賈秉義，晉香蘭，吳敏杰

(1.中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司，西安 710077； 2.西安科技大學(xué)安全科學(xué)與工程學(xué)院，西安 710054)

煤層氣作為一種清潔能源在我國能源結(jié)構(gòu)和國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展中扮演者重要地位[1-3]。目前關(guān)于煤層氣地質(zhì)條件評價、開發(fā)工藝的研究開展較多，取得了顯著成效，對于我國煤層氣產(chǎn)業(yè)的發(fā)展起到了巨大的推動作用[4-7]。

河西走廊在地理位置上是指介于祁連山脈和北山山脈(包括龍首山、合黎山等)之間的狹長低地，東西長約1 200km。地域上包括甘肅省的蘭州、武威、張掖、酒泉和敦煌；青海省的西寧、大通等地。河西走廊作為絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶的重要節(jié)點，在“一帶一路”倡議實施的大背景下，河西走廊地區(qū)從內(nèi)陸腹地、邊緣地帶一躍成為基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和能源基地建設(shè)的重點地區(qū)，成為向中亞、西亞和東南亞地區(qū)對外開放的重要節(jié)點和前沿地帶。河西走廊含煤地層廣泛發(fā)育，煤層氣資源豐富，煤層氣開發(fā)不僅可以優(yōu)化區(qū)域能源結(jié)構(gòu)、減少環(huán)境污染，還有助于實現(xiàn)區(qū)域高質(zhì)量發(fā)展[8-11]。

目前關(guān)于河西走廊地區(qū)煤層氣勘探開發(fā)相關(guān)的研究較少。楊敏芳[12]等針對潮水盆地煤層氣儲層特征及勘探潛力進(jìn)行了研究，認(rèn)為潮水盆地紅柳園坳陷生物氣特征明顯且頂板蓋層封蓋性好，可作為潮水盆地煤層氣下一步的勘探靶區(qū)；孫斌[13]等研究了潮水盆地紅沙崗地區(qū)低煤階煤層氣勘探前景，認(rèn)為紅沙崗地區(qū)是潮水盆地主要含煤坳陷, 構(gòu)造控制煤層的分布，盆緣斷裂附近有利于成煤和護(hù)煤，且在煤層氣勘探開發(fā)過程中應(yīng)注意尋找補充氣源。衛(wèi)平生[14]等針對民和盆地煤層氣特征及形成地質(zhì)條件進(jìn)行了研究，認(rèn)為地質(zhì)構(gòu)造對煤層氣的聚集逸散具有控制作用。

1 煤層氣地質(zhì)特征

1.1 構(gòu)造特征

河西走廊一帶地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，天山-興蒙造山帶北山段和秦嶺造山帶西秦嶺段橫亙于甘肅省北部、南部，祁連造山帶以北西走向與以上兩個近東西走向造山帶斜接，其間夾持著敦煌、阿拉善、中祁連、鄂爾多斯西南部(隴東)等地塊和隆起帶。這些造山帶、地塊和隆起帶鑲嵌、拼貼在一起，構(gòu)成了錯綜復(fù)雜而又宏偉壯觀的地質(zhì)構(gòu)造格局(圖1)。研究區(qū)巖漿活動比較強烈，巖漿侵入與噴發(fā)作用多期次交替發(fā)生，分布廣泛，但除尕海礦區(qū)以外，其他地方尚未發(fā)現(xiàn)巖漿巖對煤層的侵入破壞或烘烤。

圖1 河西走廊一帶構(gòu)造分區(qū)Figure 1 Structural zones of Hexi Corridor district

1.2 含煤地層特征

河西走廊地區(qū)主要含煤地層為侏羅系、二疊系(表1)；其次是石炭系、三疊系；泥盆系和志留系含煤性較差。侏羅系中統(tǒng)是主要含煤地層，為陸相碎屑巖沉積環(huán)境。一般分為上、下兩個地層組：上組為新河組(相當(dāng)于靖遠(yuǎn)地區(qū)的王家山組、隴東地區(qū)的直羅組)，地層厚度53～510m，局部含不穩(wěn)定薄煤層。下組在河西走廊東段、民和盆地稱為窯街組，北祁連區(qū)稱之為中間溝組，靖遠(yuǎn)一帶為龍鳳山組，潮水盆地一帶為青土井組，北山一帶為沙婆娑泉群；其地層巖性為碎屑巖、泥巖、油頁巖及煤層組成，不同地區(qū)巖性、巖相有所差異；地層厚度93～235m，一般含兩個煤組，為中厚煤層，其中窯街礦區(qū)最厚達(dá)98m。主要分布在隴東、窯街、靖遠(yuǎn)、潮水、北山等煤田。二疊系下統(tǒng)山西組，為陸相碎屑巖沉積環(huán)境。主要由黑色炭質(zhì)頁巖、粉砂質(zhì)頁巖、砂質(zhì)泥巖及淺灰色粉砂巖、灰白色含礫砂巖互層組成，厚度50～65m，底部一般含煤2層。主要分布在山丹東水泉—花草灘礦區(qū)、平?jīng)鰨{門礦區(qū)等地。二疊系下統(tǒng)太原組，屬海陸交互相沉積環(huán)境，其地層巖性為灰、灰黑色、灰白色砂巖、石英砂巖、黏土質(zhì)頁巖、灰?guī)r、炭質(zhì)頁巖、煤層。地層厚度一般為數(shù)十米至二三百米，含煤數(shù)層，最多可達(dá)二十多層。主要有山丹平坡、東水泉-花草灘、景泰大泉水、苦水溝、冰草灣等礦區(qū)。

表1 河西走廊地區(qū)主要含煤地層情況

2 煤層氣儲層特征

2.1 氣體生成特征

已有研究表明，低煤階煤層氣有生物成因和熱成因氣兩種，且以生物成因氣為主；有早期生物氣、晚期生物成因氣、低煤階煤層熱解生氣及外來常規(guī)天然氣補充等四種氣源。因此，良好的氣源條件是低煤階煤層氣富集成藏的資源保證。

根據(jù)煤的熱模擬試驗，褐煤的平均產(chǎn)氣率38～68m3/t，長焰煤的平均產(chǎn)氣率41～93 m3/t，氣煤的平均產(chǎn)氣率48～122m3/t。總體上，河西走廊地區(qū)煤的有機質(zhì)生烴強度以中等生烴為主(表2)。盡管達(dá)不到強生烴程度，但熱模擬試驗所產(chǎn)生的產(chǎn)氣率比煤層吸附的氣體要多得多。煤的等溫吸附試驗表明，理想狀態(tài)下無煙煤的最大吸附量40m3/t左右。從這個角度分析，低煤階煤的生氣量是能夠滿足煤層氣富集成藏的基本條件的。

表2 典型含煤區(qū)煤層生烴特征

2.2 煤儲層孔隙特征

由于低煤階煤的大孔或較大的裂隙是游離氣潛在的賦存空間，同時對低煤級煤的高滲區(qū)預(yù)測也有重要的影響。因此，認(rèn)識低煤階煤儲層孔隙分布研究尤顯重要。為了研究氣體在煤中儲存和流動的規(guī)律，前蘇聯(lián)學(xué)者霍多特[15]將煤中孔隙分成大孔、中孔、小孔(過渡孔)和微孔四類。微孔和小孔構(gòu)成煤的吸附容積，中孔和大孔構(gòu)成煤的滲透系統(tǒng)。在滲透系統(tǒng)中，幾乎全部氣體都處于游離狀態(tài)，吸附力起著次要的作用，滲透系統(tǒng)是連接吸附容積與自由表面的運輸通道。孔徑<0.01μm的微孔是煤層氣吸附的主要空間，對于煤儲層的儲集能力至關(guān)重要；0.01～0.1μm的小孔或過渡孔是煤層氣擴散的主要通道，0.1～1μm的中孔是氣體緩慢層流滲透的通道。>1μm的大孔或裂隙則是煤層氣運移的通道，也可成為煤中游離氣主要儲集空間。

本次工作采集煤樣，通過壓汞、低溫液氮、掃描電鏡等試驗測試手段，了解煤儲層的孔隙分布特征。根據(jù)壓汞測試結(jié)果，河西走廊地區(qū)所采集的煤樣的煤儲層孔隙分布相對比較復(fù)雜，具有雙峰式、微孔占主導(dǎo)型兩種特點。

孔徑分布特征-微孔占主導(dǎo)型(圖2)：微孔占絕對優(yōu)勢，含量在40%～50%；小孔次之，含量20%～30%；微孔多，煤儲層吸附能力強。所測試樣品：玉門馬鬃山、山丹、靖遠(yuǎn)紅會一礦。

圖2 河西走廊地區(qū)礦煤樣進(jìn)退汞曲線及孔隙頻率(上圖-馬鬃山；下圖-靖遠(yuǎn)紅會)Figure 2 Coal sample mercury injection, withdrawal curves and pore frequency in Hexi Corridor district(upper: Mazongshan; lower: Honghui, Jingyuan)

孔徑分布特征—雙峰型(圖3)：煤中微孔、大孔占主導(dǎo)，微孔(38.36%)、大孔(40.72%)，對煤層氣的聚集和滲流比較有利。代表性煤樣：PH3煤樣、SD1煤樣；這種類型的孔隙分布在很多地區(qū)的低煤階煤的孔隙分布中比較常見。

圖3 平山湖地區(qū)煤樣進(jìn)退汞曲線及孔隙頻率(PH3樣)Figure 3 Coal sample mercury injection and withdrawal curves and pore frequency in Pingshanhu area (sample PH3)

另一方面，通過對進(jìn)汞和退汞曲線的分析，所采集煤樣的退汞效率>50%的為山丹、馬鬃山地區(qū)，平山湖、紅會地區(qū)煤樣的退汞效率基本在30%～50%，從開發(fā)角度，山丹、馬鬃山地區(qū)煤層氣的開發(fā)效果相對較好。

為了更深入了解河西走廊地區(qū)煤樣的孔隙特征，對上述所采集的樣品進(jìn)行了低溫液氮試驗，測試結(jié)果結(jié)果顯示其孔隙類型分布特征主要有三類：第一類單峰峰值出現(xiàn)在1.5nm附近，吸脫附曲線幾乎重合，說明孔隙和吼道直徑差距不大，主要孔隙類型為一端封閉的不透氣孔(圖4、圖5)。主要代表性樣品為紅會、窯街。

圖4 代表性煤樣的低溫液氮實驗結(jié)果(YJ2煤樣)Figure 4 Cryogenic liquid nitrogen experiment results of representative coal sample (sample YJ2)

圖5 代表性煤樣的低溫液氮實驗結(jié)果(HH1煤樣)Figure 5 Cryogenic liquid nitrogen experiment results of representative coal sample (sample HH1)

第二類微雙峰主峰位置在0.8nm附近，次峰在1.5nm附近(圖6)，吸脫附曲線有一些距離，孔隙類型屬一端封閉的不透氣孔，孔隙結(jié)構(gòu)略復(fù)雜，主要代表性樣品為紅會、平山湖地區(qū)的樣品。

圖6 代表性煤樣的低溫液氮實驗結(jié)果(HH3煤樣)Figure 6 Cryogenic liquid nitrogen experiment results of representative coal sample (sample HH3)

第三類孔隙類型為雙峰主峰在0.7附近，第二峰在1.7附近，該類脫附曲線在相對壓力0.5后出現(xiàn)了明顯的下降，說明孔隙類型以墨水瓶型為主，主要的代表性樣品為玉門、山丹地區(qū)的樣品(圖7)。

圖7 代表性煤樣的低溫液氮實驗結(jié)果分析(MZ2煤樣)Figure 7 Cryogenic liquid nitrogen experiment results of representative coal sample (sample MZ2)

掃描電鏡鏡下結(jié)果顯示，不同地區(qū)煤樣的孔隙、裂隙發(fā)育發(fā)別較大(圖8)。PH1-1，變質(zhì)程度低(0.48%)，顯微組分以鏡質(zhì)組為主，多見組織孔(見壓實變形現(xiàn)象)，PH2為暗煤，整體孔隙發(fā)育較差，組織孔較少；MZ1(R=0.48%)多見組織孔，與煤巖類型(微鏡煤)一致。SD(Ro=0.91%)，變質(zhì)程度較高，組織孔被擠壓變形，多為變形的組織孔，碳酸鹽礦物含量較多，也見溶蝕孔隙。

圖8 煤中孔隙鏡下鑒定結(jié)果Figure 8 Pores in coal under microscopy

2.3 煤儲層吸附性特征

煤儲層吸附性是揭示煤層氣成藏富集規(guī)律及有利區(qū)優(yōu)選的基礎(chǔ)。通常，煤層氣以游離態(tài)、吸附態(tài)和溶解態(tài)儲集在煤層中。吸附氣主要吸附在煤儲層的小孔和微孔的內(nèi)表面上，游離氣則主要賦存在煤儲層的中孔和大孔中。低煤階煤中大孔和中孔孔容較高為儲集游離氣提供了必要的空間，也由此可以大致推斷，低煤階煤層的吸附性能相對于中、高煤階煤而言，吸附能力較弱。

河西走廊地區(qū)煤層氣勘探程度較低，以往的煤田勘探中，對煤儲層的吸附特征研究進(jìn)行不多。本次工作，根據(jù)以往煤層氣資源評價的測試結(jié)果、本次工作所采集的樣品，對不同地區(qū)煤儲層的吸附特征進(jìn)行了分析。

河西走廊地區(qū)東部的紅會、大水頭等地煤的吸附能力較強(圖9)，Langmuir體積13.41～19.90m3/t，窯街的Langmuir體積為18.40～22.34 m3/t，平山湖地區(qū)的煤樣煤的吸附能力較弱，為6.72～11.00 m3/t；馬鬃山地區(qū)煤的吸附能力為11.33 m3/t。總體上，在河西走廊地區(qū)，侏羅紀(jì)煤的吸附能力自東向西基本呈降低的趨勢。

圖9 河西走廊地區(qū)煤的等溫吸附曲線Figure 9 Coal isothermal adsorption curves in HexiCorridor district

2.4 煤儲層含氣性特征

1)含氣量分布。通過對國內(nèi)主要煤層氣盆地213組不同煤階的煤層含氣量測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計表明，隨著變質(zhì)程度的增高，由低煤階向高煤階，其煤層含氣量呈明顯的增大趨勢(圖10)，低煤階煤層含氣量上限值基本在6m3/t以下；中煤階煤層的含氣量上限值區(qū)間6 ～17m3/t；高煤階煤層含氣量上限值在17m3/t以上。

圖10 煤中含氣量與鏡質(zhì)體反射率的關(guān)系Figure 10 Relationship between coal methane content andvitrinite reflectance

不同煤階區(qū)間內(nèi)煤層含氣量分布有一定的變化規(guī)律。R0為0.5%～0.65%時，煤層含氣量0.1～6.0m3/t，且含氣性數(shù)據(jù)點較為離散；統(tǒng)計的低煤階含氣量數(shù)據(jù)以鄂爾多斯盆地、準(zhǔn)噶爾盆地為主?？傮w上，低煤階煤層含氣性較差，這與煤的變質(zhì)程度較低有著直接的關(guān)系，變質(zhì)程度低，煤的生氣能力較低，在同等地質(zhì)條件下，低煤階煤的含氣量不如中、高煤階煤的含氣量。

對于河西走廊地區(qū)低煤階煤層含氣性而言，其煤層氣勘探程度較低，目前僅有生產(chǎn)礦井的瓦斯涌出量數(shù)據(jù)，為了能夠大致估算河西走廊地區(qū)的煤層氣資源量，而含氣量數(shù)據(jù)是資源量計算的基礎(chǔ)。本次工作就借鑒上述對國內(nèi)不同煤階煤層氣含量與變質(zhì)程度的統(tǒng)計規(guī)律，大致對低煤階煤層氣的含氣性特征進(jìn)行大致估算。具體到河西走廊地區(qū)的低煤階段煤層氣含量，采用煤層含氣性與演化程度的正相關(guān)性。即隨著煤層演化程度的增高，含氣量逐漸增高。煤在演化變質(zhì)作用過程中，隨著演化變質(zhì)程度的增高，累計生成甲烷及內(nèi)孔隙表面積逐漸增高，所生成的甲烷易被吸附在內(nèi)孔隙表面中，因此在一般情況下，隨著煤層演化變質(zhì)程度的增高，煤層含氣量增加。

由于河西走廊地區(qū)煤層含氣量資料較少的，本次工作中對含氣量的取值考慮了以下兩個方面：①利用煤的變質(zhì)程度與含氣量關(guān)系確定低煤階煤層氣含量的界限值；②利用煤層等溫吸附試驗數(shù)據(jù)，結(jié)合煤層氣富集成藏因素分析，估算不同區(qū)塊的含氣飽和度值，進(jìn)而估算含氣量值。

河西走廊地區(qū)侏羅系中統(tǒng)各地區(qū)煤層含氣量實測數(shù)據(jù)較少，部分礦井瓦斯涌出量為0～19.96 m3/t，折算含氣量0.124～4.37m3/t(表3)。多數(shù)為低瓦斯礦井。只有靖遠(yuǎn)的寶積山-紅會和王家山三個礦區(qū)屬高瓦斯礦井，采掘過程中發(fā)生過瓦斯涌出，據(jù)寶積山礦區(qū)大水頭礦20個鉆孔實測59個含氣量樣品，采樣深度在500～600m，含氣量平均在3.81m3/t，最高達(dá)9.37m3/t，氣體成份平均甲烷濃度在65.3%，二氧化碳在4.65%，氮氣在26.89%。

表3 河西走廊含煤區(qū)部分礦井瓦斯資料統(tǒng)計

2)含氣飽和度。含氣飽和度是在煤儲層壓力下，煤層的實際含氣量與理論吸附量之比，常用百分比表示。含氣飽和度的大小決定著煤層氣開發(fā)井生產(chǎn)初期排采的難易程度，含氣飽和度越高，氣井排采產(chǎn)氣越簡單，氣井自排采到產(chǎn)氣需經(jīng)過的時間越短。

為了綜合分析低煤階煤層含氣性的特點，以國內(nèi)重點地區(qū)煤層氣勘探測試數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，匯總了主要地區(qū)不同時代含氣量、含氣飽和度、煤變質(zhì)等特征。從表中可以看出，低煤級煤層氣主要分布在我國東北、西北、西南一帶，主要時代為中新生代的侏羅系、白堊系、古近系。中新生代低煤階煤層含氣性不同地區(qū)差別較大，含氣量分布區(qū)間0.01～7.00 m3/t，多集中在2 ～3m3/t；含氣飽和度很不均勻，從欠飽和到過飽和均有分布，大部分地區(qū)的含氣飽和度維持在40%～50%。從地區(qū)上看，東北的鶴崗、鐵法、沈北等地低煤級煤層含氣量相對較高，其次是東北部白堊紀(jì)的霍林河、海拉爾地區(qū)；而新疆的準(zhǔn)噶爾盆地東部含氣性較差，南部地區(qū)煤層含氣性和含氣飽和度相對較好。

河西走廊地區(qū)煤層含氣量及含氣飽和度數(shù)據(jù)缺乏，根據(jù)國內(nèi)主要低煤階煤層氣數(shù)據(jù)的分析，可以大致推斷出該地區(qū)的煤層含氣性及相對飽和狀態(tài)，大致以不飽和狀態(tài)為主。根據(jù)新近一輪全國油氣資源評價，河西走廊地區(qū)靖遠(yuǎn)一帶的含氣飽和度55%～75%，窯街一帶的含氣飽和度45%～53%，山丹一帶的含氣飽和度較低為38%～48%。

3 控氣地質(zhì)因素

控制煤層氣富集成藏的地質(zhì)因素很多，包括煤層條件、構(gòu)造、構(gòu)造熱事件和水文地質(zhì)條件等。前人研究工作表明，水文地質(zhì)條件影響著低煤階煤層氣的保存，并能促進(jìn)低煤階煤層氣的生成。低煤階煤層氣的富集成藏主要受控于保存條件。

國外低煤階煤層氣開發(fā)較為成功的粉河盆地，因其有利的沉積環(huán)境、構(gòu)造運動簡單、有利于生物氣生成的水文地質(zhì)環(huán)境，從而使得煤層氣得以成功開發(fā)。而對于中國西北河西走廊地區(qū)，煤層氣富集成藏的主控因素也有其主要的特點，主要如下：

1)沉積環(huán)境對煤層氣富集的控制作用。河西走廊侏羅紀(jì)煤盆地的沉積環(huán)境以陸相沉積環(huán)境為主，發(fā)育河流、河流三角洲、泥潭沼澤相沉積環(huán)境等。

早侏羅世至中侏羅世早期，植物群的發(fā)育為聚煤提供了豐厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。中侏羅世開始，湖泊不斷擴大，受構(gòu)造運動影響，湖盆持續(xù)下降，水體擴大、加深，為主要的水進(jìn)時期，湖泊沉積廣泛發(fā)育。中侏羅世沉積早期，盆地水體加大，形成濱、淺湖沉積。不同地區(qū)沉積變化較高?？傮w上，早期各盆地中央湖水不深，湖盆邊緣發(fā)育辮狀河、扇三角洲、辮狀河三角洲、曲流河三角洲體系，此時氣候溫暖潮濕，植被繁茂，形成較厚而穩(wěn)定的煤層，是本區(qū)最主要的成煤期。中侏羅世晚期沉積期，沉降速度與沉積物補償速度接近，隨著湖盆水體進(jìn)一步擴大，在一些較低洼的地區(qū)出現(xiàn)了半深湖-深湖亞相沉積環(huán)境。中晚期隨著湖盆水體的進(jìn)步擴大。湖泊沉積達(dá)到鼎盛。在一些深大斷陷深處，出現(xiàn)了較深湖相沉積。中侏羅世沉積范圍整體擴大，為廣盆時期，整個侏羅紀(jì)沉積區(qū)，呈現(xiàn)不同程度的相沉積。中侏羅世中晚期以后，轉(zhuǎn)變?yōu)榘敫珊蛋氤睗駳夂?，聚煤作用基本停止?/p>

2)構(gòu)造特點對煤層氣藏形成的影響。河西走廊地區(qū)煤層氣地質(zhì)特征分析表明，石炭-二疊系含煤地層形成后，遭受印支構(gòu)造運動的影響，含煤地層及上覆地層普遍發(fā)生褶皺抬升。燕山期受祁連褶皺系向北逆沖推覆，侏羅紀(jì)時期河西走廊地區(qū)形成前陸盆地、北祁連則形成平行褶皺山系的拉張斷陷山間盆地，沉積了侏羅系含煤巖系。早白堊世末的燕山運動使本區(qū)褶皺隆起，遭受長期剝蝕，形成現(xiàn)今殘留的小盆地群?？傮w上，河西走廊地區(qū)的小盆地群，遭受構(gòu)造影響較大，煤層氣的保存程度較差，這為后期煤層氣有利區(qū)優(yōu)選與開發(fā)帶來了一定的難度；但不排除個別的小盆地具有良好的保存條件。

3)水文地質(zhì)條件。水文地質(zhì)條件對淺層低煤階煤層氣藏的形成也十分重要。實驗室測試數(shù)據(jù)表明，徑流活躍的地下水條件不利于煤層氣的保存。但另一方面，當(dāng)?shù)叵滤^于靜滯而不流動，地下水的鹽度會過高不利于甲烷菌的生存，因此影響甲烷菌的生氣。諸多研究表明，低煤階煤層氣富集成藏易出現(xiàn)在地下水緩慢交替帶與滯流帶的過渡部位。

而對于河西走廊地區(qū)，煤層氣勘探開發(fā)程度薄弱，水文地質(zhì)資料較少。主要的含水層為第四系、侏羅系和石炭-二疊系三個含水層。

4)第四系沖積砂礫巖潛水層。該含水層由砂、砂礫石組成，主要是第四系松散堆積物，不同地區(qū)厚度差別較大，為孔隙潛水含水層。地下水位、富水性以及滲透性均因地區(qū)而存在差異，根據(jù)礦井涌水資料，在沖積、洪積扇區(qū)以及靠近河谷區(qū)的生產(chǎn)礦井涌水量大，而遠(yuǎn)離這些地區(qū)的礦井涌水量相對較小。礦井涌水量受大氣降水的影響，涌水量普遍存在季節(jié)性變化。由此說明，現(xiàn)代河流及大氣降水對煤系含水層有一定補給作用。

侏羅系砂巖承壓含水層，含水層的補給受上覆巖層含水性的影響。煤系出露或與第四系直接接觸的地區(qū)，侏羅系砂巖直接接受大氣降水、地表水或第四系含水層的補給。侏羅系砂巖水文地質(zhì)條件直接受控于構(gòu)造條件或第四系含水層影響，在地表水豐富或第四系含水層富水區(qū)，煤系含水層富水性好。

有限的資料分析表明，煤層氣勘探開發(fā)的主要目標(biāo)煤層侏羅系含煤地層為砂巖承壓含水層，含水層的補給受上覆巖層含水層的影響。在諸多小盆地周邊有煤系出露或第四系直接接觸的地區(qū)，侏羅系砂巖直接接受大氣降水、地表水或第四系含水層的補給。侏羅系砂巖水文地質(zhì)條件直接受控于構(gòu)造條件或第四系含水層的影響。經(jīng)過露頭或大氣降水下滲至煤層中，對低煤階煤層氣中次生生物氣的生成是比較有利的條件。

通過沉積環(huán)境、構(gòu)造特征及水文地質(zhì)條件等對煤層氣富集成藏的分析，對于河西走廊地區(qū)低煤階煤層氣富集成藏而言，在小型殘余盆地中的相對低部位，湖相沉積與有利的水文地質(zhì)條件的有機結(jié)合是煤層氣富集成藏的優(yōu)越條件之一。

4 結(jié)論

1)河西走廊地區(qū)主要含煤地層為下、中侏羅統(tǒng)、石炭系、二疊系，其中低煤階主要賦存于侏羅系中。中侏羅統(tǒng)聚煤環(huán)境較穩(wěn)定，沉積條件較優(yōu)越，大部分含氣區(qū)帶及含氣區(qū)塊形成的煤層厚度大，層數(shù)多，成煤物質(zhì)類型相對較好，為煤層氣的形成提供了較好的物質(zhì)條件。下侏羅統(tǒng)聚煤環(huán)境較不穩(wěn)定，沉積條件變化較大，大部分含氣區(qū)帶及含氣區(qū)塊形成的煤層厚度小，一般不具開采厚度。

2)河西走廊各地區(qū)煤層含氣量實測數(shù)據(jù)較少，部分礦井瓦斯涌出量折算含氣量0.124～4.37m3/t。只有靖遠(yuǎn)的寶積山-紅會和王家山三個礦區(qū)，礦井生產(chǎn)顯示瓦斯含量高。所采集的煤樣的煤儲層孔隙分布相對比較復(fù)雜，具有雙峰式、微孔占主導(dǎo)型兩種特點。煤儲層吸附能力自東向西基本呈降低的趨勢。

3)河西走廊地區(qū)的煤層形成后，受后期構(gòu)造改造較強，現(xiàn)今殘留含氣區(qū)塊分布零星，面積小，不利于煤層氣的生成，保存和富集。該區(qū)煤層熱演化變質(zhì)程度和埋藏深度是影響該區(qū)煤層含氣性的主要地質(zhì)因素。目前大部分煤層含氣量采樣深度較淺，處在煤層氣氧化帶深度范圍內(nèi)，甲烷大部分已擴散，使煤層含氣量數(shù)據(jù)偏低的因素之一。隨著煤層埋藏深度的加大，進(jìn)入甲烷帶后，煤層含氣量有增高的可能性。

4)河西走廊煤層氣開發(fā)地質(zhì)條件研究程度整體較低，后續(xù)需要現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行進(jìn)一步的研究，以期為區(qū)域煤層氣勘探開發(fā)提供可靠的理論依據(jù)。