煤层气地质特征及成藏条件

（一）煤层气地质特征

1.含煤地层及煤层

本区主要含煤地层为中下侏罗统八道湾组、西山窑组。

（1）下侏罗统八道湾组

八道湾组为主要含煤地层组之一，岩性以碎屑岩含煤为特征，厚度、岩性在横向上变化较大。八道湾组总体含煤较多，但受古地理、沉积相、物源等因素的共同制约，煤层连续性差，只有中上部存在1～2层较稳定连续煤层。该组共含煤层2～38层，一般4～24层，平均煤层厚度4～67m，含煤系数约为1.1%～8.2%。

在吐鲁番坳陷，八道湾组煤组厚度总体显示西厚东薄的变化特征。厚煤带集中分布在托克逊凹陷内，吐鲁番以西的绝大部分地区，煤组厚度均在50m以上，其中盐1井区，艾1井，伊1井和拉参1井区为三个富煤中心。在聚煤中心，单一煤层厚度可达数十米，煤组厚度超过百米，其中伊1井八道湾组煤组厚度达122m。在台北凹陷内，煤层呈近东西向延展，自东向西，由南向北煤层厚度逐渐增大，变化于0～50m之间，煤组最大厚度分布区在凹陷带的北缘，向南变薄，直到为零。在哈密坳陷，受哈尔里克山的影响，在八道湾组沉积时期，坳陷南北发生显著差异沉降，北部沉降速率快，南部相对慢，造成哈密坳陷北低南高的地形特征，湖水汇水中心靠近北侧。八道湾组沉积时期的聚煤中心位于三堡一井区，煤层总厚度9m，以此为中心，向四周煤层逐渐变薄。全区煤层厚度变化在0～9m之间，与吐鲁番坳陷相比，哈密坳陷的聚煤作用在时间和空间分布上均明显减弱。

在托克逊凹陷，厚煤带呈串珠状沿北东—南西展布，厚煤带上有两个聚煤中心，分别在托参1井区和盐1井区，托参1井区最大煤层厚度30m以上，盐1井区煤层厚度超过40m，呈长透镜体状，长轴延展方向与厚煤带的走向一致，由厚煤带向西北侧快速尖灭，向东南侧厚度逐渐变薄。在台北凹陷，主要聚煤中心在红台1井区，最大煤层厚度达30余米，向南厚度变薄，直至尖灭，煤体平面展布呈扇形，剖面形态呈楔形；两个次级聚煤中心分别在照1井区和核1井区，最大煤层厚度都超过10m，由北向南变薄，照1井区煤体平面形态为扇形，核1井区煤体平面形态为舌形，南北剖面形态为楔形。哈密凹陷内，煤体形态相对简单，聚煤中心在三道岭附近，煤层最大厚度近20m，平面上沿西北向东南呈朵状展布，剖面上形态呈楔形，沿西北向东南方向煤厚渐减（图6-10）。

（2）中侏罗统西山窑组

根据垂向岩性组合特征，西山窑组由下而上可进一步划分为四段，一段主要岩性为灰色砂岩，含砾砂岩和泥岩组成，含煤性较差，煤层一般分布范围较小；二段是西山窑组富煤层段，主要岩性为砂岩、泥岩、砂质泥岩、煤层夹碳质泥岩组成，该段地层沉积较为稳定，沉积韵律清楚，可对比性高。三段主要岩性由灰色砂岩、粉砂岩与泥岩互层，夹若干不稳定煤层，煤层分布面积局限，厚度变化快，经常出现煤层的分岔、合并现象。四段含煤性最差，在西山窑组沉积范围内所揭岩芯中很少见煤，主要为一套灰色、灰绿色砂岩和含砾砂岩组成，夹灰色泥岩、砂质泥岩或碳质泥岩。

相对于八道湾组而言，吐哈盆地中西山窑组作为煤层气研究目的地层更有价值，埋藏深度小，分布面积大。西山窑组总体含煤2～38层，一般含煤5～25层，平均煤层累厚8～55m，含煤系数为1.9%～7.1%，以台北凹陷一带含煤性好，哈密凹陷次之，托克逊凹陷相对较差，根据收集钻孔资料，沙儿湖、大南湖一带局部含煤性较好。

在吐鲁番坳陷南部托克逊凹陷，西山窑组聚煤强度与八道湾组相比，明显减弱，煤层分布范围大大缩小，煤层厚度变薄，在凹陷东部边缘煤组厚度可达400m，向西煤层迅速减薄，在大1井以西地区，西山窑组煤组厚度均在10m以下。在台北凹陷内，发育有三个近于东西向展布的厚煤带，即西部厚煤带、中部厚煤带和东部厚煤带，厚煤带呈串珠状排列。西部厚煤带以恰1井为聚煤中心，煤组厚度达99.5m，中部厚煤带以勒2井区为聚煤中心，勒2井西山窑组煤组厚度为100.5m；东部厚煤带以疙1井区为聚煤中心，西山窑组煤组厚度69m。台北凹陷内自西向东煤组厚度呈现出变薄趋势，在厚煤带的南北西侧煤层逐渐变薄尖灭，东西向的变化远不及南北向变化显著。与八道湾组相比，哈密坳陷西山窑组煤层分布范围向南扩展，聚煤强度增大。哈密坳陷西山窑组煤组厚度变化于0～30m之间，厚煤带沿柳树泉—二堡一线展布，聚煤中心位于三堡1井到哈参1井间，聚煤中心煤组厚度在30m以上，在哈参1井向北至哈2井煤组厚度由30m减少到5m，向南至堡东1井煤组厚度减少至1.5m。在哈密坳陷的南部凹陷内，有东西两个聚煤中心，东部聚煤中心在大南湖附近，最大煤组厚度188m，向周缘快速变薄，最小厚为10m左右；西部聚煤中心位于沙尔湖附近，最大煤组厚度187m，向周边缓慢变薄，最小厚度20m左右。

图6-10 吐哈盆地下侏罗统八道湾组煤层厚度分布图

在托克逊凹陷，主力煤储层发育较差，伊3井区厚度较大，达6m，一般厚度2～3m，向北快速尖灭。在台北凹陷，发育3个聚煤中心：七泉湖聚煤中心，最大煤厚度26m，向周边变薄，煤体呈北东—南向展布的长透镜状；勒3井区聚煤中心，最大煤厚33m，呈由北向南展开的扇形，向扇缘煤厚减小；十三间房南聚煤中心，最大煤厚超过15m，煤体平面上呈由东向西展布的舌形，向周边煤厚减小。在哈密凹陷，聚煤中心位于哈密市北，最大煤厚20余米，煤体呈由东向西展布的朵形，向周边煤层变薄、尖灭。南缘山前凹陷，在大南湖和沙尔湖有两个聚煤中心，前者最大煤厚43.5m，后者最大煤厚120余米，煤体形态均为厚透镜体状。

2.煤岩煤质特征

本次资源评价工作以前人资料为基础，并进行了盆地周缘矿井和部分钻井岩芯的补充采样和测试分析，测试结果如表6-14所示。

（1）宏观煤岩类型

吐哈盆地不同矿区和不同成煤时期的煤层宏观煤岩类型有明显差别，并表现出规律性变化。在垂向上，八道湾成煤期和西山窑早期成煤阶段所形成的煤层一般以光亮型为主，西山窑中、晚期以半亮型或半暗型为主，呈从下而上由光亮型向暗淡型变化的趋势。在横向上，盆地南缘由东向西，由暗淡型为主渐变为以光亮型为主，盆地北缘多以光亮型为主。总的来说，吐哈盆地侏罗系煤层煤岩类型以半亮型和半暗型为主，光亮型和暗淡型次之。具明显的条带状。

表6-14 吐哈盆地煤岩、煤质实测结果

续表

（2）显微煤岩组分

镜质组是吐哈盆地煤中的主要显微组分，一般含量为62%～88%，以均质镜质体和基质镜质体为主，次为结构镜质体、木煤质体，团块镜质体少见。惰质组主要为丝质体和半丝质体，一般含量为5%～25%，其次有少量微粒体、粗粒体及菌类体。盆地南缘煤中惰性组普遍高于盆地北缘的煤。南缘一般为20%～30%，大南湖矿区可达25%～80%，艾丁湖东部可达60%，而盆地北缘矿区一般为10%～20%。稳定组含量一般为1.6%～4.6%，有孢子体、角质体、木栓质体、树脂体等。南部矿区普遍高于北部矿区，南部为2%～4%，北部小于2%，但大南湖矿区最高可达45%，艾丁湖东部可达49%。矿物质以粘土矿物为主，充填植物胞腔或呈条带状、星点状分布，一般含量为0.3%～20%，其次为碳酸盐类矿物，呈团块状、星点状或呈细脉状充填于裂隙中。石英有碎屑石英和自生石英两种，前者为砂状，后者呈单晶分布于植物胞腔中。菱铁矿呈结核状、星点状分布。矿物质总含量一般为3%～24%，各矿区内变化也较大，总体是盆地南缘一带高于北缘一带，南缘约5%～30%，北缘约1%～10%。碳酸盐类多见于北部矿区的煤中。

吐哈盆地的微观煤岩类型主要有微亮煤、微暗亮煤、微亮暗煤和微暗煤。微亮煤主要分布于盆地北缘一带，而盆内普遍见到的则以微暗亮煤和微亮暗煤为主。微暗煤较少，主要见于沙尔湖、大南湖一带。微暗煤与煤层的厚度有一定关系，厚度越大，微暗煤越多。

（3）煤级

吐哈盆地侏罗系煤级为褐煤和低—中度质程度烟煤，在垂向上和横向上存在煤级差异性，以横向上的变化最为显著，镜质组反射率变化范围0.49%～1.79%。盆地北缘一带煤级略高。主要为长焰煤—气煤。而在盆地两端的艾维尔沟矿区和东端的野马泉矿区很小的范围内为中变质烟煤，以气—焦瘦煤为主。占盆地绝大数的南北缘低煤级分布区，煤级横向变化较小，相对较稳定，向盆内凹陷中心煤级呈缓慢增加趋势。在东、西两端小范围的中煤级区，煤级分带明显，煤级变化快。在垂向上，由浅而深煤级略有升高，八道湾组煤层反射率高于西山窑组煤层0.05%～0.1%。而在东西两端中煤级区，煤级垂向变化幅度较大，八道湾组煤层比西山窑组煤层镜质组反射率高0.2%左右，显然煤变质与两端异常高地热场有关。

（4）煤质

吐哈盆地东西两端的艾维尔沟和野马泉矿区水分最低，平均在0.35%～1.03%；其次为盆地北缘一带的可尔碱、七泉湖和三道岭矿区的煤层，平均在3.49%～6.48%；盆地南缘的艾丁湖、沙尔湖、大南湖一带煤层水分含量最高，平均在7.71%～21.23%。在垂向上，从下而上，水分含量明显增高，在盆地南缘一带尤为明显，如大南湖矿区，从下而上，平均水分含量由7.71%递增为14.49%。

吐哈盆地煤层灰分普遍较低，属特低—低灰煤。区域上，盆地北缘可尔碱、七泉湖、三道岭一带的煤灰分最低，不超过6%，平均为3.27%～5.51%，其次为盆地东西两端艾维尔沟和野马泉矿区及盆地南缘艾丁湖一带，平均灰分产率为5.24%～11.44%，大南湖、沙尔湖矿区，煤的灰分产率最高，平均为7.71%～18.55%。在垂向上，一般来说，西山窑早期的煤层灰分最低，其次为八道湾成煤阶段形成的煤层，西山窑晚期的煤层灰分最高。

挥发分同水分的变化趋势一致，在盆地东西两端的艾维尔沟和野马泉区最低，平均为24.52%～33.56%（干燥无灰基，下同），其次为盆地北缘一带，平均为25.51%～43.79%，盆地南缘沙尔湖、大南湖区，挥发分最高，平均为39.73%～49.56%。垂向上，深部低、浅部高，如大南湖区自下而上依次由39.77%递增为45.95%。

3.含气性特征

吐哈盆地仅有埋深500m以浅的含气性资料，深部的含气性需要用浅部的资料进行预测，根据目前掌握的资料，艾维尔沟煤产地煤层含气性测试成果不能用于吐鲁番和哈密盆地深部煤层含气性预测，艾维尔沟煤产地除深成变质作用外，还叠加了强烈动力变质作用，煤变质程度相对较高，达气煤～瘦煤阶段。因此对吐鲁番和哈密盆地深部煤层含气性采用等温吸附法、综合地质分析法进行预测。

盆地南缘艾丁湖、沙尔湖及大南湖煤层赋存较浅，大都处于煤层风氧化带下限深度范围内，煤变质程度低，煤层含气量低，一般不超过3m³/t；盆地中部凹陷和北部凹陷埋深1000m左右，煤层含气量可能达到5m³/t（表6-15）。

（二）成藏条件

1.煤层厚度大、分布广泛，煤产气率较高，煤层气生成量可观

中下侏罗统八道湾组、西山窑组为本区主要含煤地层。其中，八道湾组为主要含煤地层组之一，共含煤层2～38层，一般4～24层，平均煤层厚度4～67m；西山窑组总体含煤2～38层，一般含煤5～25层，平均煤累厚8～55m。煤级一般为褐煤、长焰煤，局部为气煤。有关热模拟反映煤的生烃能力非常强，而且随变质程度的增高，煤的生气量增大。褐煤的累积煤气发生率在38m³/t以上，气煤的累积煤气发生率可达到122m³/t（叶建平等，1998）。可见，虽然吐哈盆地煤的变质程度较低，但其生气量仍是可观的。

表6-15 吐鲁番和哈密盆地深部煤层含气性预测成果表

2.煤层煤阶低，孔隙度较大；镜质组含量较高，煤储层渗透性好

煤层大多煤阶低，孔隙度较大。大孔和中孔占总孔容的55%左右，储存于此类孔隙中的气体主要为游离气；中孔和微孔孔容稍小，为45%左右，它们是吸附气的主要吸附空间。

吐哈盆地煤岩中镜质组含量较高，是煤岩显微组分中最主要的组分，除哈密坳陷镜质组体积百分含量低于55%外，其他都在55%以上。煤岩镜质组含量普遍较高，为煤层气的吸附提供了较为有利的条件。另外，镜质组含量较高，煤在煤化作用过程中易于脱水、收缩产生内生裂缝，从而增强煤储集层的渗透性并为游离气提供储存空间。

3.煤层顶底板封闭性好、分布稳定、完整性较好，有利于煤层气保存

吐哈盆地的聚煤沉积体系主要有滨浅湖相、沼泽相和河流相。浅埋区部分厚煤层顶板多以封闭性能极佳的泥岩为主，底板细、粗碎屑岩兼有，顶板的良好封闭性使煤层中的煤层气难以向外逸散，对煤层气的保存有利。

吐哈盆地构造相对简单，构造作用对煤层顶底板的破坏不强，煤层顶、底板完整性较好，有利于煤层气保存；断裂多表现为压扭性，封闭性好，不易使煤层气逸散。