鄂尔多斯盆地西缘煤系矿产资源共生组合特征研究

发布时间：2018-01-07 04:11

本文关键词：鄂尔多斯盆地西缘煤系矿产资源共生组合特征研究　出处：《中国矿业大学(北京)》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：本文充分运用沉积学、矿物学、岩石学、构造地质学、地球化学等多学科理论知识,研究了鄂尔多斯盆地西缘煤系矿产资源的类型、分布特征、富集地质条件和共生组合特征。通过4个钻孔岩心采样测试,详细分析了研究区煤层气、煤系页岩气和煤系致密气的烃源岩地化特征、储层特征及含气特征。通过煤中微量元素及煤灰成分分析,并结合前人资料,分析了研究区铝、镓、锂等金属矿产,以及铀矿和油页岩的富集特征。综合分析结果,研究了煤层气、煤系页岩气和煤系致密气可能的有利层段及组合特征,建立了5种煤系矿产资源共生组合模式,划分了3个煤系矿产资源有利区块,初步讨论了煤系矿产资源的共生耦合机制。鄂尔多斯盆地西缘煤系矿产资源的类型主要有两类:煤系能源矿产包括煤炭、煤层气、页岩气、致密砂岩气、油页岩及铀矿;煤系金属矿产包括铝土矿、镓矿、锂矿等。盆地西缘由北向南主要发育桌子山、贺兰山、宁东、宁南和陇东5个煤田,石炭-二叠系和中侏罗系2个煤系。盆地西缘煤炭累计探获资源储量6574831万吨,预测资源量21441398万吨。煤的变质程度由北向南递减,在北部桌子山、贺兰山煤田以肥煤、焦煤、无烟煤为主,向南宁东煤田以气煤、不粘煤为主,至宁南、陇东煤田以长焰煤为主。据煤层展布规律、孔渗特征、等温吸附实验、瓦斯含量和含气量等测试数据及资料收集,可看出盆地西缘石炭-二叠煤系煤层气在桌子山、石嘴山、韦州等地含气量较高,分别为5.6 m3/t、3.5~8.4 m3/t和2.87~10.68m3/t。侏罗煤系煤层气在汝箕沟地区较为发育,Ro为2.54~3.46%,孔隙度1.2~7.8%,渗透率0.001~0.257mD;含气量250m以浅约0.25~15.47 m3/t,250m以深约7.49~21.06m3/t。受风氧化带影响,红墩子、横城地区瓦斯相对涌出量为1.38~4.37 m3/t,华亭地区瓦斯相对涌出量为1.82 m3/t,随着开采深度不断增,可推测上述地区深部煤层气资源量有很大潜力。据暗色泥岩展布规律,TOC、岩石热解、Ro等地化特征测试,XRD、孔渗特征等储层测试分析,可看出盆地西缘桌子山地区是石炭-二叠煤系页岩气的较有利区段,Z孔暗色泥岩TOC含量均值在太原组下段、上段及山西组下段分别为3.00%、10.39%和2.74%,有机质类型为Ⅲ型,Ro为0.86~0.94%;泥岩中脆性矿物含量为45.5%,孔隙度1.07~1.22%,渗透率0.001~0.01mD,具良好的生储条件。侏罗煤系页岩气在积家井、安家庄地区较为发育,J孔暗色泥岩TOC含量在延安组5段均值分别为3.97%、3.57%、7.69%、8.74%和1.67%,有机质含量较高,有机质类型Ⅰ~Ⅲ型,Ro为0.64~0.92%,处于高成熟,大量生气阶段;泥岩中脆性矿物含量为31.8~39.1%,孔隙度2.51~4.77%,渗透率0.003~0.004mD,具良好的页岩气生储条件。安家庄a孔暗色泥岩toc含量在延安组一段均值为0.11~0.85%,仅个别样品达59.43%,延安组二、三段均值分别为4.35%和19.62%,有机质类型Ⅰ~Ⅲ型,ro为0.67~1.02%,处于高成熟阶段;泥岩中脆性矿物含量为29.6~34.1%,具良好的页岩气生储条件。据致密砂岩展布规律、孔隙度、渗透率等储层测试分析,可看出盆地西缘石炭-二叠煤系致密气在桌子山地区较为发育,桌子山煤层和暗色泥岩ro分别为0.62~1.04%和0.86~0.94%,zx08孔致密砂岩渗透率为0.059md,孔隙度为0.79%具良好的生储条件。贺兰山煤田石炭井、石嘴山地区山西组煤层ro为0.83~1.19%,处于高成熟大量生气阶段,致密砂岩层均厚约61.62m,在石炭井矿区清水沟厚度高达107.96m,也是致密气可能的有利区。侏罗煤系致密气在积家井地区较为发育,宁东延安组煤层和暗色泥岩ro分别为0.46~0.83%和0.64~0.92%,jm107孔致密砂岩渗透率为0.019md,孔隙度为6.65%,具良好的生储条件。据煤灰成分分析测试,盆地西缘石炭-二叠煤系煤灰中al2o3含量远高于侏罗煤系,延安组煤灰中al2o3的含量一般不超过20%。贺兰山煤田均值在40.78%左右,其中石嘴山3号煤al2o3的含量最高,达49.14%,上海庙矿区长城三矿9号煤al2o3的含量为44.06%,横城矿区二1煤al2o3的含量为40.56%。据煤中微量元素测试,盆地西缘石炭-二叠煤系与中国、世界煤中微量元素含量均值相比,li为富集状态,ga属轻度富集。其中li在石炭井含量最高,达294ug/g,ga在沙巴台含量最高,为40ug/g。盆地西缘铀矿化主要发育于鸳鸯湖、王洼一带,侏罗煤系延安组及其上覆地层直罗组中。鸳鸯湖一带,延安组顶部发生卷状铀矿化,卷状铀矿体长约6km,断续展布,埋深在250~420m之间;延安组1-4段发生层状铀矿化,沿鸳鸯湖-冯记沟背斜东翼南北向展布。宁南煤田王洼一带卷状铀矿化主要发育于延安组上部和直罗组下部。铀矿化品位一般在0.012%~0.06%,厚度约0.1~3.80m,最高工业品位出现在鸳鸯湖404钻孔,高达990ppm。盆地西缘侏罗煤系延安组中含有多个油页岩层,主要分布在宁夏固原炭山、甘肃华亭、安口等地区,油页岩层常位于煤层上部,或与煤层、泥岩互层。炭山地区油页岩主要有8层,分布于延安组一、二、三含煤段,总厚度约15m,含油率在2.0%~11.6%。安口油页岩位于延安组第三含煤段4煤上部的暗色泥岩层间,厚度约4.8m。华亭油页岩位于第三含煤段4煤底部,厚度约3.66m;第四含煤段2煤顶部见少量油页岩,约0.4m厚。陇东地区油页岩厚度一般为4~36m,含油率约1.5%~13.7%。对本次实际岩心采样的4个钻孔,据toc、ro、岩石热解、孔、渗、xrd等测试数据,结合沉积环境,层序地层学等,分析煤层气、煤系页岩气、煤系致密气在各个柱状中可能的有利层段及组合特征。zx08孔太原组顶部356~362m处,暗色泥岩toc含量为1.86~27.96%,ro为0.86%,tmax为455~461℃;储层脆性矿物含量较高,为45.2%,孔隙度1.17%,渗透率0.01md,生烃能力和储层条件良好,该段为有利的页岩气层段。山西组底部约340m处的9煤、10煤,顶底板均为黑色泥岩,9煤上部黑色泥岩厚约20m,10煤底板黑色泥岩样z64的toc含量达7.38%,ro为0.94%,该段为良好的页岩气和煤层气互层层段。g702孔山西组下部740m处,为主采煤层4煤、5煤,煤层ro值为0.9~1.1%,处于高成熟产气阶段,其上覆地层和下伏地层均为黑色粉砂岩和细粒砂岩,厚约15m,为可能的煤层气与致密气互层层段。jm107孔954m左右样品j72的toc含量达9.4%,ro为0.7%,tmax为432℃,s1+s2达25.15mg/g,属Ⅰ型干酪根,生烃能力良好,泥岩脆性矿物含量达39.1%,储层条件良好,其下伏地层为煤层和11.9m的黑色粉砂岩,上覆地层为8煤和12m的灰黑色粉砂岩,因此该层段为可能的致密气层段。876~897m处,为4煤和4上煤,其顶底板均为灰黑色粉砂岩,样品j48的toc含量达23.58%,ro为0.64%,tmax为427℃,s1+s2达44.69mg/g,属Ⅰ型干酪根,生烃能力良好,泥岩脆性矿物含量达35.5%,孔隙度为4.77%,渗透率为0.004md,储层条件良好,因此该层段为良好的煤系气层段。a孔延安组三段,煤5-1厚约1.9m,其底板为2.65m的深灰色泥质粉砂岩,煤5-2厚约0.82m,其底板为0.5m厚的灰黑色泥岩,该处暗色泥岩样品toc含量为4.89~34.34%,ro为0.86%,tmax为427℃,s1+s2为17.65mg/g,属Ⅱ1型干酪根,生烃能力良好,泥岩中脆性矿物含量为34.1%,该层段为良好的煤系气层段。对比盆地西缘石炭-二叠煤系和侏罗煤系煤炭、煤系气、铀矿、油页岩、铝、镓、锂等煤系矿产的特征参数、岩性组合、沉积层序等,认为石炭-二叠煤系主要发育煤炭、煤系气、铝、镓、锂等金属矿产,煤类主要为气煤、焦煤、肥煤,煤层气、页岩气和致密气主要发育于太原组上段和山西组下段,铝、镓、锂等富集与物源和海相沉积有关;侏罗煤系主要发育煤炭、煤系气、铀矿和油页岩,煤类主要为长焰煤和不粘煤,汝箕沟为无烟煤,煤系气主要发育于延安组一段上部、二段和三段,铀矿主要发育于延安组顶段和直罗组底段,油页岩主要发育于延安组一、二、三段。建立了5种煤系矿产资源共生组合模式,分别为煤系页岩气-煤层气-煤系金属矿产-煤系致密气共生组合、煤系页岩气-煤层气-煤系金属矿产共生组合、煤系致密气-煤系页岩气-煤层气共生组合、油页岩-煤-煤系页岩气共生组合、砂岩型铀矿-煤系致密气-煤层气共生组合。将盆地西缘煤系矿产资源划分为3个有利区带:北部桌贺煤—煤系气—煤系金属矿产有利区,中部宁东煤—煤系气—铀矿有利区,南部华亭煤—煤系气—油页岩有利区。对盆地西缘煤系矿产资源共生耦合机制进行浅析,认为沉积环境控制着煤系矿产资源形成的物质基础和富集中心,构造-热演化控制着煤系矿产资源的耦合成矿和品质特征,后期构造运动控制着煤系矿产资源的最终定位和开采条件。
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【学位授予单位】：中国矿业大学(北京)
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P618.11;P618

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