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摘要：本文从煤层、煤质特征，煤层含气性及储层物性特征，顶底板岩性特征及水文地质条件等方面分析研究了巴里坤煤矿区的煤层气地质特征，估算了煤矿区煤层气资源量。研究认为矿区煤层发育，煤的变质程度中等，煤层含气量较大，煤储层物性条件较好，顶底板及水文地质条件有利于煤层气的保存。矿区煤层气资源丰富，随埋深的增加具有煤层气开发潜力，特别是东部石炭窑区，可作为下一步煤层气开发的有利区。
关键词：煤层气；煤质特征；煤层含气量；煤体结构；顶底板
1、概况
矿区地处新疆维吾尔自治区东部，东天山北麓准噶尔盆地东部南缘，整体呈北西～南东向展布，东以石炭窑复向斜南翼出露的石炭系地层为界，西至纸房断裂，北起挪依什卡拉～沙尔布拉克断层，南到巴里坤煤矿断层，面积约1245km2。境内煤炭资源丰富，查明及预测1000m以浅煤炭资源量16亿吨，煤质优，煤田简易瓦斯测试多个采样点瓦斯含量大于1m3/t。矿区共有8对矿井，是自治区重要煤炭生产基地，开发前景十分广阔。前人对该区煤层气条件研究甚少，瓦斯是危害煤矿安全生产的重要因素，为了合理开发利用区内煤炭和煤层气资源，从而提高采煤的安全系数，本文从矿区构造、煤层、煤质及煤层气地质特征等方面对区内煤层气地质条件进行论述和研究，有利于矿区煤炭、煤层气能源的综合开发利用，并为下一步开展煤层气工作提供依据。
2、基本地质特征
2.1地质构造
矿区位于新疆大地构造一级单元准噶尔一北天山（Ⅱ），二级单元东准噶尔地槽褶皱带（Ⅱ1），三级单元北塔山复背斜（Ⅱ1-8）。主要受北面和北北西两组断裂的控制，坳陷内形成雁状排列的次一级凹隆相间出现的复杂构造。各山间盆地的大小、基底起伏及沉积的中新生代地层厚度均不相同，含煤岩系的厚度及成煤条件都存在一定差异。
2.2煤层特征
矿区内含煤地层为下侏罗统八道湾组（JIb），根据煤层分布和含煤性将本区分为东（石炭窑）、中（段家地）、西（纸房）三个区。
东区共含煤15层，煤层总厚13002-154.72m，平均55.96m，含煤系数9%，分为A、B、C三个煤组，主要可采煤层4层，为A2、A3、B2、B4煤层，可采总厚28.01～52.25m，平均46.78m。
中区含煤地层分为上部不含煤段（J，b2）180 m和下部含煤段（J1b1）105m，含煤段含煤1-2层，煤层总厚1.00-6.92m，平均厚3.13m，含煤系数2.98%，主要可采煤层A1煤层。
西区含煤地层分为上部基本不含煤段（J1b2）和下部含煤段（JIb1），含煤段含A煤组1-2层，煤层总厚10.68-40.18 m，平均28.73 m，含煤系数15.72%。主要可采煤层l层，可采厚度平均25.87m。
整个矿区含煤地层沉积以东区沉积最厚，含煤性最好，向西沉积逐渐变薄，含煤层数由15层减少为3层，可采煤层由11层减少为l层，含煤性明显减弱。
2.3、煤质特征
矿区煤的宏观煤岩特征是由高等植物形成的腐植煤，颜色均呈黑一黑褐色，条痕为棕色一棕色一棕黑色，沥青光泽，参差状一平坦状断口，具条带状结构，内生裂隙发育，易燃，煙浓，膨胀明显，煤的坚硬程度为半坚硬。煤的显微煤岩特征是微镜惰煤～微泥质煤。
矿区煤质以气煤、1/3焦煤为主，长焰煤为辅，其中东区A、B、c三煤组煤层在石炭窑向斜南翼均以中灰分、低硫、高发热量、具强粘结性的气煤（QM）为主，局部含少量肥煤（FM）及1/3JM，向斜北翼分布肥煤（FM）及1/3JM。中区煤层以特灰分、特低硫、高发热量、具中强粘结性的气煤为主。西区煤层区以特灰分、特低硫、特高发热量、不具粘结性的长焰煤为主，夹有部分气煤。
一般随变质程度的增高，煤的生气量增大，特别是褐煤一焦煤阶段，煤层含气量随煤介的增高呈急剧的增大。本区煤变质程度，由西向东逐步增强，从低变质的长焰煤逐步为中变质气煤和l/3焦煤，因此，东区煤层生气量大于西区。
3、煤储层含气性及物性特征
3.1煤层含气量
根据收集的矿区以往资料地勘钻孔实测瓦斯数据，东区瓦斯含量最大，在红星二矿和红星一矿采样深度151～525m，甲烷含量最大达到3.46ml/g，甲烷浓度最大达到99.14%；中区黑眼泉井田勘探报告采样深度353～633m，瓦斯含量中甲烷为0～3.005ml/g，甲烷浓度最大达到65.14%；西区别斯库都克详查采样深度150～492m，瓦斯含量中甲烷为2ml/g，甲烷浓度最大为27.4%。
矿区平面上东区煤层含气量最大，中区次之，西区最小。垂向上随采样深度的增加，煤层含气量和甲烷浓度均有增大的趋势。东区瓦斯风化带低于中区和西区。
3.2煤体结构
煤体结构是煤层气高渗高产的决定性因素，影响煤层气开发井的产气能力。矿区内煤层属较稳定类型煤层，煤层的硬度较大、较脆，裂隙、节理发育，煤体结构主要为原生结构煤，说明煤内生裂隙保存较好。从煤层裂隙发育、煤体结构方面，推测该区煤层储层渗透性较好，有利于煤层气开发的储层改造和排采产气。
4、煤层气保存条件
4.1顶底板封盖条件
矿区内各可采煤层顶底板主要由粉砂岩或粉砂质泥岩、泥岩组成，局部为细砂岩。其顶板稳定性中等。这些顶底板岩性使煤层处在一个封闭条件较好的环境中，对煤层气的保存十分有利，这也是井田能够富集煤层气资源的主要原因之一。
4.2水文地质条件
矿区总体上水文地质条件较简单。煤系地层按构造、岩性和含水性划分有三个含水带：八道湾组下中段孔隙裂隙弱含水带、八道湾组上段孔隙裂隙弱含水带、三工河组孔隙裂隙弱含水带，富水性均较微弱。各含水带受盆地四周石英系斑巖，板岩及安山岩为主之裂隙水及盆地南缘大断层带（F6）水所补给。盆地内无地表水，缺雨，年平均蒸发量（1768mm）较之降水量（190mm）大九倍以上。补给区位于盆地东部和南部天山冰雪补给带约近百公里。地下水位埋深80-100米以下。各含水带经抽水孔测得水位高程均相近似，且水质相同，说明各含水带有水力联系，互补关系密切，可能与局部断层发育有关；隔水带分布在各个水带之间为泥岩、页岩、砂质页岩和泥质胶结的砂岩，因厚度较大，不易产生越层补给。
5、煤层气资源量概算
通过对矿区内已揭露可采煤层进行资源，储量的估算，以埋深1000米为下限，共获得资源/储量（331+332+333+334）16亿吨。丰富的煤炭资源为本区提供了富集煤层气的物质基础。
在深入分析该区煤层气地质特征的基础上，根据矿区煤炭、煤层气勘查的现有情况，采用体积法估算煤层气资源量。
体积法的估算公式为：
G=0.0001*Q*Gad
G-估算煤层气资源量（m3）
Q-估算煤炭资源量（亿t）
G-煤层含气量（m3/t）
初步估算该区瓦斯风化带深度为400m，粗略估计瓦斯风化带到1000米煤炭资源量是9.6亿吨，按照平均煤层含气量为6m/t，估算矿区煤层气总资源量为57.6亿m3，煤层气资源比较丰富，可成为一个中型气田。
6、结论及建议
（1）巴里坤煤矿区煤炭资源丰富，地质构造中等，分为东、中、西三个构造分区。以东部石炭窑区煤层最发育，煤层厚度大，层数多，稳定性较好；煤变质程度，由西向东逐步增强，从低变质的长焰煤逐步为中变质气煤和1/3焦煤。
（2）煤层含气量东区大于中区和西区，且随深度的增加煤层含气量呈明显的增大趋势；且煤储层裂隙发育、煤体结构为原生结构，有利于煤层气的开采。
（3）顶底板岩性以粉砂岩、泥岩为主有利于煤层气的保存；水文地质条件较简单，煤系地层与第四系松散砂砾岩基本无水力联系，对煤层气的保存较为有利。
（4）矿区1000m以浅预测煤层气资源量57.6亿m3，可成为一个中型气田。
关键词：煤层气；煤质特征；煤层含气量；煤体结构；顶底板
1、概况
矿区地处新疆维吾尔自治区东部，东天山北麓准噶尔盆地东部南缘，整体呈北西～南东向展布，东以石炭窑复向斜南翼出露的石炭系地层为界，西至纸房断裂，北起挪依什卡拉～沙尔布拉克断层，南到巴里坤煤矿断层，面积约1245km2。境内煤炭资源丰富，查明及预测1000m以浅煤炭资源量16亿吨，煤质优，煤田简易瓦斯测试多个采样点瓦斯含量大于1m3/t。矿区共有8对矿井，是自治区重要煤炭生产基地，开发前景十分广阔。前人对该区煤层气条件研究甚少，瓦斯是危害煤矿安全生产的重要因素，为了合理开发利用区内煤炭和煤层气资源，从而提高采煤的安全系数，本文从矿区构造、煤层、煤质及煤层气地质特征等方面对区内煤层气地质条件进行论述和研究，有利于矿区煤炭、煤层气能源的综合开发利用，并为下一步开展煤层气工作提供依据。
2、基本地质特征
2.1地质构造
矿区位于新疆大地构造一级单元准噶尔一北天山（Ⅱ），二级单元东准噶尔地槽褶皱带（Ⅱ1），三级单元北塔山复背斜（Ⅱ1-8）。主要受北面和北北西两组断裂的控制，坳陷内形成雁状排列的次一级凹隆相间出现的复杂构造。各山间盆地的大小、基底起伏及沉积的中新生代地层厚度均不相同，含煤岩系的厚度及成煤条件都存在一定差异。
2.2煤层特征
矿区内含煤地层为下侏罗统八道湾组（JIb），根据煤层分布和含煤性将本区分为东（石炭窑）、中（段家地）、西（纸房）三个区。
东区共含煤15层，煤层总厚13002-154.72m，平均55.96m，含煤系数9%，分为A、B、C三个煤组，主要可采煤层4层，为A2、A3、B2、B4煤层，可采总厚28.01～52.25m，平均46.78m。
中区含煤地层分为上部不含煤段（J，b2）180 m和下部含煤段（J1b1）105m，含煤段含煤1-2层，煤层总厚1.00-6.92m，平均厚3.13m，含煤系数2.98%，主要可采煤层A1煤层。
西区含煤地层分为上部基本不含煤段（J1b2）和下部含煤段（JIb1），含煤段含A煤组1-2层，煤层总厚10.68-40.18 m，平均28.73 m，含煤系数15.72%。主要可采煤层l层，可采厚度平均25.87m。
整个矿区含煤地层沉积以东区沉积最厚，含煤性最好，向西沉积逐渐变薄，含煤层数由15层减少为3层，可采煤层由11层减少为l层，含煤性明显减弱。
2.3、煤质特征
矿区煤的宏观煤岩特征是由高等植物形成的腐植煤，颜色均呈黑一黑褐色，条痕为棕色一棕色一棕黑色，沥青光泽，参差状一平坦状断口，具条带状结构，内生裂隙发育，易燃，煙浓，膨胀明显，煤的坚硬程度为半坚硬。煤的显微煤岩特征是微镜惰煤～微泥质煤。
矿区煤质以气煤、1/3焦煤为主，长焰煤为辅，其中东区A、B、c三煤组煤层在石炭窑向斜南翼均以中灰分、低硫、高发热量、具强粘结性的气煤（QM）为主，局部含少量肥煤（FM）及1/3JM，向斜北翼分布肥煤（FM）及1/3JM。中区煤层以特灰分、特低硫、高发热量、具中强粘结性的气煤为主。西区煤层区以特灰分、特低硫、特高发热量、不具粘结性的长焰煤为主，夹有部分气煤。
一般随变质程度的增高，煤的生气量增大，特别是褐煤一焦煤阶段，煤层含气量随煤介的增高呈急剧的增大。本区煤变质程度，由西向东逐步增强，从低变质的长焰煤逐步为中变质气煤和l/3焦煤，因此，东区煤层生气量大于西区。
3、煤储层含气性及物性特征
3.1煤层含气量
根据收集的矿区以往资料地勘钻孔实测瓦斯数据，东区瓦斯含量最大，在红星二矿和红星一矿采样深度151～525m，甲烷含量最大达到3.46ml/g，甲烷浓度最大达到99.14%；中区黑眼泉井田勘探报告采样深度353～633m，瓦斯含量中甲烷为0～3.005ml/g，甲烷浓度最大达到65.14%；西区别斯库都克详查采样深度150～492m，瓦斯含量中甲烷为2ml/g，甲烷浓度最大为27.4%。
矿区平面上东区煤层含气量最大，中区次之，西区最小。垂向上随采样深度的增加，煤层含气量和甲烷浓度均有增大的趋势。东区瓦斯风化带低于中区和西区。
3.2煤体结构
煤体结构是煤层气高渗高产的决定性因素，影响煤层气开发井的产气能力。矿区内煤层属较稳定类型煤层，煤层的硬度较大、较脆，裂隙、节理发育，煤体结构主要为原生结构煤，说明煤内生裂隙保存较好。从煤层裂隙发育、煤体结构方面，推测该区煤层储层渗透性较好，有利于煤层气开发的储层改造和排采产气。
4、煤层气保存条件
4.1顶底板封盖条件
矿区内各可采煤层顶底板主要由粉砂岩或粉砂质泥岩、泥岩组成，局部为细砂岩。其顶板稳定性中等。这些顶底板岩性使煤层处在一个封闭条件较好的环境中，对煤层气的保存十分有利，这也是井田能够富集煤层气资源的主要原因之一。
4.2水文地质条件
矿区总体上水文地质条件较简单。煤系地层按构造、岩性和含水性划分有三个含水带：八道湾组下中段孔隙裂隙弱含水带、八道湾组上段孔隙裂隙弱含水带、三工河组孔隙裂隙弱含水带，富水性均较微弱。各含水带受盆地四周石英系斑巖，板岩及安山岩为主之裂隙水及盆地南缘大断层带（F6）水所补给。盆地内无地表水，缺雨，年平均蒸发量（1768mm）较之降水量（190mm）大九倍以上。补给区位于盆地东部和南部天山冰雪补给带约近百公里。地下水位埋深80-100米以下。各含水带经抽水孔测得水位高程均相近似，且水质相同，说明各含水带有水力联系，互补关系密切，可能与局部断层发育有关；隔水带分布在各个水带之间为泥岩、页岩、砂质页岩和泥质胶结的砂岩，因厚度较大，不易产生越层补给。
5、煤层气资源量概算
通过对矿区内已揭露可采煤层进行资源，储量的估算，以埋深1000米为下限，共获得资源/储量（331+332+333+334）16亿吨。丰富的煤炭资源为本区提供了富集煤层气的物质基础。
在深入分析该区煤层气地质特征的基础上，根据矿区煤炭、煤层气勘查的现有情况，采用体积法估算煤层气资源量。
体积法的估算公式为：
G=0.0001*Q*Gad
G-估算煤层气资源量（m3）
Q-估算煤炭资源量（亿t）
G-煤层含气量（m3/t）
初步估算该区瓦斯风化带深度为400m，粗略估计瓦斯风化带到1000米煤炭资源量是9.6亿吨，按照平均煤层含气量为6m/t，估算矿区煤层气总资源量为57.6亿m3，煤层气资源比较丰富，可成为一个中型气田。
6、结论及建议
（1）巴里坤煤矿区煤炭资源丰富，地质构造中等，分为东、中、西三个构造分区。以东部石炭窑区煤层最发育，煤层厚度大，层数多，稳定性较好；煤变质程度，由西向东逐步增强，从低变质的长焰煤逐步为中变质气煤和1/3焦煤。
（2）煤层含气量东区大于中区和西区，且随深度的增加煤层含气量呈明显的增大趋势；且煤储层裂隙发育、煤体结构为原生结构，有利于煤层气的开采。
（3）顶底板岩性以粉砂岩、泥岩为主有利于煤层气的保存；水文地质条件较简单，煤系地层与第四系松散砂砾岩基本无水力联系，对煤层气的保存较为有利。
（4）矿区1000m以浅预测煤层气资源量57.6亿m3，可成为一个中型气田。