王龍龍

摘要：本文主要論述了煤層氣藏的形成與封存條件，保存條件主要指蓋層的封蓋能力和構造運動等因素，在地質歷史中地質作用主要是通過改變地層的溫壓條件而改變吸附與解吸和吸附與溶解之間的平衡，挖制地層中的煤層氣的賦存形式，從而影響氣藏的保存；氣藏具有運移能力強，運移方式和形態(tài)多樣。

關鍵詞：煤層氣藏，封蓋要求，保存條件

1.引言

煤層氣屬非常規(guī)油氣資源，深化對其成生機理及成藏機理的研究，加速其勘探和開發(fā)，對改變能源結構失調，提高能源利用效率具有較大的現(xiàn)實意義。

世界主要產煤國煤炭和煤層氣資源量表

2.含煤巖系與煤層氣藏的關系

煤層氣泛指賦存于可燃有機巖中的氣體，所以它的形成與賦存跟煤系地層及煤層的發(fā)育程度呈現(xiàn)出一定的正相關。一般情況下煤系地層越發(fā)育，有機質豐度越高，則煤層氣資源越豐富。在我國這種相關關系也是很明顯的，地史上石炭紀、二疊紀、三迭—侏羅紀在中國是主要的聚煤期，這與我國煤層氣主要賦存產出于這些地層層位是一致的，在我國主要產煤區(qū)也是重要的煤層氣開發(fā)利用區(qū)，這也更充分的證實煤層氣賦存產自于富含有機質的可燃的有機巖。

3.煤層氣的成分及其賦存狀態(tài)

（1）煤層氣的主要成分為甲烷，此外還含少量其他氣體。甲烷含量可達90%以上，是主要可利用成分。

（2）賦存狀態(tài)：煤層氣是一種在煤層成巖、變質過程中自生自儲的非常規(guī)氣藏，它主要以游離狀態(tài)、吸附狀態(tài)和溶解狀態(tài)賦存在煤層及煤層地下水內。

游離狀態(tài)的煤層氣，以自由氣體分子存在于煤層裂隙中，并可自由運動；吸附狀態(tài)的煤層氣，受分子引力的作用吸附于煤層微粒的內表面；溶解狀態(tài)的煤層氣，主要賦存在煤層所含裂隙孔隙水中。這三種狀態(tài)下的煤層氣，在一定的壓力和溫度下處于平衡狀態(tài)，當壓力和溫度變化時，彼此可以相互轉化。

4.煤層氣的形成及封存條件

煤層氣的形成包含生儲、保存兩個主要條件。前者是煤層氣形成的物質基礎，后者是煤層氣能否被保存成藏的地質要素。煤層氣生儲主要受煤層厚度和煤巖變質程度影響，而氣藏的保存則蓋層性質、厚度和地質構造起主要作用。

（1）煤層的厚度

通過前面的論述，已知煤層氣與煤層屬共生關系，與煤層的發(fā)育程度關系極為密切，因此煤層氣的形成首先要有有機質的富集，其次是有機質的堆積要具備一定規(guī)模。一般來說只要有煤層就會有煤層氣存在，但要達到成為氣藏的規(guī)模，可以說煤層厚度及賦存規(guī)模是不可或缺的必備條件，煤層越厚對煤層氣藏的形成越有利。從2008年起，中石化華東石油局開始探索新能源領域，進入河東煤田南部區(qū)塊（延川南區(qū)塊）開展以煤層氣為主的非常規(guī)油氣勘探開發(fā)。河東煤田南部區(qū)塊（延川南區(qū)塊）煤層總厚度達16m，含氣量11-23.4m/t，含氣飽和度76.5-90.8%，具有高壓、高滲、高含氣量、高飽和度等特征，是煤層氣開發(fā)的理想?yún)^(qū)域。

（2） 煤變質程度

煤層氣的生成與煤化作用的演化過程關系密切，也就是說煤層的生氣量和儲氣能力是受煤的變質程度控制的。其表現(xiàn)主要在以下三個方面：

1、煤變質程度較低時，有機質（R0）<0.5%，尚處于生物化學生氣階段，處于此階段的煤層透氣性能良好，致使煤層氣容易逸散含氣量不高。例如，低變質的褐煤，就很難形成有價值的煤層氣藏。

2、有機質成熟度（R0）為0.8～2.5%是煤系有機質主生氣期，期間煤化作用將發(fā)生第二～第四次躍變，煤中進行的化學反應從以形成烴為主轉而為以裂化反應為主，已經形成的瀝青質轉而裂化為小分子氣態(tài)烴，生成大量非芳香組分的揮發(fā)分，后期則表現(xiàn)為以甲烷形式釋放大量氫為特征。這個時期對應的煤化程度為煙煤-無煙煤-超無煙煤。

3、煤變質程度過成熟，有機質（R0）>6.5%，煤層已失去儲氣能力，不能形成煤層氣藏。對于超高變質的超無煙煤，孔隙度很低，儲氣能力十分有限，不能形成煤層氣藏。

煤層中形成煤層氣首先決定于煤化作用程度和煤的顯微組分。一般煤化程度增高，產生的煤氣愈多。據(jù)原蘇聯(lián)學者研究，形成1t褐煤可產生68m3煤層氣；形成1t肥煤可產生230m3煤層氣；當煤化程度達到無煙煤時，煤層氣產出量超過400m3?？梢娒簩託獾漠a出與煤層的煤化程度關系是相當密切的。詳見下表：

（3）煤層埋藏深度

對煤層的煤化作用及地球物化特征起決定作用的主要因素是壓力和溫度，一方面溫度增高，可以改變煤化進程，從而影響煤層氣的生成速率，另一方面壓力變化，可促使煤的物理結構發(fā)生變化，從而改變煤層氣的賦存空間。

煤層的埋藏深度是壓力、地溫的主要來源，隨著埋藏深度的增加，壓力、地溫將不斷增大，受其長期作用，煤層的煤化作用隨之加強，煤層結構也在不斷發(fā)生變化，煤層產生的大量氣體充實游離于煤層中次生和原生的孔隙和裂隙中，并在地壓作用下吸附在煤層基粒的表面。一般情況下壓力、地溫增高，煤層的生儲條件會趨好，具體表現(xiàn)為煤層生儲氣量隨著埋藏深度的增加而有規(guī)律的增長。反之，受地質構造運動影響，當煤層埋深減小，承壓也將發(fā)生變化，從而影響煤層氣藏的保存。

下面是湖南省紅衛(wèi)煤礦四層煤（無煙煤）在不同深度瓦斯含量的一組檢測值：

可見煤層的埋藏深度對煤層中煤層氣的生儲量影響是比較大的。

（4）儲集層及封蓋條件

煤層氣是自生自儲的非常規(guī)天然氣，煤層氣主要以吸附的方式儲集于基質空隙的煤粒內表面上，因此，煤層中煤層氣的豐度取決于煤層的孔隙率及孔隙的性質和孔隙的發(fā)育特征。煤層在成巖、煤化過程中和受地質應力作用下本身具有由基質空隙和節(jié)理空隙組成的雙孔隙系統(tǒng)，正是這樣為煤層氣的吸附儲藏提供了條件。

對于煤層氣藏，氣體主要以吸附態(tài)存在于煤層內，氣藏壓力沒有明顯的取向性，因而它對蓋層的要求不如天然氣藏那樣嚴格。但良好的封蓋條件本來就是煤層得以保存的基本條件，因此合適的地層組合和圈閉構造對煤層氣藏的形成仍然是一個重要條件，一個完整的圈閉構造下保存下來的煤層將使吸附在煤層中的烴類氣體以吸附狀態(tài)較長時間地保存在煤層中，減少其彌散流失。大量事實證明，煤層頂、底板巖石的透氣性和厚度對煤層氣的保存和逸散起著重要的作用。如我國遼寧撫順煤礦，煤系形成于新生代，其上部含煤組含有數(shù)十米至100m以上的厚煤層，煤層頂板為厚50～190m的褐色、暗褐色致密油頁巖，其上為300～600m的鈣質頁巖，上覆巖層透氣性較差，盡管煤的煤化程度不高，由于封閉條件好，煤層氣只能沿煤層翹起端向上自煤層揭露帶逸散，據(jù)測開采1t煤煤層氣的排出量達21.4m2。與上述情況相反，在我國北京京西煤田，盡管煤化程度已達到無煙煤，但由于煤層頂部多為透氣性好的砂巖，且煤系遭受剝蝕，經長期逸散，使得煤層氣含量變小，礦井瓦斯涌出量低，煤層氣僅殘存于向斜核部的煤層內。endprint

（5）地質構造條件

地質構造因素對煤層氣的生儲也起著重要的作用。含煤盆地所處的大地構造位置及其構造演化往往決定了煤層的發(fā)育賦存特征，因此，也就對煤層氣的形成和保存起著非常重要的主導作用。

一方面構造運動在很大程度上是影響地溫地壓變化的主導因素，在地殼抬升并遭受剝蝕時，往往目標層的溫度壓力會逐漸降低，這時候煤層內氣體的動態(tài)平衡將被打破，煤層基粒對氣體的吸附能力降低會使飽和氣體向未飽和的氣體過度，或使飽和氣體達到過飽和而出現(xiàn)游離；相反，在地殼下降接受沉積時，目標層在壓力溫度的升高的影響下，煤層內氣體的動態(tài)平衡同樣會被打破，這時主要的表現(xiàn)形式是煤層基粒對氣體的吸附能力會逐漸加強，使游離氣向吸附氣轉化，一般來說這種情況下對煤層氣豐度的提升是有利于的。

另一方面構造運動又在不斷的對地殼的結構形態(tài)進行著改造，一般來說陸殼內部盆地的穩(wěn)定性大，由于穩(wěn)定地塊的保護，使得煤系的形成和形變往往未受到造山運動的破壞，在這種背景下對于煤層及煤層氣的生成和保存是有利的。在未遭受構造運動破壞的地區(qū)及未遭受剝蝕的背斜軸部、上隆的地壘塊段或被反向斷層切割的斷層下盤，由于煤層氣被構造圈閉，有利于煤層氣聚集，因而煤層中瓦斯含量會增高。而強烈的造山運動，往往伴隨著地層的褶皺隆起，或使含氣構造上覆蓋層被改造破壞，或致煤層圍巖產生大量構造裂隙，導致煤層氣的賦存空間遭受破壞，使得煤層氣逸散。

結束語

煤層氣的形成和封存條件是多種地質因素共同作用的結果，在討論其生成與賦存條件時，必須綜合考慮各種地質因素的影響，以及在整個地質發(fā)展過程中不同的因素在不同地史階段所起作用的大小，只有在充分分析研究這些地質要素的基礎上，我們才能對煤層中煤層氣的富集程度作出較準確的評價，繼而為合理開發(fā)利用這部分資源提供切實可行的方案。

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