李 恒，姚海鵬，李鳳春

（1.內(nèi)蒙古礦業(yè)（集團(tuán)）綠能非常規(guī)天然氣勘查開發(fā)有限責(zé)任公司，呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局，呼和浩特 010010）

內(nèi)蒙古自治區(qū)煤層氣資源分布特征

李 恒1，2，姚海鵬1，2，李鳳春2

（1.內(nèi)蒙古礦業(yè)（集團(tuán)）綠能非常規(guī)天然氣勘查開發(fā)有限責(zé)任公司，呼和浩特 010010；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)煤田地質(zhì)局，呼和浩特 010010）

內(nèi)蒙古煤層氣資源豐富，隨著煤炭資源占我國(guó)一次能源消費(fèi)比重的逐步降低和內(nèi)蒙古能源結(jié)構(gòu)加快調(diào)整，自治區(qū)對(duì)煤層氣（煤礦瓦斯）開發(fā)利用工作的重視程度日益提高。通過收集最新的煤層氣相關(guān)數(shù)據(jù)，系統(tǒng)計(jì)算了區(qū)內(nèi)煤層氣潛在資源量，并分析了其分布特征，提出了煤層氣富集重點(diǎn)區(qū)。預(yù)測(cè)得出內(nèi)蒙古煤層氣資源總量為9.8億m3，約占全國(guó)煤層氣總資源量的25%；低煤階煤層氣預(yù)測(cè)資源量8.63萬億m3，占全國(guó)的58.7%，主要分布在鄂爾多斯盆地、二連盆地及海拉爾盆地。

內(nèi)蒙古；煤層氣；分布特征

0 引言

國(guó)土資源部油氣資源戰(zhàn)略中心公布的《新一輪全國(guó)油氣資源評(píng)價(jià)》結(jié)果表明，我國(guó)埋深2 000 m以淺煤層氣資源量約36.81萬億m3，其中，內(nèi)蒙古自治區(qū)2 000 m以淺煤層氣資源總量約為10萬億m3，超過全國(guó)資源總量的1/4，資源潛力巨大。在全國(guó)8個(gè)煤層氣資源量大于1萬億m3的盆地中，內(nèi)蒙古境內(nèi)就有鄂爾多斯、二連、海拉爾等3個(gè)盆地[1]。由此說明，內(nèi)蒙古是勘探領(lǐng)域廣闊、開發(fā)潛力巨大、發(fā)展煤層氣產(chǎn)業(yè)現(xiàn)實(shí)的重要省區(qū)；但本區(qū)煤層氣勘探程度很低，歷年共鉆井30余口，僅占全國(guó)的0.18%，在煤層氣開發(fā)新技術(shù)試驗(yàn)，探明儲(chǔ)量和開發(fā)產(chǎn)量等方面還沒有取得突破，對(duì)煤層氣成藏條件、高產(chǎn)富集區(qū)和有利目標(biāo)區(qū)評(píng)價(jià)的認(rèn)識(shí)程度較低，有效資源潛力認(rèn)識(shí)還不清楚，且前人對(duì)內(nèi)蒙古煤層氣資源的研究及評(píng)價(jià)相對(duì)甚少，因此，加快內(nèi)蒙古煤層氣資源勘查研究步伐顯得尤為重要。本文通過系統(tǒng)收集全區(qū)煤炭與煤層氣各類勘探報(bào)告、研究報(bào)告、煤礦開采資料以及石油鉆井資料等，重點(diǎn)獲取桌子山—賀蘭山煤田、鄂爾多斯盆地深部、大青山煤田、二連盆地勝利及霍林河煤田、海拉爾盆地呼和諾爾煤田、牙克石—五九礦區(qū)等具有代表性含煤區(qū)的瓦斯抽采數(shù)據(jù)和已施工煤層氣鉆井?dāng)?shù)據(jù)，根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)煤層氣資源量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并具體提出了各個(gè)含煤盆地的煤層氣勘查開發(fā)有利區(qū)。

1 煤炭資源概況

內(nèi)蒙古自治區(qū)煤炭資源豐富，現(xiàn)探明煤炭?jī)?chǔ)量8 962.69億t，保有煤炭?jī)?chǔ)量8 904.38億t(其中保有基礎(chǔ)儲(chǔ)量378.11億t，保有資源量8 526.27億t)，居全國(guó)第一位，遠(yuǎn)景預(yù)測(cè)煤炭?jī)?chǔ)量7336.79億t，居全國(guó)第二位[2]。內(nèi)蒙古自治區(qū)的煤炭資源主要分布在三大盆地，分別為鄂爾多斯盆地、二連盆地群及海拉爾盆地群，其中鄂爾多斯盆地(內(nèi)蒙古部分)保有煤炭?jī)?chǔ)量5 487.12億t，累計(jì)探明5510.31億t；二連盆地群保有煤炭?jī)?chǔ)量1425.05億t，累計(jì)探明1 428.36億t；海拉爾盆地群保有煤炭?jī)?chǔ)量1 688.13億t，累計(jì)探明1697.86億t。

內(nèi)蒙古自治區(qū)煤炭資源分布廣，聚煤期多，各時(shí)代的聚煤作用均有發(fā)生，各時(shí)代煤炭資源分布情況如下：

（1）石炭-二疊紀(jì)煤炭資源分布。石炭-二疊紀(jì)含煤地層主要分布在鄂爾多斯、烏海和陰山中段，形成東起清水河、準(zhǔn)格爾，經(jīng)東勝以北的烏蘭格爾向西到桌子山、賀蘭山的廣大含煤區(qū)。主要煤田有準(zhǔn)格爾(部分劃為國(guó)家規(guī)劃礦區(qū))、桌子山、烏達(dá)、賀蘭山煤田和大青山煤田(石炭系部分)。

（2）侏羅紀(jì)煤炭資源分布。侏羅紀(jì)含煤地層主要分布在鄂爾多斯地區(qū)、陰山及其以北地區(qū)、興安盟部分地區(qū)。有資源儲(chǔ)量和質(zhì)量均占有極大優(yōu)勢(shì)的國(guó)家大型煤炭基地東勝煤田(部分劃為國(guó)家規(guī)劃礦區(qū))。陰山地區(qū)大青山煤田及陰山以北的阿巴嘎煤田、西烏旗的躍進(jìn)煤礦、錫林浩特煤礦也是該聚煤期形成的煤田。大興安嶺地區(qū)的牤牛海煤田等一些煤田(礦)的含煤地層也是該聚煤期形成的煤田。其含煤盆地一般面積小，資源儲(chǔ)量有限。

（3）白堊紀(jì)含煤地層分布。白堊紀(jì)含煤地層廣泛分布于陰山以北、大興安嶺以西、寶音圖隆起以東地區(qū)，主要位于二連-海拉爾一線，由數(shù)量眾多的含煤盆地群組成，資源儲(chǔ)量巨大。主要煤田有白彥花、白音烏拉、巴彥寶力格、勝利、白音華、霍林河、伊敏、陳旗、扎賚諾爾、大雁、平莊-元寶山煤田等，這些煤田大部分已成為國(guó)家大型煤炭生產(chǎn)基地。

（4）古近紀(jì)含煤地層分布。古近紀(jì)含煤地層僅見于集寧及赤峰以西的克什克騰旗和翁牛特旗境內(nèi)的丹峰煤田；在察右中、后旗及涼城縣東南一帶有零星分布，資源數(shù)量少、煤質(zhì)差。

圖1 內(nèi)蒙古自治區(qū)煤層氣資源分布圖Figure 1 CBM resources distribution in Inner Mongolia

2 煤層氣資源量估算

依據(jù)近年煤層氣鉆井資料（圖1），內(nèi)蒙古大部分賦煤區(qū)存在煤層氣資源顯示，局部資源條件良好，個(gè)別地區(qū)見工業(yè)氣流（大青山煤田、二連盆地群霍林河煤田、海拉爾盆地牙克石-五九煤田）。由于區(qū)內(nèi)目前施工的煤層氣鉆井?dāng)?shù)量少，目前尚沒有形成煤層氣預(yù)測(cè)級(jí)別以上的地質(zhì)儲(chǔ)量。根據(jù)內(nèi)蒙古自治區(qū)煤炭資源儲(chǔ)量核查和潛力評(píng)價(jià)工作的成果[2-3]，區(qū)內(nèi)煤層氣鉆探、典型礦區(qū)巷道實(shí)測(cè)以及公開發(fā)表的煤層氣噸煤含氣量數(shù)據(jù)，采用容積法估算內(nèi)蒙古全區(qū)煤層氣資源量為9.8萬億m3，約占全國(guó)煤層氣總資源量的27%。其中，低階煤煤層氣資源量為8.63萬億m3，占全國(guó)低階煤煤層氣總資源量的58.7%，中煤階煤層氣資源量為1.15萬億m3。海拉爾盆地預(yù)測(cè)煤層氣資源量為16 344億m3（圖2）；二連盆地群煤層氣預(yù)測(cè)資源量11 685億m3，鄂爾多斯盆地(內(nèi)蒙古部分)煤層氣預(yù)測(cè)資源量59 832億m3；絕大部分為遠(yuǎn)景資源量，控制程度嚴(yán)重不足。各含(聚)氣區(qū)煤層氣資源量。

圖2 內(nèi)蒙古各煤階煤層氣資源柱狀圖Figure 2 CBM resource columns of each coal rank in Inner Mongolia

3 煤層氣資源分布特征

3.1 鄂爾多斯盆地及周邊賦煤區(qū)煤層氣資源評(píng)價(jià)

鄂爾多斯盆地（內(nèi)蒙古境內(nèi)）及周邊賦煤區(qū)位于內(nèi)蒙古自治區(qū)中西部，主要包括桌子山-賀蘭山煤田、東勝煤田、準(zhǔn)格爾煤田及大青山煤田。石炭-二疊系和侏羅系分布范圍廣，煤層發(fā)育，煤層氣富集條件優(yōu)越，煤層氣開發(fā)潛力大（圖3）。

圖3 鄂爾多斯盆地及周邊賦煤區(qū)煤層氣資源分布圖Figure 3 CBM resources distribution in Ordos Basin and periphery

西緣桌子山-賀蘭山煤田含氣面積約2 952 km2，含煤地層為侏羅系延安組、石炭-二疊系山西組和太原組，煤層埋深在200～1 500 m，煤層總厚度為0.5～42 m，一般大于10 m，主力煤層厚度一般大于3 m。煤變質(zhì)程度較高，煤類主要為焦煤、肥煤。頂?shù)装迥鄮r以泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉砂巖為主且厚度較大。煤田內(nèi)含氣量較大，實(shí)測(cè)最大含氣量為19 m3/t，平均約7 m3/t，其中，四道泉礦區(qū)ZK04孔實(shí)測(cè)11.75 m3/t；駱駝山礦區(qū)936號(hào)鉆孔264 m測(cè)得含氣量7.23 m3/t，317.59 m處測(cè)得14.7 m3/t，957號(hào)鉆孔480m測(cè)得7.18 m3/t，516 m處8.72 m3/t，928號(hào)鉆孔270 m處測(cè)得8.17 m3/t，951號(hào)鉆孔520 m測(cè)得含氣量11.02 m3/t；平溝礦巷道實(shí)測(cè)10.86 mL/g；卡布其礦區(qū)11號(hào)煤在淺部含氣量達(dá)到1.82～10 m3/t，在斜深550 m時(shí)，含氣量達(dá)13～19 m3/t；木耳溝礦區(qū)129號(hào)孔239 m，含氣量12.62 m3/t，甲烷濃度為88.24%；滴瀝幫烏素實(shí)測(cè)含氣量12.26 m3/t；白云烏素實(shí)測(cè)含氣量10.18 m3/t[4]。煤層氣潛在資源量為2 953億m3，有利目標(biāo)區(qū)主要包括二道嶺勘探區(qū)中部及天榮五號(hào)詳查區(qū)等。

圖4 二連盆地煤層氣資源分布圖Figure 4 CBM resources distribution in Erenhot Basin

賦煤區(qū)中部為東勝煤田，含氣面積25794 km2，主要含煤地層為石炭-二疊系山西組、太原組以及侏羅系的延安組，煤層厚度為8～30 m，埋深800～2000 m，滲透率1～17 mD，煤層頂?shù)装鍘r性以泥巖、粉砂質(zhì)泥巖為主，且厚度較大，在煤層氣生成、運(yùn)移、成藏過程中起到良好的封蓋效應(yīng)。煤層氣潛在資源量為5.9萬億m3，煤層埋深600 m以淺處于甲烷風(fēng)化帶，含氣量小于1 m3/t，資源量不參加計(jì)算；煤層埋深600～1 500 m，大部分煤類屬于低煤階，含氣量按照烏審召及納林河15口煤層氣參數(shù)井實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)0.1～6.7 m3/t[5-7]，計(jì)算資源量時(shí)含氣量取值6 m3/t，低煤階煤層氣預(yù)測(cè)資源量為4.8萬億m3；區(qū)內(nèi)山西組-太原組煤類為氣煤—貧煤，為中變質(zhì)煙煤，埋深一般為1500～3500 m，本區(qū)煤層埋深在1 500～2 000 m主要集中在東勝煤田國(guó)家規(guī)劃礦區(qū)的東部邊緣，即原準(zhǔn)格爾召—新廟煤炭詳查以東區(qū)域，該范圍內(nèi)煤層氣測(cè)錄井顯示資源條件良好，深度在2000～3500 m主要集中盆地中部，該范圍內(nèi)煤層氣氣測(cè)數(shù)據(jù)和含氣量解析數(shù)據(jù)均顯示資源條件良好，煤層總厚度大于15 m，主力煤層厚度平均9 m，煤層含氣量一般大于8 m3/t，根據(jù)鄂托克旗鄂頁1井現(xiàn)場(chǎng)解析數(shù)據(jù)顯示，太原組煤層含氣量范圍在19.843～26.065 m3/t，中高煤階煤含氣量取12 m3/t[8]，中高煤階煤層氣預(yù)測(cè)資源量為1.1萬億m3。

北部大青山煤田面積約56 km2，主要評(píng)價(jià)含煤地層為侏羅系五當(dāng)溝組，煤層埋深200～1 000 m，一般含煤3組，總厚度在15～47 m，主力煤層最大厚度為30.51 m，煤層直接頂板為砂油頁巖；含氣量、甲烷濃度數(shù)據(jù)來自根據(jù)2004年煤炭科學(xué)研究院撫順分院測(cè)試結(jié)果和巷道實(shí)測(cè)，含氣量為8.3～23.78 m3/t，本次含氣量值取15 m3/t，煤層氣潛在資源量為105億m3。有利目標(biāo)區(qū)包括五當(dāng)溝井田、河灘溝井田、白狐溝井田及深部區(qū)煤儲(chǔ)層埋藏深度小于1 200 m的區(qū)域[9-10]。

該盆地煤層氣富集重點(diǎn)礦區(qū)還包括二道嶺、呼魯斯太及烏達(dá)礦區(qū)等。其中，二道嶺礦區(qū)煤層含氣量一般為12 m3/t[11]，實(shí)測(cè)甲烷濃度平均89.6%，含氣飽和度在80%以上，埋深1 500 m以淺煤層氣潛在資源量為118億m3；呼魯斯太礦區(qū)煤層含氣量為6～21 m3/t，平均12 m3/t，煤層氣潛在資源量為100億m3；烏達(dá)礦區(qū)主要煤層含氣量最大為21 m3/t，煤層氣潛在資源量為110億m3。

3.2 二連盆地煤層氣資源評(píng)價(jià)

二連盆地群位于內(nèi)蒙古中東部（圖4），目前已發(fā)現(xiàn)有47個(gè)含煤盆地，含氣面積為34 854 km2，煤層氣潛在資源量為11 685億m3。該區(qū)為厚-巨厚煤層分布區(qū)，埋深一般在1200 m以淺，主要含煤地層為下侏羅統(tǒng)紅旗組、下白堊統(tǒng)大磨拐河組和伊敏組，紅旗組煤層分布范圍主要集中在陰山以北的阿巴嘎煤田、西烏旗的躍進(jìn)煤礦，煤層累厚4～58 m，主要煤層5～25層，煤類為長(zhǎng)焰煤-氣煤，局部受中新生代火山活動(dòng)影響變質(zhì)為高階煤；下白堊統(tǒng)大磨拐河組和伊敏組是區(qū)域主要的煤層氣儲(chǔ)層，其中大磨拐河組可采煤層2～30層，單煤組厚度0.8～195 m，多為復(fù)煤層或復(fù)雜煤層，煤類為褐煤，深部（大于600 m）逐漸過渡為長(zhǎng)焰煤；伊敏組可采煤層為6～9層，可采累厚為40～120 m，煤類為褐煤。低煤階褐煤和長(zhǎng)焰煤煤炭資源量約占二連盆地煤炭資源總量的83.2%。該區(qū)煤層含氣量為2～6 m3/t。該區(qū)重點(diǎn)含煤層氣區(qū)塊包括霍林河煤田、白音華煤田等[12]。此外，勝利煤田、包爾果吉盆地、朝克烏拉盆地、賽漢塔拉盆地等也初見煤層含氣顯示。

霍林河煤田含氣面積為340 km2，主要發(fā)育褐煤和長(zhǎng)焰煤兩種煤類，其中褐煤段含氣量為2～4 m3/t，長(zhǎng)焰煤段含氣量為2～8 m3/t，甲烷濃度平均94%，煤層氣潛在資源量為920億m3。白音華煤田含氣面積為850 km2，主要發(fā)育褐煤和長(zhǎng)焰煤兩種煤類，根據(jù)本區(qū)煤炭資源總量及含氣量，初步預(yù)測(cè)白音華煤田煤層氣資源量為1 161億m3。但是本區(qū)煤儲(chǔ)層中黏土含量普遍比較高，而且存在大量厚度不等的泥巖夾層。這些高黏土含量的煤層與泥巖夾層遇水膨脹嚴(yán)重，導(dǎo)致清水壓裂液回排困難，儲(chǔ)層滲透率下降快等特點(diǎn)，因此，在煤層氣開發(fā)實(shí)踐過程中應(yīng)加強(qiáng)壓裂排采技術(shù)的研究。

3.3 海拉爾盆地煤層氣資源評(píng)價(jià)

海拉爾盆地群位于內(nèi)蒙古東北部（圖5），目前已發(fā)現(xiàn)有26個(gè)含煤盆地，含氣面積12 986 km2，煤層氣潛在資源量為16 344億m3。煤層埋深一般2 000m以淺，主要含氣層位為伊敏組和大磨拐河組，其中呼倫湖凹陷、呼和湖凹陷煤層厚度最大，主要煤類為褐煤、長(zhǎng)焰煤、氣煤，局部發(fā)育中高變質(zhì)煙煤，如拉布達(dá)林礦區(qū)等。海拉爾盆地群在煤炭和油氣勘查過程中煤層氣顯示廣泛，氣測(cè)顯示值為0.03%～4.8%，平均在2%左右。初步預(yù)測(cè)煤層含氣量為1～17 m3/ t，其中伊敏組煤層含氣量在1 m3/t左右；大磨拐河組煤層含氣量在4～8 m3/t，南屯組煤層含氣量達(dá)到14～17 m3/t，整體含氣量較高。甲烷濃度為80%～92%。該區(qū)重點(diǎn)含煤層氣區(qū)塊包括牙克石-五九煤田、胡列也吐煤田、呼和諾爾煤田等[13-15]。

圖5 海拉爾盆地煤層氣資源分布圖Figure 5 CBM resources distribution in Hailar Basin

牙克石-五九煤田(含五九及莫拐礦區(qū))含氣面積約202 km2，主要煤系為下白堊統(tǒng)大磨拐河組，單層厚度平均1.6 m，累計(jì)厚度約16 m，大磨拐河組煤類為褐煤。氣測(cè)異常顯示層段多、含氣層厚度大，可達(dá)52 m，單層最大可達(dá)5 m。根據(jù)最新資料顯示，本區(qū)煤層含氣量平均約10 m3/t，甲烷濃度為83%～90%，煤層氣資源豐富，預(yù)測(cè)煤層氣資源量為99億m3。區(qū)內(nèi)已施工煤層氣井，經(jīng)壓裂試氣，獲得了單井日產(chǎn)2000 m3的產(chǎn)量。

胡列也吐煤田含氣面積約179 km2，主要煤系為下白堊統(tǒng)伊敏組與大磨拐河組，煤層最多為52層，單層平均厚度1.6 m，累計(jì)厚度約85.7 m。煤層含氣量8 m3/t，甲烷濃度平均＞80%，煤層氣潛在資源量為555.6億m3。

呼和諾爾煤田含氣面積約2 500 km2，最大沉積厚度6000 m，主要煤系為下白堊統(tǒng)伊敏組與大磨拐河組，伊敏組煤類為褐煤，大磨拐河組煤類為褐煤、長(zhǎng)焰煤和氣煤。煤層厚度16～67 m，埋深為500～2000 m，甲烷濃度平均＞85%。根據(jù)區(qū)內(nèi)HC27井和LC23井的煤樣等溫吸附實(shí)驗(yàn)結(jié)果，HC27井所測(cè)煤樣為肥煤，吸附能力比較高，原煤飽和吸附量為9.63 m3/t，蘭氏壓力為5.56 MPa；LC23井所測(cè)煤樣為褐煤，煤的吸附能力相對(duì)較低，原煤飽和吸附量為3.51 m3/t，蘭氏壓力為3.87 MPa。同煤階比較，本區(qū)煤的吸附能力較強(qiáng)，具有良好的儲(chǔ)氣能力。預(yù)測(cè)煤層氣潛在資源量為4 160億m3。

4 結(jié)論

內(nèi)蒙古煤層氣資源主要分布在鄂爾多斯盆地（內(nèi)蒙古部分）及周邊（主要包括東勝、桌子山-賀蘭山、大青山等煤田）、二連盆地、海拉爾盆地。這些區(qū)域的含煤地層主要為石炭-二疊系、侏羅系及白堊系，其煤層氣賦存特征及勘查潛力不盡相同。根據(jù)本次研究表明，內(nèi)蒙古潛在煤層氣資源量為9.8萬億m3，近期可重點(diǎn)開展大青山、桌子山-賀蘭山、呼和諾爾、牙克石-五九等重點(diǎn)地區(qū)煤層氣地質(zhì)研究和開發(fā)試驗(yàn)，進(jìn)行勘探試驗(yàn)和井組排采試驗(yàn)，實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)量升級(jí)，為下一步煤層氣資源的規(guī)模開發(fā)利用奠定基礎(chǔ)。

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CBM Resource Distribution Features in Inner M ongolia

Li Heng1,2,Yao Haipeng1,2and Li Fengchun2
(1.Luneng Unconventional Natural Gas Exploration and Exploitation Co.Ltd.,Inner Mongolia Mining Industry(Group),Hohhot,Inner Mongolia 010010;2.Inner Mongolia Bureau of Coal Geological Exploration,Hohhot,Inner Mongolia 010010)

The CBM resources in the Inner Mongolia are abundant.Along with the gradually decreasing of coal consumption proportion in primary energies in China and speed up the adjustment of energy structure in Inner Mongolia,thus attached great importance to CBM(coalmine gas)exploitation and utilization day by day.Through acquisition of updated CBM related data,systematically computed potential resources in the region,analyzed distribution features,worked out CBM key enrichment areas.Predicted total CBM resources in Inner Mongolia have 980 million m3,account for about 25%of national total;predicted low rank coal CBM resources have 8.63 tril?lion m3,account for 58.7%of national total;mainly distributed in the Ordos,Erenhot and Hailar basins.

Inner Mongolia;CBM;distribution features

P618.11

A

10.3969/j.issn.1674-1803.2016.12.08

1674-1803(2016)12-0043-06

李恒（1988—），男，內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，碩士，工程師，從事非常規(guī)天然氣地質(zhì)研究工作。

2016-08-26

責(zé)任編輯：宋博輦