煤层气地质特征及成藏条件
1.含煤地层和煤层
下侏罗统八道湾组和中侏罗统西山窑组为含煤地层，是准噶尔盆地的主要含煤地层。
(1)八道湾组
除石阡滩东部和五彩湾局部沉积缺失外，全盆地均有分布，一般呈明显角度不整合于下伏地层上，而在盆地腹部或凹陷呈假整合，仅三台至乌鲁木齐西部一带与三叠系有连续过渡关系。主要为冲积扇、扇三角洲-河湖沼泽相含煤沉积，岩性主要为灰白色灰绿色砂岩、砾岩、灰黑色灰色泥岩、粉砂岩、炭质泥岩夹煤层、菱铁矿层或透镜状。
八道湾组煤组厚度为0 ~ 50m。煤层厚度大于20m的厚煤带型厚煤区有四个:南缘厚煤区，以乌鲁木齐西部Ka1为中心，最大煤层厚度大于70m，一般呈东西向分布；西缘厚煤带位于克拉玛依-乌尔禾线以东，最大煤厚50余米。大拐附近的南部聚煤中心厚度最大，中央聚煤中心位于沈1井附近，北部聚煤中心位于夏13井附近。煤组最大厚度超过30米，厚煤带呈东北-西南走向分布。东缘厚煤区，位于彩南地区，以安山1井为中心，最大煤组厚度近40m，总体延伸方向为东北-西南；中西部厚煤带位于鲁南1-鲁3井一线，最大煤厚约30m，聚煤中心位于两端。厚煤层带呈马鞍形，向西北-东南方向延伸。盆地北缘无煤带，盆地大部分地区煤组厚度小于10m，盆地中心煤组厚度小于5m。八道湾组煤层厚度变化规律与煤层累计厚度变化规律基本一致。八道湾组2号和4号煤层较连续，较厚，是盆地主要的煤储层。
2号煤层厚度为0 ~ 14m，主要分布在盆地东南、中东和南缘，东北缘面积较小，煤层厚度较小。西部和西北部广大地区煤层不发育。煤层厚度5m的厚煤区有两个:一个位于阜康与彩南之间，范围大，煤层厚度最大，阜康附近达到14m，煤体呈花状，东厚西薄；一个位于南缘青1井以南，厚煤层范围比较大，煤层厚度在5m以上，煤体呈宽扇形。
4号煤层是盆地内分布最广的煤层，厚度为0 ~ 12m。厚煤带基本分布在盆地边缘，厚度大于4m的厚煤带有三条:盆地东缘厚煤带包括南、北两个聚煤中心；北部聚煤中心位于蔡2井附近，最大煤厚7m以上，煤体形状呈舌状；南部聚煤中心位于富1井附近，最大煤厚12m，煤体形状不规则，四周变薄。盆地西缘厚煤带包括南、中、北三个聚煤中心，聚煤规模由南向北递减。南部聚煤中心位于柯76井周围，最大煤层厚度超过10m，中部聚煤中心位于马2井周围，最大煤层厚度超过6m，北部聚煤中心位于齐2井周围，最大煤层厚度超过4m。各集煤中心的煤型为中厚至薄。中西部厚煤带呈条带状，东西两个小聚煤中心，一个位于鲁南1井北部，一个在鲁1井附近，煤层最大厚度超过6m。乌鲁木齐西部盆地南缘发育一个厚煤层区。煤层最大厚度大于10m，煤体呈东西向延伸的长透镜体。盆地北缘和中部发育无煤区，盆地其他地区煤层厚度在4 m以下。
(2)西山窑组
分布于整个盆地，并在三工河组上不断堆积。为一套湖泊三角洲-河流-湖泊沼泽相沉积，岩性为灰色、灰绿色、灰白色砂岩、砂砾岩、粉砂岩泥岩、灰黑色炭质泥岩夹煤层、菱铁矿薄层，是盆地最重要的产煤段。
西山窑组有两个厚度为0 ~ 40m和20m以上的厚煤带:盆地南缘的厚煤带，主要聚煤中心在青1井的西部和南部，最大厚度超过40m；乌鲁木齐西部郝家沟附近的次聚煤中心，最大厚度为20m，聚煤中心的延伸方向与聚煤带的延伸方向一致。盆地东缘厚煤带由阜康和彩南聚煤中心组成；阜康聚煤中心煤组厚度为全盆地最大，最大煤组厚度近50m，分布方向为东西向；彩南聚煤中心在彩图2-富1井线附近，最大煤组厚度大于20m。还有三个厚度大于20m的厚煤区:东北缘厚煤区以轮参1井为中心，煤组最大厚度为24m；西缘厚煤区位于克拉玛依东拐附近，煤组最大厚度25m。我国中西部厚煤区以鲁3井为中心，最大煤组厚度大于20m。盆地广大地区最大煤层厚度一般小于10m，盆地中心、北缘和西南缘煤层厚度最小甚至缺失。西山窑组6号煤层为本区主要煤层，但分布有限(图6-11)。
2.煤岩质量特征
(1)八道湾组煤层
盆地南部煤层以条带状构造为特征。宏观煤岩类型以亮型为主，半亮型次之；宏观煤岩成分以亮煤为主，有镜质体、丝炭透镜体和少量暗煤带，矿物少见。在显微组分中，镜质组含量为38.8% ~ 100%，平均为77.2%，惰质组含量为0 ~ 55%，平均为9.8%，稳定组含量为0 ~ 40%，平均为8.7%。原煤灰分6.00% ~ 25.00%，挥发分15.86% ~ 49.78%，属低灰-中灰煤。煤阶从长焰煤到肥煤不等，镜质组反射率为0.5% ~ 1.0%，煤阶由西向东有增高趋势，四树至昌吉之间为长焰煤，昌吉至乌鲁木齐之间为气煤和长焰煤，乌鲁木齐至白杨河为气煤和肥煤。
图6-11准噶尔盆地下侏罗统八道湾组煤层埋深分布图
东部煤层具有线性、带状和透镜状结构。宏观煤岩类型为光亮和半光亮。显微组分以镜质组为主，范围为57% ~ 100%，平均为79.5%。稳定组次之，为0 ~ 47%，平均值为16.6%，含有一定量的腐泥成分；惰性基团含量较低，在0-6%之间，平均为3.8%。从盆地边缘到盆地内部，镜质组含量降低，稳定组含量增加。煤的灰分含量为4.36% ~ 33.82%，挥发分含量为48.07% ~ 54.50%。总体来说属于中低灰煤。煤的热演化阶段多属于老褐煤-长焰煤，深部为气煤。镜质组反射率为0.45% ~ 0.68%，进入盆地的反射率不断增加。
盆地西北西部的煤层具有条带状或线状构造。宏观煤岩类型亮，宏观煤岩成分以镜质组和亮煤为主。显微组分:镜质组73% ~ 100%，平均82.7%；稳定组为0 ~ 7%，平均为4.3%，但在夏6井煤样中，稳定结合量高达63%，孢子体和角质体呈层状分布；惰质组为0 ~ 21%，平均为13%。原煤灰分11.58% ~ 23.90%，挥发分51.98% ~ 59.49%。属于中灰分、高挥发分煤。镜质组反射率为0.4% ~ 0.68%，平均为0.54%。煤阶为褐煤-气煤，以长焰煤为主，煤阶从盆地边缘向盆地方向递增。
盆地腹部仅有少量煤芯样品。煤层显微组分:镜质组64% ~ 100%，平均81.3%；稳定组0 ~ 23%，平均14.3%；惰质组为0 ~ 13%，平均为4.3%。镜质组反射率为0.66% ~ 0.73%，平均为0.69%，煤级属于气煤-肥煤。在盆地南缘附近，煤层镜质组反射率可达65438±0.3%。
(2)西山窑组煤层
盆地南部的煤层呈带状且均质，极少数呈粒状。宏观煤岩类型以亮、半亮为主，半暗型煤次之。显微组分的镜质组组合为20% ~ 100%，平均为75.2%；稳定组为0 ~ 85%，平均为6.7%。只有少数煤层富含稳定群，部分煤层含有腐泥成分。惰质组为0 ~ 55%，平均值为15.5%。该地区煤层显微组分的组成有明显的差异。煤层灰分一般为6% ~ 15%，低的只有3%左右，高的有27%。少数高达1.01% ~ 1.68%；挥发分一般在30% ~ 40%，最低不到20%，最高50%左右，属于低灰高挥发分烟煤。镜质组反射率为0.47% ~ 65438±0%，平均值为0.68%。煤主要是长焰煤，其次是气煤和一些肥煤。从西到东，从浅到深，煤阶增加。
盆地东部煤层具有线性和条带状构造。宏观煤岩类型主要为暗淡煤至半暗煤，其次为半亮煤和次亮煤。显微组分:镜质组30% ~ 70%，平均46.3%；惰质组为0～55%，平均为23.3%；稳定组为0 ~ 70%，平均为30.5%。显微组分以高稳定组、惰质组和低镜质组为特征。煤层灰分分为6.12% ~ 13.59%，全硫0.13% ~ 0.78%，挥发分28.72% ~ 38.09%，属于低灰、中挥发分、低阶烟煤。镜质组反射率为0.48% ~ 0.65%，平均为0.57%。镜质组以长焰煤为主，含少量老褐煤和气煤。
盆地西北西部煤层显微组成:镜质组50% ~ 95%，平均77.8%；惰质组为0～42%，平均为9.6%；稳定组5% ~ 265438±0%，平均65438±02.6%。镜质组反射率为0.53% ~ 0.59%，平均值为0.56%，煤级属于长焰煤。
盆地腹部煤层显微组成:镜质组73% ~ 95%，平均87.2%；稳定组3% ~ 24%，平均10.6%；惰质组为0 ~ 6%，平均为2.2%。镜质组反射率为0.5% ~ 0.95%，主要为气煤、部分肥煤和长焰煤(表6-18)。
表6-18准噶尔盆地煤岩煤质测量结果
3.含气特征
根据现有资料，目前主要采用含气梯度法预测盆地南缘深部煤层含气性，采用压力-吸附曲线法和地质条件综合分析法预测盆地其他地区(表6-19)。
表6-19准噶尔盆地深部煤层含气预测结果
(2)成藏条件
(1)煤热演化程度低，煤层气主要为褐煤阶段的原生生物甲烷气和长焰煤-气肥煤阶段的热成因甲烷气。
根据成煤演化过程，在低煤阶分布的准噶尔盆地，煤层气应包括三种成因甲烷气:褐煤阶段的原生生物甲烷气、长焰煤-气-肥煤阶段的热成因甲烷气和煤层埋藏阶段的次生生物甲烷气。根据该区煤储层地质条件分析，有可能前两种甲烷气占优势，形成原生煤层气藏。而当构造和水文地质破坏不大时，部分或全部次生生物甲烷气富集在煤层间的砂岩夹层中，形成次生煤层气藏。当构造和水文地质遭到严重破坏时，它们中的一部分或全部会发生横向和纵向运移，在煤层上方和下方形成(次生)天然气藏；或者全部逃跑，无法聚集成一个隐蔽的地方。
(2)低煤阶煤储层具有高孔隙体积、高孔隙比表面积和高游离气储存潜力。
准噶尔盆地低阶煤储层具有以下主要特征:一是高孔隙体积、高孔隙比表面积和高游离气储集潜力，但原位吸附气体的能力相对较低；其次，深部煤储层含气量明显高于浅部煤储层，浅部煤储层煤层气赋存状态几乎为吸附气，深部煤储层吸附气、游离气和溶解气达到动态平衡，游离气的重要性随埋深增加；第三，构造点高的煤储层含气饱和度高，天然气聚集量大，游离气和吸附气同时富集。构造圈闭对深层煤层气藏的形成具有重要影响。
(3)盆地东部煤层气水文地质条件较好，南部相对较差。
资料(中国煤田地质总局，1996)显示，乌鲁木齐南部河东矿区和河西矿区水文地质类型为裂隙-孔隙水，水文地质条件为简单-中等，煤系地层均为弱含水，与第四系含水量和地表水流动力联系不大，相互补给较弱。地下水运移过程中，地下水在不同高程排泄，强运移带发育，浅部煤层处于地下水强运移带；煤田深部滞水面积大。地下水沿地层走向运移，运移长度可达30 ~ 50公里。因此，它是一个多阶段排水动力学模型，深部煤田有利于煤层气的富集。
王红林等(2000)主要从可采性评价的角度建立了油藏水文地质条件的分类评价。按此标准，水文条件有利(中等)的水库主要在准噶尔盆地东部，水文条件不利(差)-有利(中等)的水库在准噶尔盆地南部。结合以上水化学特征可以看出，南缘受地下水侵蚀破坏最为严重，将对煤层气的开发产生较大影响。
该区侏罗系煤储层沉积于复合叠加的前陆盆地，地下水以盆地为单元形成独立的水文系统，属于裂隙型煤田水文地质类型。地下水的丰度极不均匀，地下水的循环主要由大气降水和山前地表水渗漏补给，以蒸发为主要排泄形式。总的来说，该地区降水稀少，但蒸发量很大，水压封闭气藏的可能性很小。