鄂尔多斯盆地东缘煤层气成因机制研究

The successful development of secondary biogenic gas in the Powder River Basin and San Juan Basin was paid attention by the world. Different gas origin is depended on the different geological settings, and the determination of gas origin and predicting its resource distribution plays a directional role in assessing a prospect area. In the project, due to the geological diversity in the eastern Ordos Basin, Linxian-Xingxian, Wubao-Liulin, and Hancheng are selected as the target areas. First, the geological setting are focused on, and then the origin classification of CBM in the eastern edge of the Ordos Basin is determined by analyzing the carbon isotope and hydrogen isotope of methane, carbon isotope of carbonic dioxide. Second, based on the above results, and by comparing gas origin characteristics and the geological setting, such as stratigraphy, tectonics, hydrogeology dynamics, coal maturity, etc., the geological mechanics controlling the CBM origin is discussed and the geological model is constructed. In the end, according to the above mechanism, combined with the main geological factors, the distribution of the different origin CBM resource in the eastern Ordos Basin is predicted. The results will provide support in selecting a prospect area.

美国粉河和圣胡安盆地次生生物气的成功开采引起了全世界关注。不同成因气体资源受控于不同的地质条件，确定气体成因机制并预测其分布规律对煤层气勘探具有指导意义。本项目基于鄂尔多斯盆地东缘煤层气地质条件的多样性，在研究煤层气地质背景基础上，对北段临县-兴县、中段吴堡-柳林和南段韩城煤层气进行甲烷碳同位素、氢同位素、二氧化碳的碳同位素分析，确定各典型区块的气体成因类型；并结合地层、构造、地下水动力条件、煤的热成熟度等对比，探讨煤层气成因地质控制机制，从而建立次生生物气、热成因气、次生生物与热成因混合气成因的地质模型；最终运用不同地质条件下气体成因控制机制，结合地质条件分析，预测鄂尔多斯盆地东缘不同成因类型气体资源分布规律，为本区煤层气勘探提供依据。

鄂尔多斯盆地东缘煤层气开发二十多年来未取得实质进展，确定气体成因和来源对勘探开发具有指导意义。本项目用多学科方法研究了该区上古生界煤层气藏演化史、气体成因和成藏地质模型，并对资源量进行了预测。重要结果如下：第一，恢复盆地埋藏史、热史和生气史，将研究区煤层气成藏演化分为①泥炭浅埋和原生生物气生成阶段、②煤层深埋和热成因气生成阶段、③煤系抬升卸载和吸附气体逸散阶段和④煤层再埋藏和次生生物气补充阶段。第二，测试了37组煤层气碳同位素数据，讨论了研究区煤层气成因，并从煤的热成熟度和盆地水动力条件方面讨论了煤层气成因的机制。结果表明，甲烷碳同位素分布在-70.5‰~-36.19‰，由北向南明显呈偏重趋势，边浅部为次生生物气与热成因混合气，而中深部为热成因气，主要受控于盆地的煤阶展布规律和地下水动力场。首先，从全国煤的热成熟度与煤层甲烷成因关系得出，研究区以中煤阶煤为主，镜质体反射率0.5%~2.0%，如果具备适当的水动力条件可形成次生生物气与热成因气混合的煤层气藏；与此同时，研究区边浅部煤层埋藏浅，露头发育，大气降水及其它地表水携带细菌补给煤层，使煤中有机化合物发生新陈代谢生成甲烷和二氧化碳，在存在圈闭机制的区域现今含气量较高。第三，建立了单斜式低煤级、基底上拱式中煤级和边缘推覆式高煤级煤层气成藏地质模型，典型代表区域分别在府谷、吴堡-柳林和韩城。其中，单斜式低煤级成藏模型煤层气相对富集于地下水滞留区上部，基底上拱式中煤级成藏模型煤层气高渗富集区位于拉张型鼻状隆起带，边缘推覆式高煤级成藏模型气体富集于挤压型构造转折端。第四，研究区煤层气资源量为6.128万亿立方米，资源丰度1.27亿立方米/平方公里，总体上属于特大型的中等丰度气田。本项目合理解释了研究区煤层气成因的动力机制，深化了该区煤层气资源的地质认识。