微组分以镜质组分为主，平均 含量 83.7。含气量较高，达 5.3m3/吨.煤。位于下含煤段顶、底的上泥岩段及底部泥岩 段厚度大，分布稳定，煤层气封盖条件比较优越。煤层顶、
2、底板直接盖层多为泥岩及泥质 胶结的粉砂岩。甲烷风化带深度在 420 米左右。构造变动简单，目标区断层不发育。霍林 河盆地可划分为类远景区。类区主力煤层单层厚度可达 27 米，埋深在 600 米左右，位 于向斜的转折端部位，无断层分布或断层影响较小。整体评价，北部区块好于南部区块。 北部的 16-59 井区附近，煤层气成藏条件最好。主题词：主题词：霍林河 煤层气 勘探 目标评价根据近几年的煤层气地质研究，位于内蒙自治区二连盆地群最东端的霍林河盆地是本区煤层气勘探前景最好的地区之一。霍林河盆地埋藏深度 400 米以下的煤炭资源量为137.6108吨，煤层气资源量为 743108m3。浅部主要为褐煤
3、，深部以长焰煤为主。煤层气含量高达 5.3 m3/吨煤。初步工作显示，该区煤层厚，含气量较高，煤层气地质条件比较优越。霍林河煤盆为一山间断陷盆地，煤田总体呈北东向展布，面积 554 平方公里。1972 年开始全面系统的煤田地质工作。煤田自北向南依次为北部普查区、沙尔呼热露天区、二露天区及西南部详查区。构造单元自北向南依次为西林保拉向斜、珠斯花背斜、翁能花向斜、三湖背斜以及西南部向斜（图 1） 。本区的含煤层段下白垩统霍林河组是一套河湖相沉积，呈北东向分布于盆地内，总厚度达 1700m。霍林河组不整合于上侏罗统火山岩之上，由下而上分为六个岩性段，依次为砂砾岩段（K1h1） 、下泥岩段（K1h2）
4、 、下含煤段（K1h3） 、上泥岩段（K1h4） 、上含煤段（K1h5） 、顶泥岩段（K1h6） 。其中，下含煤段为主要含煤层段。1、主要煤层厚度及埋深霍林河盆地的煤层分为上、下两个含煤段。下含煤段又进一步分为、四个煤组，由 23 个分层组成。上含煤段含煤性较差，只有 8、9 两个煤层局部厚度较大。下含煤段四个煤组中有 20 个分层可采，可采煤层平均总厚度 76.9m。2埋藏深度 500 米之下，厚度较大的主力煤层有:A 煤层全区稳定，结构简单，煤层最大厚度 16.6m，平均 6.9m。B 煤层在大部分地区可采，煤层最大厚度 22.0m，平均4.8m。C2 煤层连续性较好，在煤田北部厚度很大，
5、可达 26.6m，平均 8.6m。C 是本区下含煤段最下一个可采分层，在大部分地区可采，煤层厚度达 27.0m，平均 4.9m。图 1 霍林河盆地构造格局及煤层气远景评价图由于受盆地西部边界同沉积断裂（F1）的控制，煤层埋深由东向西逐渐加大。在盆地东部边界，煤层普遍出露，向西深度逐渐增加到 500800 米以下。受沉积构造控制，煤层厚度也是东部大，西部小，厚煤层沿盆地向斜轴部偏东部位呈北东向条带状展布。2.显微组份及煤质特征本区煤岩类型属半暗半亮型；比重 1.5-1.7，容重为 1.31.4。煤的容重随灰分的增高而增大。 下含煤段各主要煤层的有机显微组分以镜质组分为主，平均含量 83.7，隋质
6、组及壳质组含量很低。在无机显微组分中，以粘土类为主。在上含煤段煤层的有机显徽组分中，镜质组平均含量 58.5%；隋质组平均含量 30.7%；壳质组含量很低。上含煤段原煤水分最大值 19.0%，最小值 18.6%，平均 18.8%。灰分最大值 19.5%，最小值 15.5%，平均 17.5%。挥发分最大值 44.1%，最小值 42.7%，平均 43.4%。下含煤段原煤水分最大值 19.2%，最小值 13.4%，平均 17.0%。本区煤的灰分变化较大，有低、中、富灰煤。一般原煤灰分最大值为 31.8%，最小值 17.6%，平均 23.9%。20 个可采煤层中，A、A、C2、C()等 13 个煤层以
7、中灰煤为主，其余 7 个煤层以富灰煤为主。3煤质变化情况与沉积环境密切相关，陆源碎屑物质从北西方向被搬运到含煤盆地，在靠盆缘断裂附近与煤层相互穿插，向湖盆方向变薄、尖灭，而煤层则由盆地中心向西部边缘变薄、分叉，灰份含量也逐渐增高。在浅部及煤层露头处，由于风化剥蚀作用，也会使煤灰分含量增高，而在中深部煤层发育最好的部位，则灰分含量较低。在二露天区中部（三湖背斜） ，煤层发育最好，厚度大且结构简单，是全煤田煤质变化最小的部位；而由此向两侧，煤层逐渐分叉变薄。随着煤层本身稳定程度的变化，煤质的稳定性也较差，灰份含量逐渐增高。3.煤演化程度及煤层气含量本区煤层的镜质体反射率在 0.370.60%之间，
8、其中至煤组的煤层一般低于0.5%，煤组中煤的镜质体反射率较高，多在 0.5%0.6%之间（表 1） 。根据镜质体反射率等资料，霍林河盆地煤组及其以上层位以褐煤为主，深部的煤组主要为长焰煤。表 1 霍林河煤田煤层镜质体反射率统计表镜质体反射率（%）煤 层井数范 围平均值8、9、A、B、A、B、C、A 1、A2、A、B、C、A1、210.370.480.43A2、A3、A、B、C2、C60.500.600.54霍林河煤田在详查工作中，共取了 3 个煤孔的煤样做了瓦斯含量测定，分别是南部地区的 23-7 孔，北部地区的 87 孔和二露天矿区的 10-B8 孔，共做了B、A、B()、C、A 和B(AB
9、)6 个煤层的 7 个样品的煤层气含量测定（表 2） 。根据解吸结果，煤层气含量最高为 5.3m3/吨煤（7.7m3/吨可燃质） 。表 2 霍林河煤田煤层气含量及成份统计表煤层气含量 m3/吨煤层气成份（%）井号采样深 度（m）煤层 号可燃质原 煤CH4CO2N2水分%灰分%10-b8259.674.72.935.6364.417.720.810-b8283.54A3.21.937.857.517.1258-7289.07B3.32.038.02.918.521.88-7389.40A5.43.475.032.622.418.717.68-7468.40C3.01.693.64.81.616.
10、528.88-7708.50B3.82.492.663.53.814.921.723-7897.2B7.75.386.03.710.317.713.84煤层中的煤层气含量以及煤层气中甲烷的百分含量，随深度增大而迅速增加（图 2、图 3） 。在甲烷风化带范围内，煤层气中甲烷百分含量与深度之间的回归方程为：W=0.304H-46.9式中：W煤层气中甲烷百分含量（%） H深度（m）煤层气中甲烷含量的高低，除了与煤层的埋藏深度有关系外，受断层的影响很大。10-B8 孔以及 23-7 孔由于离断层比较近，因此煤层气中的甲烷含量明显低于正常值。甲烷含量（%）图 2 霍林河盆地甲烷组分含量与埋深关系曲线深度
11、（m）煤层气含量 （m3/t）524681000800600400200图 3 霍林河盆地煤层气含量与煤层埋深关系曲线4 保存条件4.1 顶、底板岩性及封盖条件在霍林河组发育的三个泥岩段中，其中位于下含煤段之上的上泥岩段是湖泊扩张期的产物，岩性由深灰黑灰色泥岩、粉砂质泥岩组成，全区稳定分布，厚度多在 100 米以上，最厚处达 450 米，是下含煤段煤层气良好的区域盖层。顶泥岩段主要分布在二露天以南地区，可以做良好的局部盖层。霍林河盆地下含煤段中煤层的直接顶、底板岩性多为泥岩或粉砂岩，其中的粉砂岩一般都是泥质胶结或凝灰质胶结，渗透性很差，非常有利于煤层气的保存和开采。4.2 水文地质特征盆地四周
12、为石炭二迭系变质岩和上侏罗统火山岩构成的中低山及丘陵地形，盆地中间主要为煤系地层组成的平原。区内发育两大水系，即东部的霍林河水系和西部的乌拉盖河水系。本区具有干寒气候条件下的水文地质特征，特点是降水量小，蒸发量大，冻结期长，以大气降水为主要补给来源的表层地下水，得不到及时补给。甲烷含量（%）深度（m）煤层气含量（m3/吨.可燃质）6本区浅部含水层由第四系含水层、煤系风化带含水层及基底含水层组成。其中，煤系风化带含水层含水性较弱，据 14 一水 2 号孔抽水资料，单位涌水量 4.439 升秒米，在盆地中部的 F22 一 F8 断层之间，含水层厚度 5.70 一 40.48 米，由于迳流条件差，补
13、给不足，涌水量仅为 q=0.00130.035 升秒米。盆地内隔水层由霍林河组顶部泥岩段、上泥岩段及下泥岩段组成。其中，全区分布的上泥岩段及下泥岩段厚度大，可有效的阻断表层水进入煤系地层。由于霍林河从盆地东北边界流过，因此该水系对盆地内深部含煤层系影响极小。在乌拉盖河水系地区，由于地表水不发育，三个湖的积水量不大，有时干枯，并有第四系粘土及上泥岩段相隔，因此对下面的煤层影响不大。综上所述，本区地表水只能在盆地东缘以及沙尔呼热及二露天（珠斯花背斜及三湖背斜地区）的煤层露头区，沿煤层的下顷方向，即沿向斜东翼向深部的转折端方向流动，对深部煤层形成良好的封堵。4.3 构造条件霍林河盆地已发现的断层，规
14、模比较大的有 41 条。这些断层大致可分为 NE 向走向正断层和 NW 向或近 SN 向斜交正断层。除盆缘断裂 Fl 为同沉积构造、形成较早、后期有继承性活动外，其它断层皆在煤系地层之后形成。规模较小，断距多为几十米。霍林河盆地的断层主要分布在珠斯花背斜及三湖背斜发育地区，即两个露天矿地区。背斜在发育过程中，其转折端部位必然伴随有大量断裂形成。本区断裂另一个发育地区是盆地东缘煤层露头区。这些地区由于地层埋深较浅，地层厚度较薄，因此在构造变动过程中，也容易形成数量比较多的断裂。在翁牛花向斜和西南向斜地区，由于煤层埋藏较深，地层厚度较大，因此断层较少。特别是两个露天之间的翁牛花向斜地区，几乎没有断
15、层发育。另外，根据煤田的钻孔抽水试验，本区断层的导水性很差，封闭性较好。根据煤田详查资料，本区大部分断层在钻孔中见不到明显的破碎带。由于断层两盘的岩性多为细、粉砂岩或泥岩，致使断层导水性较差，密封性较好。500 米之下厚煤层主要分布于两个露天之间的翁能花向斜以及二露天以南的西南部向斜地区，分布于向斜东翼的低部位，受断层的影响很小，有利于煤层气的保存。4.4 甲烷风化带深度及煤层上覆有效地层厚度根据瓦斯含量解析资料的计算结果，研究区甲烷风化带的埋藏深度为 416.8m。其中，煤层的二氧化碳氮气带的深度范围为 0186.9m，氮气带的深度范围为 186.9219.7m，7氮气甲烷带的深度范围为 2
16、19.7416.8m，416.8 米之下为甲烷带（表 3） 。表 3 霍林河盆地甲烷风化带深度名称甲烷含量（%）深度范围（m）二氧化碳氮气带80416.8m霍林河盆地的珠斯花背斜和三湖背斜地区，煤层埋藏较浅，深度一般在 200 米以浅。在两个露天矿之间的翁能花向斜以及二露天区以南的西南部向斜地区，煤层埋藏较深，主力煤层上覆有效地层厚度在 500900 米以上，都位于甲烷风化带之下。5.有利目标评价在平面分布上，埋深 500 米以下的煤层分为南、北两个富煤区，北部富煤区位于一露天矿与二露天矿之间，南部富煤区位于二露天以南地区，富煤带成条带状分布。表 4 霍林河盆地类煤层气勘探区主要目的层特征表北部地区煤孔号煤层编号煤厚（m）埋深（m）顶板岩性底板岩性16-59C226.4761.7粉砂岩泥岩40-11C219.7627.0泥岩泥岩36-9C
