趙利芳，張 洲，楊 瑾

（1.河南理工大學 資源環(huán)境學院，河南 焦作454000；2.中原經(jīng)濟區(qū)煤層（頁巖）氣河南省協(xié)同創(chuàng)新中心，河南 焦作454000；3.河南省非常規(guī)能源地質(zhì)與開發(fā)國際聯(lián)合實驗室，河南 焦作454000）

鶴崗盆地煤炭和煤層氣資源豐富，煤炭儲量約為9.388×109t，煤層氣預測資源量為7.15×1010m3[1-2]。盆地煤層具有層數(shù)多、單煤層薄、累計厚度大及煤體結構破碎的特征。目前僅以煤層為目的層的開發(fā)效果較差[3-5]。根據(jù)現(xiàn)有測井剖面資料，鶴崗盆地具有煤層多和煤系致密砂巖層數(shù)多的特點，良好的封蓋條件為致密砂巖氣的成藏奠定了基礎。煤系地層中，致密砂巖氣與煤層氣為同源共生關系，學者們對該區(qū)域煤層氣和致密砂巖氣資源量進行了評價[6-8]?；诖?，研究了鶴崗盆地煤系儲層沉積環(huán)境、煤巖煤質(zhì)、儲層厚度、封蓋條件和含氣性特征，結合國內(nèi)外煤層氣和致密砂巖氣共采的成功案例[9-11]，評價煤層氣與致密砂巖氣共探潛力，為鶴崗盆地“兩氣”綜合勘探開發(fā)提供了地質(zhì)依據(jù)。

1 區(qū)域地質(zhì)背景

鶴崗盆地位于黑龍江省東北部，構造上處于牡丹江斷裂與大和鎮(zhèn)斷裂間佳木斯地塊西北部。由于西緣南北向展布的青黑山斷裂帶與東南緣依蘭-伊通斷裂帶的截切作用，使得盆地總體呈走向近南北、傾向向東的單斜構造。盆地主要經(jīng)歷了燕山期、喜馬拉雅早期和喜馬拉雅晚期三期構造活動[12]：燕山期、喜馬拉雅晚期形成了NE、NNE 向逆斷層與NW及NNW 向正斷層，喜馬拉雅早期形成了NW 向逆斷層與NE、NNE 向正斷層，由此構成了盆地內(nèi)部的復雜構造格局，鶴崗盆地構造分布簡圖如圖1。

圖1 鶴崗盆地構造分布簡圖（據(jù)彭金剛[13]，2017 年修改）Fig.1 Schematic map of structural distribution in Hegang Basin（modified by Peng Jingang in 2017）

鶴崗盆地主要含煤層地層為城子河組和穆棱組，以陸相沉積為主[2，14-15]。其中城子河組含可采煤層36 層，累計厚度可達70 m。鶴崗盆地主要可采煤層包括9、11、15、18、21、22、23、30 號煤層，其中18、21 號煤層全區(qū)發(fā)育，最大煤厚可達13.35 m。

由于盆地整體斷裂構造較發(fā)育，導致煤層結構較為復雜，走向上常出現(xiàn)連續(xù)性較差及分岔或尖滅等現(xiàn)象。研究區(qū)煤巖宏觀類型多見半亮煤和半暗煤，結構以細條帶-中條帶狀為主。在鶴崗盆地的興安礦、富力礦、南山礦、振興礦、峻德礦、新嶺礦、新陸礦、益新礦、鳥山礦共計9 個煤礦取得煤樣22 件進行了顯微組分、成熟度、工業(yè)分析等測試。顯微組分中鏡質(zhì)組含量為82.3%～88.4%，平均為86.9%；惰質(zhì)組為1.9%～8.1%，平均為4.2%；殼質(zhì)組為2.0%～6.5%，平均為4.3%。各樣品鏡質(zhì)體最大反射率Ro，max為0.7%～1.5%，平均為1.0%，以氣煤到焦煤為主。鶴崗盆地煤巖顯微組分和成熟度測試數(shù)據(jù)見表1。

表1 鶴崗盆地煤巖顯微組分和成熟度測試數(shù)據(jù)Table 1 Test data of coal macerals and maturity in Hegang Basin

鶴崗盆地煤巖煤質(zhì)測試數(shù)據(jù)見表2。煤巖真密度為1.15～1.56 g/cm3，平均為1.37 g/cm3；水分為0.62%～2.18%，平均為1.26%；灰分為4.15%～27.31%，平均為12.90%；揮發(fā)分為22.18%～45.69%，平均為34.71%。

2 “兩氣”共探潛力評價

2.1 沉積環(huán)境

根據(jù)沉積旋回、含煤性特征以及測井資料，可將研究區(qū)含煤巖系劃分為4 個層序地層：①層序Ⅰ大體位于北大嶺含煤段和中部含煤段下部，即城子河組下部；②層序Ⅱ大體位于中部含煤段上部和富力巖段，即城子河組上部；③層序Ⅲ位于南嶺礫巖段，即穆棱組下部；④層序Ⅳ位于二龍山巖段，即穆棱組上部。煤層主要分布于層序Ⅰ與層序Ⅱ中。

表2 鶴崗盆地煤巖煤質(zhì)測試數(shù)據(jù)Table 2 Coal quality test data of Hegang Basin

結合前人對于鶴崗盆地地層層序古地理與聚煤作用的研究[16-18]，可得研究區(qū)內(nèi)含煤層系沉積特征，鶴崗盆地主要含煤層序沉積相示意圖如圖2。由圖2（a）可知，層序Ⅰ沉積時，盆地物源為西部山區(qū)，隨其發(fā)育的沖積扇體系沿西部山區(qū)展布，向東發(fā)育有辮狀河沉積體系，最終匯入貫穿盆地東部的1 條南北向曲流河，向北注入湖泊。隨后沖積扇消失，且湖泊三角洲與湖泊分布范圍增大。此時，泛濫盆地與三角洲成為主要的聚煤環(huán)境。由圖2（b）可知，層序Ⅱ沉積時，物源區(qū)轉變?yōu)榕璧啬喜?，峻德區(qū)域發(fā)育有沖積扇沉積體系，向北逐步發(fā)育河流沉積體系，且盆地東北部發(fā)育湖泊三角洲沉積體系。此時以河流沉積體系為主，聚煤中心向盆地東北部轉移。

鶴崗盆地含煤巖系厚煤層主要發(fā)育在層序Ⅱ中[19]，且南部區(qū)域粗粒沉積較北部多，向北粒度逐漸變細，說明北部成煤環(huán)境較好，沉積體系以河流-上三角洲平原為主。此外，盆地鉆孔資料顯示：整個含煤地層中粗砂巖與中砂巖占8%，細粒砂巖占22%，粉砂巖占15%，泥巖與炭質(zhì)泥巖占38%，煤占5%，砂礫巖與礫巖占12%。由此可見含煤地層整體含砂量較大，大量煤層與厚層砂巖為“兩氣”的生成與保存奠定了基礎。

2.2 儲層厚度

統(tǒng)計鶴崗盆地可采煤層層厚[20-22]，研究區(qū)內(nèi)城子河組煤層累計厚度30～75.99 m，鶴崗盆地城子河組煤層累厚分布如圖3。富煤中心位于鳥山、益新礦，大部分煤區(qū)的累計厚度都大于40 m。根據(jù)盆地鉆井勘探資料，統(tǒng)計了城子河組含煤地層中的砂巖層厚度，平面上的砂體展布多不均勻，與沉積環(huán)境及構造運動有密不可分的關系。砂體總厚度較大的區(qū)域集中在南部的峻德礦和北部的鳥山、益新礦。鶴崗盆地城子河組砂體總厚分布如圖4。

2.3 儲層封蓋特征

圖3 鶴崗盆地城子河組煤層累厚分布圖Fig.3 Cumulative thickness distribution of coal seams in Chengzihe Formation， Hegang Basin

圖4 鶴崗盆地城子河組砂體總厚分布圖Fig.4 Total thickness distribution of Chengzihe Formation sand body in Hegang Basin

鶴崗盆地地層在中生代白堊紀時期由于構造作用的影響，抬升剝蝕和沉降沉積不斷交替出現(xiàn)，且最后一次沉降沉積持續(xù)很長時間，形成了多層薄煤層和大厚度砂泥巖圍巖[23]。煤系地層中煤層、泥巖層和砂巖層互層疊置出現(xiàn)，出現(xiàn)多套“生儲蓋組合”，與我國鄂爾多斯盆地上古生界煤層氣與致密砂巖氣多疊置成藏類似。鶴崗盆地中煤層、砂巖和泥巖在垂向上相互疊置的現(xiàn)象為“兩氣”共探奠定了地質(zhì)基礎。鶴崗盆地中發(fā)育多層的煤層，是煤層氣和致密砂巖氣的生氣源巖，在漫長的地質(zhì)年代過程中不斷的向外散逸，一部分運移到砂巖中并聚集成藏，同時煤層、砂巖層上下的泥巖層起到了封蓋的作用，使煤層氣和致密砂巖氣疊置成藏。

2.4 含氣性

鳥山1 井（NS1）主力煤層包括M3 煤層與M18煤層。M3 煤層厚7.00 m，井深為876.24～883.24 m；M18 煤層厚14.18 m，井深為1 188.50～1 202.68 m。經(jīng)氣測錄井，M3 煤層和M18 煤層間有多個含氣層與氣層的存在。M3 煤層至918.00～919.00 m 深煤層（Bm1 煤層）間，粉砂巖與細砂巖疊置出現(xiàn)，單個細砂巖厚度最大可達3 m；Bm1 煤層至983.00～983.70 m 深煤層（Bm2 煤層）間，上部仍有粉砂巖與細砂巖疊置出現(xiàn)，下部則以粗砂巖和中砂巖為主，單個細砂巖厚度最大可達4 m。鳥山1 井氣測錄井部分柱狀圖如圖5。鳥山1 井氣測錄井部分數(shù)據(jù)見表3。由此可見，鶴崗盆地煤層與砂體的交替出現(xiàn)使得煤層氣和致密氣共同成藏成為事實。

圖5 鳥山1 井氣測錄井部分柱狀圖Fig.5 Histogram of gas logging part of Niaoshan well 1

由圖5 可知，自鉆遇M3 煤層起，共有氣層2個，含氣層8 個。其中，氣測解釋煤層氣層有1 層，為876.24 ～883.24 m 段 的 煤 層；砂 體 氣 層1 層，為935.00～937.00 m 段的細砂巖和粉砂巖疊層。

由表3 和圖5 可知，全烴峰值相對較高（＞1%）的有4 層，最大峰值為2.881%，所處層位為砂體氣層。自M3 煤層起，氣測全烴數(shù)據(jù)多不為0：煤層段全烴數(shù)據(jù)多出現(xiàn)峰值，自煤層段向下，數(shù)據(jù)逐漸減小，但曲線常有尖峰突起，預示該位置可能有致密砂巖氣的存在。鉆遇粗砂巖和中砂巖時，數(shù)據(jù)陡然下降。分析認為，序號1 段煤層游離氣向下運移使得序號2 段細砂巖層賦存氣藏，成為含氣層；序號3 段煤層厚度小，但成煤過程中形成的煤層氣也可以向附近的砂巖層中運移并聚積，促使序號4 段砂體氣層成為氣層。

表3 鳥山1 井氣測錄井部分數(shù)據(jù)Table 3 Partial data of gas logging of Niaoshan well 1

鶴崗盆地NS1 井在城子河組的氣測錄井數(shù)據(jù)證明了致密砂巖氣的存在，說明研究區(qū)內(nèi)有煤層氣與致密砂巖氣共存的現(xiàn)象，使得鶴崗盆地煤層氣與致密砂巖氣的共探具有可行性。

3 結 論

1）鶴崗盆地主要厚煤層位于地層層序Ⅱ中，聚煤環(huán)境以河流、上三角洲平原為主，為煤系烴源巖和致密砂巖層的生成提供了有利條件。

2）城子河組含煤地層中煤層分布穩(wěn)定，累計厚度30～75.99 m，致密砂巖層累計厚9～43.03 m，且煤層與砂巖層的疊置出現(xiàn)為“兩氣”共探奠定了基礎。

3）研究認為鶴崗盆地煤層氣和致密砂巖氣共探具有可行性，為“兩氣”的共采提供了地質(zhì)依據(jù)。