我国煤层气分布赋存主控地质因素与富集模式.pdf

第 ４２ 卷第 ６ 期煤 炭 科 学 技 术Ｖｏｌ􀆱 ４２ Ｎｏ􀆱 ６ ２０１４ 年６ 月Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＪｕｎｅ ２０１４ 我国煤层气分布赋存主控地质因素与富集模式 刘大锰ꎬ李俊乾 中国地质大学北京 能源学院ꎬ北京 １０００８３ 摘 要我国煤层气分布和富集受多种地质因素控制ꎬ就煤层含气性主控地质因素的地质构造条件、 煤层埋藏深度、水文地质条件、沉积环境、煤层物性和岩浆活动等 ６ 个方面进行了系统研究ꎮ 结果显 示构造沉降作用、水力封堵和水力封闭控气作用、逆断层以及向斜核部有利于煤层气赋存ꎻ构造抬升 作用、水力运移逸散作用、正断层、背斜核部以及陷落柱不利于煤层气赋存ꎻ随煤层埋深增加ꎬ煤层气 吸附量逐渐增加ꎬ临界埋深之后吸附量开始降低ꎻ煤层顶、底板厚度越大ꎬ岩性越致密ꎬ越有利于煤层 气保存ꎻ煤层气含量与煤厚呈正相关性ꎮ 根据各地质因素的影响程度ꎬ煤层气分布赋存可概括为“多 因素综合控制”和“多因素影响、某一两个因素主控”２ 种类型ꎮ 关键词煤层气ꎻ分布赋存ꎻ地质因素ꎻ富集模式ꎻ有利开发区 中图分类号Ｐ６１８􀆱 １１ 文献标志码Ａ 文章编号０２５３－２３３６２０１４０６－００１９－０６ Ｍａｉｎ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｏｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏｃｃｕｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ Ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ Ｃｏａｌｂｅｄ Ｍｅｔｈａｎｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａ ＬＩＵ Ｄａ￣ｍｅｎｇꎬＬＩ Ｊｕｎ￣ｑｉａｎ Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ ＲｅｓｏｕｒｃｅｓꎬＣｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ ＧｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓＢｅｉｊｉｎｇꎬＢｅｉｊｉｎｇ １０００８３ꎬＣｈｉｎａ ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｏｆ ｃｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅＣＢＭ ａｒｅ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒｓ ｉｎ ｃｈｉｎａꎬｗｈｉｃｈ ｉｎｃｌｕ￣ ｄｉｎｇ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｅｃｔｏｎｉｃꎬｃｏａｌ ｂｕｒｉａｌ ｄｅｐｔｈꎬｈｙｄｒｏｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎꎬｓｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔꎬｃｏａｌ ｐｈｙｓｉｃａｌ ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ ａｎｄ ｍａｇｍａｔｉｃ ｉｎｔｒｕ￣ ｓｉｏｎ.Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔꎬｔｅｃｔｏｎｉｃ ｓｕｂｓｉｄｅｎｃｅꎬｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｓｅａｌｉｎｇ ａｎｄ ｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｊａｍ－ｕｐ ｐｒｏｃｅｓｓｅｓꎬｒｅｖｅｒｓｅ ｆａｕｌｔꎬａｎｄ ｓｙｎｃｌｉｎｅ ａｘｉｓ ａｒｅ ｂｅｎｅ￣ ｆｉｃｉａｌ ｆｏｒ ＣＢＭ ｐｒｅｓｅｒｖａｔｉｏｎꎻｔｅｃｔｏｎｉｃ ｕｐｌｉｆｔꎬｈｙｄｒａｕｌｉｃ ｍｉｇｒａｔｉｏｎ－ｅｓｃａｐｅ ｐｒｏｃｅｓｓꎬｎｏｒｍａｌ ｆａｕｌｔꎬａｎｔｉｃｌｉｎｅ ａｘｉｓꎬａｎｄ ｃｏｌｌａｐｓｅ ｃｏｌｕｍｎ ａｒｅ ｕｎｆａ￣ ｖｏｒａｂｌｅ ｆａｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｐｒｅｓｅｒｖｉｎｇ ＣＢＭ.Ｗｉｔｈ ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ ｃｏａｌ ｂｕｒｉａｌ ｄｅｐｔｈꎬｃｏｎｔｅｎｔ ｉｎｃｒｅａｓｅｓ ｂｕｔ ｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｌｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｓ ｓｔａｒｔｉｎｇ ａｔ ｃｒｉｔｉｃａｌ ｂｕｒｉａｌ ｄｅｐｔｈ.Ｔｈｅ ＣＢＭ ｃａｎ ｂｅ ｍｏｒｅ ｅａｓｉｌｙ ｐｒｅｓｅｒｖｅｄ ｗｉｔｈｉｎ ｃｏａｌｓꎬｗｈｉｃｈ ｄｅｖｅｌｏｐｉｎｇ ｔｈｉｃｋｅｒ ａｎｄ ｔｉｇｈｔｅｒ ｒｏｏｆ ａｎｄ ｆｌｏｏｒ.Ｔｈｅ ＣＢＭ ｃｏｎｔｅｎｔ ｉｓ ｐｏｓｉｔｉｖｅ￣ ｌｙ ｒｅｌａｔｅｄ ｔｏ ｃｏａｌ ｔｈｉｃｋｎｅｓｓ.Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｅｆｆｅｃｔ ｄｅｇｒｅｅ ｏｆ ｔｈｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒｓꎬｔｈｅ ｌａｗ ｏｆ ＣＢＭ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｃａｎ ｂｅ ｓｕｍ￣ ｍａｒｉｚｅｄ ａｓ ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｆａｃｔｏｒｓ ａｎｄ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ ｂｙ ｍｕｌｔｉｐｌｅ ｆａｃｔｏｒｓꎬｐｒｉｍａｒｉｌｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ ｂｙ ｏｎｅ ｏｒ ｔｗｏ ｆａｃｔｏｒｓ. Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓｃｏａｌｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅꎻｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｃｃｕｒｅｎｃｅꎻｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｆａｃｔｏｒｓꎻｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｐａｔｔｅｒｎｓꎻｆａｖｏｒａｂｌｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ａｒｅａ 收稿日期２０１４－０３－１８ꎻ责任编辑曾康生 ＤＯＩ１０.１３１９９/ ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｓｔ.２０１４.０６.００４ 基金项目国家自然科学基金与中国石油化工联合基金资助项目Ｕ１２６２１０４ꎻ国家科技重大专项资助项目２０１１ＺＸ０５０３４－００１ 作者简介刘大锰１９６５ꎬ男ꎬ湖南桃源人ꎬ教授ꎬ博士生导师ꎬ博士ꎮ Ｔｅｌ０１０－８２３２０８９２ꎬＥ－ｍａｉｌｄｍｌｉｕ＠ ｃｕｇｂ􀆱 ｅｄｕ􀆱 ｃｎ 引用格式刘大锰ꎬ李俊乾.我国煤层气分布赋存主控地质因素与富集模式[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１４ꎬ４２６１９－２４. ＬＩＵ Ｄａ￣ｍｅｎｇꎬＬＩ Ｊｕｎ￣ｑｉａｎ.Ｍａｉｎ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｏｎ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ａｎｄ Ｏｃｃｕｒｅｎｃｅ ａｎｄ Ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ Ｐａｔｔｅｒｎｓ ｏｆ Ｃｏａｌｂｅｄ Ｍｅｔｈａｎｅ ｉｎ Ｃｈｉｎａ[Ｊ]. Ｃｏａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１４ꎬ４２６１９－２４. ０ 引 言 我国煤层气资源丰富ꎬ埋深 ２ ０００ ｍ 以浅的煤 层气资源量 ３６􀆱 ８１ 万亿 ｍ３ꎬ居世界第三位ꎮ 煤层气 的开发利用对于煤矿安全生产、洁净能源利用和环 境保护具有重要意义ꎮ 我国煤层气开发利用“十二 五”规划提出ꎬ“十二五”期间实现新增煤层气探明 地质储量 １ 万亿 ｍ３ꎬ至 ２０１５ 年煤层气地面产量达 到 １６０ 亿 ｍ３ꎮ 然而ꎬ截至 ２０１２ 年底ꎬ我国探明煤层 气地质储量 ５ ５１８􀆱 ５８ 亿 ｍ３ꎬ２０１３ 年我国煤层气产 量仅 １３８􀆱 １３ 亿 ｍ３ꎬ地面产量仅为 ２９􀆱 ２６ 亿 ｍ３ꎮ 这 ２ 项指标均距“十二五”规划目标尚远ꎮ 目前煤层气 产量主要来源于沁水盆地南部、鄂尔多斯盆地东南 缘和阜新煤田等少数几个煤层气商业性开发基地ꎮ 因此ꎬ迫切需要寻找新的煤层气富集及有利开发区 域ꎬ以推动煤层气产业化进程ꎮ 煤层气藏的形成除 ９１ ２０１４ 年第 ６ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４２ 卷 了与气源和储集等自身条件有关外ꎬ更重要的是与 后期保存条件密切相关ꎻ生储能力决定了煤层气富 集状况ꎬ而保存条件则很大程度上造成了煤层气赋 存的差异[１]ꎮ 我国煤层气分布赋存具有多样性特 征ꎬ主要体现在含煤盆地多ꎬ含煤层系多ꎬ赋存煤种 多ꎬ煤层气藏类型多等[２]ꎻ而且由于成煤期地质构 造复杂ꎬ成煤环境复杂ꎬ储层非均质性强ꎬ煤层气成 藏条件复杂等因素[３]ꎬ使得煤层气分布赋存规律更 加难以把握ꎮ 笔者在总结前人研究成果的基础上ꎬ 探索了我国煤层气分布赋存特征、主控地质因素ꎬ以 及煤层气富集模式和富集区特点ꎬ为寻找类似地质 条件下的有利富集区提供参考ꎮ １ 煤层气分布赋存主控地质因素 煤层气主要以吸附态、游离态、水溶态和固溶态 ４ 种类型赋存于煤层内ꎬ其中吸附态煤层气为主ꎬ占 ９０％以上ꎮ 煤层气的分布和赋存受多种地质因素影 响ꎮ 通过对我国河南、山西、陕西、贵州、安徽、辽宁、 黑龙江、重庆等省市的重点含煤盆地或区域的煤 层气分布赋存特征进行总结[４－２６]ꎬ将煤层含气性主 控地质因素概括为地质构造条件包括构造演化及 构造类型、煤层埋藏深度、水文地质条件、沉积环 境、煤储层物性包括煤变质程度、煤体结构及煤 厚和岩浆活动等 ６ 个方面ꎮ １􀆱 １ 地质构造条件 １构造演化ꎮ 构造演化史控制含煤层系沉积 埋深史和热演化史ꎬ从而控制了煤层气生成、赋存及 成藏过程[２０]ꎬ在盆地层次上控制着煤层气聚集区带 的形成和分布ꎮ 在成煤期后ꎬ构造沉降作用通过不 断增加煤层上覆地层厚度ꎬ使煤变质程度和煤储层 压力增加ꎬ促进煤生烃作用和煤层气吸附保存ꎻ生烃 期后的构造抬升作用则使煤层上覆地层遭受剥蚀ꎬ 煤储层卸压ꎬ并促使裂隙发育ꎬ导致煤层气解吸、逸 散和逃脱ꎮ 煤层上覆有效地层厚度ꎬ即煤层到气体 生成后第一个不整合面的距离ꎬ真实地反映了煤层 气大量生成后构造运动及其造成的地层抬升、剥蚀 等作用对煤层气保存条件的影响ꎬ在含煤盆地或地 区的地层剖面中对煤层含气性起控制作用ꎮ 我国含煤盆地多经历多期次构造作用ꎬ构造抬 升使煤层气藏的保存受到不同程度的破坏ꎮ 通常构 造抬升时间越晚且短ꎬ煤层气散失的时间就越短ꎬ对 煤层气的保存越有利[１]ꎮ 在长期遭受剥蚀的隆起 区ꎬ煤层气不断散失ꎬ含气量降低ꎻ后期发生沉降的 地区有利于煤层气的保存ꎬ但易造成饱和度降低ꎮ 除此之外ꎬ含煤盆地的构造演化史ꎬ同时控制了含煤 盆地的构造应力场变化史ꎬ从而影响含煤层系的构 造展布、构造类型以及煤储层、围岩节理裂隙发育程 度等ꎬ对煤层气分布赋存造成影响ꎮ ２构造类型ꎮ 构造类型是在不同构造应力作 用下产生的不同构造变形ꎮ 在不同类型的地质构造 形成过程中ꎬ由于构造应力场及其内部应力分布的 不同ꎬ均会导致煤储层及其封盖层的产状、结构、物 性和地下水径流条件等出现差异ꎬ进而影响到煤层 含气性特征ꎮ 总体而言ꎬ对煤层气分布赋存具有重 要影响的构造类型主要包括断裂构造、褶曲及陷落 柱等[４ꎬ７ꎬ１３－１４ꎬ２０－２２]ꎮ 断裂构造对煤层气赋存的影响主要体现在断层 封闭性上ꎬ取决于断层性质、断层带胶结情况、断层 两侧岩性对接关系以及泥岩涂抹效应等[４]ꎮ 前人 研究结果表明[４ꎬ７ꎬ１８ꎬ２２]①一般情况下ꎬ正断层多为 开放型ꎬ封闭性较差而有利于气体的逸散ꎻ逆断层为 压性或压扭性ꎬ封闭性较好ꎬ有利于气体的保存ꎮ 在 构造演化过程中ꎬ有时断层性质发生变化ꎬ对煤层气 的封闭性也随之改变ꎮ ②某些断层会破坏隔水层原 有的连续性ꎬ缩短含水层之间、含水层与煤层的距 离ꎬ使其彼此之间发生水力联系ꎬ对煤层气的保存不 利ꎮ 但对于落差小的断层ꎬ没有切割含水层ꎬ断层活 动过程中在断层周围形成糜棱煤带ꎬ易形成煤层气 富集区ꎮ ③滑动构造对煤层气的赋存也会造成一定 程度的影响ꎮ 褶曲构造对煤层气赋存的影响和地下水势以及 储层压力有关ꎬ通常表现出向斜富气规律[２３]ꎮ 在向 斜核部及其附近部位ꎬ地层水位低和静水压力大导 致储层压力较高ꎬ有利于煤层气吸附ꎻ而且向斜一般 具有地层水向心流机制ꎬ起到水力封堵的作用ꎬ有利 于煤层气保存ꎮ 靠近背斜轴部ꎬ拉张应力作用下ꎬ煤 层及顶板围压节理裂隙封闭性差ꎬ煤层气则易于运 移逸散ꎬ煤层含气量总体较低ꎮ 陷落柱的发育严重影响了煤层产状的完整性ꎬ 对煤层的含气性也具有不同程度的影响ꎮ 由于陷落 柱的发生ꎬ首先煤层气的封闭条件遭到破坏ꎬ煤层气 可随地下的循环而扩散到其他空间ꎻ其次使地层压 力降低ꎬ造成陷落柱内及其周围的煤层气体解吸ꎬ使 煤层气含量大幅降低[１３]ꎮ 根据陷落柱类型ꎬ通天柱 对煤层气含量影响最大ꎬ其次为半截柱ꎬ下伏柱对煤 层气逸散没有直接影响[１４]ꎮ ０２ 刘大锰等我国煤层气分布赋存主控地质因素与富集模式２０１４ 年第 ６ 期 １􀆱 ２ 煤层埋藏深度 一般情况下ꎬ煤层埋深对煤层含气量的作用主 要表现如下ꎮ ①随着煤层埋深增加ꎬ煤储层温度、压 力逐渐增大初期储层压力正效应强于温度负效应ꎬ 使游离气向吸附气转化ꎬ有利于煤层气的吸附保存ꎬ 煤层含气量逐渐增加ꎻ当埋深增大到一定深度临 界深度时ꎬ压力正效应减弱ꎬ温度负效应增强ꎬ吸 附量呈现降低的趋势[２７－２８]ꎮ ②煤层埋藏深度增加ꎬ 煤层上覆地层厚度封盖性增强ꎬ且由于压实作用使 煤层孔渗性下降、封闭性变好ꎬ对煤层气的封存比较 有利[１８]ꎮ 煤层埋深和煤层气含量的函数关系也不 是一成不变的ꎬ有时受到构造部位的影响[２４]ꎮ １􀆱 ３ 水文地质条件 煤层通常也是含水层ꎬ地下水动力场控制着煤 层流体压力、气水成分及分布等[２９－３３]ꎮ 煤层水动力 场对煤层气分布赋存的影响ꎬ主要体现于“补给－径 流－排泄”水动力体系对煤层含气性的作用上ꎬ包括 ２ 个方面煤层气藏的水力破坏和水力保护ꎮ 水力 破坏主要发生在水力运移逸散的过程中ꎬ这个过程 导致了煤层气的逸散ꎻ水力保护主要出现于水力封 闭和水力封堵过程ꎬ对煤层气的聚集比较有利[３０]ꎮ 水力运移逸散作用常出现于导水性强的断层构造发 育区ꎻ水力封闭控气作用出现于构造简单、断层不甚 发育的宽缓向斜或单斜ꎻ水力封堵控气则常见于不 对称向斜或单斜中[３３]ꎮ 叶建平[３４]将煤储层与顶底 板含水层ꎬ及其与煤层有水力联系的其他给水层有 机联系起来ꎬ提出了封闭型、半封闭型和开放型等 ３ 种煤层气田气水两相流系统类型ꎬ其中封闭型有利 于煤层气富集ꎬ开放型对煤层气富集不利ꎮ 对于一个含煤盆地ꎬ从盆缘到盆地中心依次出 现水力封堵控气作用、水溶携带控气作用、径流逸散 控气作用和水力封闭控气作用ꎬ煤层气含量从盆地 边缘至斜坡带再至盆地中心会逐渐的增加[３５]ꎬ如鄂 尔多斯盆地东南缘渭北煤田[２７]图 １ꎮ 根据煤层 气成藏机制ꎬ地下水滞留区是中、高阶煤煤层气富集 最有利场所ꎻ而缓流区多为低阶煤煤层气主要富集 区[３３]ꎮ 另外ꎬ在特定条件下ꎬ水动力系统和次生生 物气的生成有关ꎬ可形成煤层气的一个补充来源ꎬ对 低阶煤煤层气富集成藏意义重大[３６]ꎮ １􀆱 ４ 沉积环境 顶、底板性质对煤层气分布赋存的影响决定于 顶、底板透气和隔气性能ꎬ其与顶底板岩性、厚度及 节理裂隙发育程度等密切相关ꎮ 煤层顶底板越厚、 图 １ 渭北煤田水文地质条件及煤层含气性特征 岩性越致密ꎬ煤层含气量就会越高ꎮ 砂岩类顶、底 板ꎬ结构相对松散ꎬ空隙大ꎬ透气性较好ꎬ对煤层气封 闭程度低ꎬ煤层气容易散失ꎻ泥岩类顶、底板ꎬ结构相 对致密ꎬ空隙小ꎬ透气性较差ꎬ对煤层气封闭程度高ꎬ 煤层气不易逸散ꎬ煤层气含量相对较高[１８]ꎮ 沁水盆 地南部郑庄区块勘探数据显示煤层含气量整体上 受泥岩顶板厚度的控制ꎬ同时受区域构造条件和埋 藏深度的影响图 ２ꎬ当泥岩顶板厚度小于 ９ ｍ 时ꎬ 煤层含气量随顶板厚度增加而明显增加ꎻ厚度大于 ９ ｍ 时ꎬ对含气量影响较小[２６]ꎮ 另外ꎬ泥岩中部分 矿物也可以吸附甲烷ꎬ使泥岩甲烷浓度高于或等同 于煤层甲烷浓度ꎬ较小的浓度差也将有效阻止煤层 气逸散[１１]ꎮ 图 ２ 郑庄区块 ３ 号煤层顶板泥岩厚度与含气量分布 除了封盖作用ꎬ煤层顶、底板组成的良好隔水 层ꎬ能有效阻隔煤层与上下含水层之间的水力联系ꎬ 使煤层形成独立的煤层气藏ꎻ反之ꎬ则沟通煤层与上 下含水层地下水系统ꎬ不利于煤层气保存ꎮ 相对于 泥岩ꎬ灰岩作为岩溶裂隙含水层ꎬ则为不利的岩性类 型ꎮ 例如大宁－吉县地区ꎬ８ 号煤较 ５ 号煤埋藏深且 变质程度高ꎬ但含气性比 ５ 号煤差ꎮ 这主要由于 ５ 号煤多为泥岩顶板ꎬ封盖性强于 ８ 号煤的灰岩顶板ꎻ 且 ８ 号煤受奥灰水的影响ꎬ不利于煤层气赋存[５]ꎮ １􀆱 ５ 煤储层物性 影响煤层气分布赋存的煤物性因素主要包括煤 变质程度、煤体结构和煤层厚度等ꎮ ①煤变质程度 不仅影响煤的生气量ꎬ而且还影响煤的孔隙特征和 吸附性能ꎬ从而影响煤层气的分布和赋存ꎮ 方爱民 等[３７]认为煤变质作用对煤层气赋存的影响体现其 １２ ２０１４ 年第 ６ 期煤 炭 科 学 技 术第 ４２ 卷 对煤储层孔－裂隙系统形成发育的情况ꎮ 因此ꎬ含 煤盆地的煤阶分布规律对煤层含气量的分布会有一 定程度的影响ꎬ例如重庆市煤层气资源分布主要受 中、高煤阶煤分布范围的控制[１９]ꎮ ②煤岩力学性质 较弱ꎬ易受构造应力改造而产生运动和煤体结构变 化ꎬ引起煤层中煤层气体的运移和分布非均质性ꎮ 在构造应力作用下ꎬ不同变形机制的构造煤发生动 力变质作用ꎬ有烃类产物生成ꎬ形成超量煤层气[３８]ꎮ 煤层气勘探和井下瓦斯突出等表明ꎬ通常在糜棱煤 带中易形成煤层气富集区[４]ꎮ ③煤层气含量与煤 层厚度呈正相关关系[１７]ꎬ厚煤带一般也是煤层气富 集带ꎮ 例如大宁－吉县地区中－中西部为一单斜构 造埋深 ７００１ ０００ ｍꎬ发育 ＮＥ 向展布的厚煤带ꎬ 形成与之展布方向一致的高含气带ꎬ含气量普遍大 于 １５ ｍ３/ ｔꎻ区内西北部埋深 １ ０００１ ５００ ｍꎬ由于煤 层较薄ꎬ含气量小于 １０ ｍ３/ ｔ [５]ꎮ １􀆱 ６ 岩浆活动 岩浆活动等构造热导致煤储层物性改造、煤变 质程度提高及发生二次生烃作用ꎬ对煤层含气性造 成影响[３９－４０]ꎮ 煤层改造和变质程度强弱与侵入体 产状、规模以及距侵入体远近有关ꎬ距热源由远及近 呈环带状逐渐出现天然焦、高变质碎裂煤、高变质煤 及节理煤ꎮ 岩浆侵入的热作用既有有利一面ꎬ也存 在破坏煤储层储集能力不利的一面ꎮ 因此ꎬ岩浆侵 入带来的煤层气赋存条件改善区域ꎬ应给与重点考 虑ꎮ 例如我国阜新煤田刘家区由于辉绿岩体的侵 入ꎬ煤层受岩体烘烤发生了叠加变质作用ꎬ对煤层气 含气量及其赋存状态均产生了影响[６]ꎻ安阳矿区双 全井田二１煤层ꎬ遭受燕山晚期岩浆侵入ꎬ使远离岩 浆岩区段煤变质程度由无烟煤到瘦煤呈环带状分 布ꎬ影响了煤层气的分布规律[４]ꎻ三交－柳林单斜地 区ꎬ中部 ８ 号煤层含气量较高ꎬ是因该部位靠近岩浆 岩体ꎬ煤变质程度加深ꎬ使生气量增加的结果[５]ꎮ 目前的勘探开发实践表明ꎬ我国存在较多的煤层气 富集区ꎬ地质历史上经历过岩浆侵入引起的叠加热 变质作用ꎬ提高了煤层含气水平ꎬ改善了煤储层渗透 性ꎬ成为重点煤层气开发区域[３９]ꎬ如沁水煤层气田ꎮ ２ 我国煤层气分布赋存特征 根据上述主要地质因素对煤层气分布赋存的影 响程度ꎬ将煤层气分布赋存概括为“多因素综合控 制”和“多因素影响、某一两个因素主控”２ 种类型ꎮ １多因素综合控制型ꎮ 煤层气的分布赋存特 征是多种３ 种及以上地质因素综合作用的结果ꎬ 各种地质因素在煤层气赋存中均起到一定作用ꎮ 例 如ꎬ河南荥巩煤田二１煤影响因素包括煤层埋深、煤 厚、煤层围岩及地质构造 [１８]、河南焦作煤田二 １煤 煤厚、煤层上覆有效地层厚度、煤层割理发育程度 及顶底板围岩性质 [９]、陕西鄂尔多斯盆地南部彬 长矿区 ４ 号煤地质构造、煤层埋深、煤厚、顶底板 围岩性质及水文地质条件 [１７]、安徽淮北煤田孙庄 勘探区煤层埋深、煤变质程度、煤厚、盖层和地质 构造 [８]、贵州六盘水煤田马依东二井田煤层埋 深、煤厚、煤层割理发育程度、顶底板围岩和地质构 造 [１５]等ꎮ 对于该类型的煤层气区ꎬ煤层气富集区 是多种有利地质因素合理配置下的结果ꎬ富集区的 圈定需要根据多种地质因素进行综合考虑ꎮ ２多因素影响ꎬ某一两个因素主控型ꎮ 在一个 煤层气富集区域ꎬ多种地质因素决定了该地区煤层 总体含气水平ꎬ但区域上煤层气分布非均质性常受 某一两个主导因素控制ꎬ在影响区域内煤层气富集 程度起决定性作用ꎮ 例如ꎬ水文地质条件主控型山 西沁水盆地潞安目标区[１２]、山西沁水盆地晋城地 区[１０]ꎻ埋深和水文地质条件主控型河南安阳矿区 双全井田[４]ꎻ褶曲构造和埋深主控型河南平顶山 矿区二１煤[１６]ꎻ构造和水文地质条件主控型沁水盆 地晋城地区郑庄区块[２０]ꎻ沉积环境和构造条件主控 型沁水盆地晋城地区樊庄区块[２１]ꎮ ３ 煤层气富集模式及有利区预测 在分析煤层气分布赋存主控地质因素的基础 上ꎬ寻找煤层气有利富集区ꎬ为煤层气开发部署提供 地质依据ꎮ 国内学者针对典型含煤盆地总结了煤层 气富集模式[４０－４３]ꎮ 傅小康等[４５]基于美国粉河盆地 和我国铁法盆地煤层气富集规律ꎬ提出了低阶煤煤 层气富集的 ５ 种模式ꎬ即背斜富集模式、构造－水动 力富集模式、构造－岩性富集模式、岩性－水动力富 集模式和岩性富集模式ꎮ 孙平等[４２]总结了 ３ 种低 阶煤煤层气富集成藏模式深部承压式超压富集模 式、盆缘缓坡晚期生物气富集模式及构造高点常规 圈闭水动力富集模式ꎮ 王勃等[４３]根据阜新盆地王 营－刘家区煤层气富集区的形成机制ꎬ提出了水动 力－岩墙封堵混合成因裂隙型煤层气富集模式ꎮ 康 玉国等[４４]基于依兰煤田煤层气富集成藏主控因素ꎬ 提出了依兰矿区水力封堵－逆断层型富集模式ꎮ 宋 岩等[２９]根据沁水盆地南部、鄂尔多斯盆地东缘和淮 ２２ 刘大锰等我国煤层气分布赋存主控地质因素与富集模式２０１４ 年第 ６ 期 北地区高丰度煤层气区富集区形成机制ꎬ建立了中 高煤阶高丰度煤层气富集区形成模式ꎬ即斜坡区含 气量和渗透率优势叠合富集模式和脆韧性叠加带煤 层气富集模式ꎮ 另有学者对我国煤层气富集区发育部位或发育 特征进行了总结ꎮ 赵庆波等[４５]、翟光明等[２]总结了 中国煤层气主要富集区类型ꎬ即区域含煤区构造高 点、直接盖层稳定分布的上斜坡区、凹中隆构造的火 山岩活动区、浅层封闭条件好的低煤阶与厚煤层发 育区和断裂活动次生割理发育区ꎮ 李五忠等[４６]基 于大宁－吉县地区煤层气富集规律ꎬ认为河间湾沼 泽相、构造宽缓部位以及地应力低值区为煤层气最 有利富集区ꎮ 在后期的勘探开发中ꎬ根据已有的煤层气富集 模式和富集区发育特征ꎬ通过地质条件类比ꎬ可寻找 类似的煤层气富集区ꎬ作为煤层气开发的有利目标 区ꎮ 然而ꎬ煤层气富集区并非就是煤层气高渗区ꎬ因 此也未必是煤层气开发的最有利区ꎮ 考虑到煤层气 开采的经济技术条件ꎬ通常从资源条件、可采性和开 发利用条件等方面对有利区进行综合评价和优选ꎮ 目前ꎬ国内常用的优选煤层气目标区的评价方法主 要包括基于地理信息系统ＧＩＳ的多层次模糊数学 法[４７－５４]、模糊物元法[５５－５６]、灰色类聚法[５７－５９]、加权 平均法[６０]、综合突变理论和模糊数学法[６１]等ꎮ 在 勘探阶段ꎬ这些方法行之有效ꎬ特别是层次分析法ꎬ 通过比较判断两指标间的重要程度来确定权重ꎬ能 够很好地处理难以完全用定量来分析的复杂问 题[５７]ꎮ 然而由于评价指标众多ꎬ一些指标之间的相 对重要性主要靠经验来确定ꎬ主观性较强ꎬ可能影响 最终的评价效果ꎮ ４ 结 论 控制煤层气分布赋存的主要地质因素包括地质 构造条件、煤层埋藏深度、水文地质条件、沉积环境、 煤层物性和岩浆活动等 ６ 个方面ꎮ 构造沉降作用有 利于煤层气赋存ꎻ构造抬升则相反ꎮ 逆断层、向斜核 部为有利构造类型ꎻ正断层、背斜核轴部和陷落柱为 不利构造类型ꎮ 随煤层埋深增加ꎬ煤层气吸附量增 加ꎻ临界埋深之后ꎬ煤层气吸附量降低ꎮ 水力运移逸 散具有破坏煤气藏作用ꎻ水力封堵和水力封闭控气 则具有保护作用ꎮ 煤层顶、底板越厚、岩性越致密ꎬ 对煤层气保存越有利ꎮ 糜棱煤带易于富集煤层气ꎻ 煤层气含量和煤厚呈正相关性ꎮ 岩浆侵入影响煤层 气含量和分布赋存特征ꎮ 根据主要地质因素的影响 程度ꎬ煤层气分布赋存可概括为“多因素综合控制” 和“多因素影响、某一两个因素主控”２ 种类型ꎮ 我 国煤层气富集区及富集模式具有多样性ꎬ通过地质 条件类比ꎬ可进行煤层气有利富集区预测ꎮ 参考文献 [１] 杨 起ꎬ刘大锰ꎬ黄文辉ꎬ等.中国西北煤层气地质与资源综合 评价[Ｍ].北京地质出版社ꎬ２００５. 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[２７] Ｙａｏ Ｙａｎ－ｂｉｎꎬＬｉｕ Ｄａ－ｍｅｎｇꎬＹａｎ Ｔａｏ－ｔａｏ.Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ａｎｄ Ｈｙｄｒｏ￣ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｏｎ ｔｈｅ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｆ Ｃｏａｌｂｅｄ Ｍｅｔｈａｎｅ ｉｎ ｔｈｅ Ｗｅｉｂｅｉ Ｆｉｅｌｄꎬ Ｓｏｕｔｈｅａｓｔｅｒｎ Ｏｒｄｏｓ Ｂａｓｉｎ [ Ｊ]. Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｇｅｏｌｏｇｙꎬ２０１４ꎬ１２１１４８－１５９. [２８] 申 建ꎬ王宝文ꎬ等.深部煤层气成藏效应及其耦合关系[Ｊ]. 石油学报ꎬ２０１２ꎬ３３１４８－５４. [２９] 宋 岩ꎬ柳少波ꎬ琚宜文ꎬ等.含气量和渗透率耦合作用对高丰 度煤层气富集区的控制[Ｊ].石油学报ꎬ２０１３ꎬ３４３４１７－ ４２６. [３０] 叶建平ꎬ武 强ꎬ王子和.水文地质条件对煤层气赋存的控制 作用[Ｊ].煤炭学报ꎬ２００１ꎬ２６５４５９－４６２. [３１] Ａｙｅｒｓ Ｗ Ｂ Ｊｒ.Ｃｏａｌｂｅｄ Ｇａｓ ＳｙｓｔｅｍｓꎬＲｅｓｏｕｒｃｅｓꎬａｎｄ Ｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎ ａｎｄ ａ Ｒｅｖｉｅｗ ｏｆ Ｃｏｎｔｒａｓｔｉｎｇ Ｃａｓｅｓ Ｆｒｏｍ ｔｈｅ Ｓａｎ Ｊｕａｎ ａｎｄ Ｐｏｗｄｅｒ Ｒｉｖｅｒ Ｂａｓｉｎｓ[Ｊ].ＡＡＰＧ Ｂｕｌｌｅｔｉｎꎬ２００２ꎬ８６１１１８５３－１８９０. [３２] Ｌａｍａｒｒｅ Ｒ Ａ.Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃ ａｎｄ Ｓｔｒａｔｉｇｒａｐｈｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌｓ ｆｏｒ ａ Ｌａｒｇｅ Ｃｏａｌｂｅｄ Ｍｅｔｈａｎｅ Ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ ｉｎ Ｆｅｒｒｏｎ Ｃｏａｌｓ ｏｆ Ｅａｓｔ－Ｃｅｎｔｒａｌ Ｕｔａｈ[Ｊ]. Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏａｌ Ｇｅｏｌｏｇｙꎬ２００３ꎬ５６９７ － １１０. [３３] 吴 鲜ꎬ廖 冲ꎬ叶玉娟ꎬ等.水文地质条件对煤层气富集的影 响[Ｊ].重庆科技学院学报自然科学版ꎬ２０１１ꎬ１３５７８－８０. [３４] 叶建平.水文地质条件对煤层气产能的控制机理与预测评价 研究[Ｄ].北京中国矿业大学北京ꎬ２００２. [３５] 傅雪海ꎬ秦 勇ꎬ韦重韬ꎬ等.沁水盆地水文地质条件对煤层含 气量的控制作用[Ｃ] / / 煤层气勘探开发理论与实践.北京石 油工业出版社ꎬ２００７６１－６９. 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