煤層氣賦存的地質(zhì)控制研究范文

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摘要：

煤氣層是天然氣非常重要的組成，它做為特殊地質(zhì)體，其賦存受控于地質(zhì)條件的影響。當前對于地質(zhì)條件的影響因素比較多，本文結(jié)合具體的開采案例，從地質(zhì)構(gòu)造、煤層和圍巖以及水文地質(zhì)條件三點，來對煤氣層賦存的地質(zhì)控制因素進行深入研究，希望能給煤氣層的勘探工作提供參考。

關(guān)鍵詞：

煤層氣；煤層；地質(zhì)構(gòu)造；水文地質(zhì)條件

我國對于煤層氣的勘探工作起步比較晚，對于其成藏和賦存機理都不是非常的明確，開采工藝也還處于摸索階段。當前我國經(jīng)認證的煤層氣資源還不足全國儲量的1%。當前全國的能源供需矛盾越來越嚴重，急需改變以往依煤炭為主的能源供給，對于煤層氣的開發(fā)和利用就非常有必要了。本文對我國煤層氣的基本情況做了分析，結(jié)合相關(guān)案例從地質(zhì)構(gòu)造、煤層和圍巖以及水文地質(zhì)條件方面對煤氣層賦存的地質(zhì)控制因素進行深入研究。

1我國煤層氣的基本情況分析

煤層氣藏的形成機制同天然氣不同，其成藏的基本要素主要包括煤層條件、壓力條件和保存條件。煤層的煤級、厚度、原地應(yīng)用等共同構(gòu)成了煤層條件，這是形成煤層氣藏的物質(zhì)基礎(chǔ)；壓力封閉是形成煤層氣藏的必要條件；煤層的保層條件是氣藏能保存至今的前提。我國煤層氣資源豐富，根據(jù)相關(guān)勘探結(jié)果顯示：我國埋深2000m以淺煤層氣資源總量達340萬億m3，，56%都集中在華北地區(qū)，基本上達到了一半以上。另外西北地區(qū)、南方的儲存量也比較大。從賦存區(qū)域來講，主要是賦存于上古生界煤儲層中。我國煤層地質(zhì)大部份都經(jīng)歷多期構(gòu)造運動，煤層氣控氣因素也非常的復雜，煤儲層構(gòu)造變形強烈，煤的多階段演化和多熱源疊加變質(zhì)作用明顯，這些問題都使得煤層氣的開發(fā)利難度非常大，相對于美國的煤層氣開采更加的復雜多變，需要進一步的處理。煤層氣的開發(fā)利用，需要我們查清楚煤層氣賦存的地質(zhì)控制因素，這是當前實現(xiàn)煤層氣開發(fā)的重要節(jié)點。

2地質(zhì)構(gòu)造因素對煤層氣賦存的影響

地質(zhì)構(gòu)造是影響煤層氣賦存的關(guān)鍵因素。從以往的數(shù)據(jù)和資料來看，地質(zhì)構(gòu)造在張性斷裂發(fā)育的地區(qū)，煤層氣的含量都相對比較低；褶皺構(gòu)造較發(fā)育的地區(qū)，有利于煤層氣的局部富集，煤層氣的含量相對比較高。蒲白煤礦杜康溝逆斷層以南都存在著張性斷裂情況，比較正斷層的條數(shù)還比較多，通過實驗測量發(fā)現(xiàn)煤層氣的含量比較低；沁水盆地煤層褶皺構(gòu)造較發(fā)育，其煤層氣的含量較高，主要是因為一般向斜軸部受擠壓，空隙少，煤層氣容易保存。當煤層的核部及其轉(zhuǎn)折端所形成的相對擠壓帶，密封效果非常好的話，這樣的情況就有利于煤層氣的保存，其含量也是非常高的。褶皺相關(guān)的縱張節(jié)理及層間剪節(jié)理如圖1所示，褶皺相關(guān)的縱剪節(jié)理如圖2所示。煤層埋深情況也影響著煤層氣中甲烷含量的變化。以渭北煤田的情況來分析，煤田一共有銅川礦區(qū)、蒲白礦區(qū)、澄合礦區(qū)、韓城礦區(qū)四個礦區(qū)，銅川、蒲白、澄合三個礦區(qū)淺部基本上屬于瓦斯風化帶，埋深都在300m以淺，測試甲烷含量<3m3/t。韓城、澄合礦區(qū)在煤層埋深300m以深，其測試甲烷含量>4m3/t。我們測試了韓城礦區(qū)，其在1000m以深左右時，煤層氣中的甲烷含量達到21.22m3/t。從數(shù)據(jù)上我們可以認為，隨煤層深度的增加煤層氣中的甲烷含量也增大。另外煤層厚度也影響著的甲烷含量，煤層厚的地區(qū)比同深度煤層的其他煤層薄的地區(qū)的甲烷量高。

3水文特征對煤層氣賦存的影響

水文特征對煤層氣賦存的影響也非常之大。煤層中的煤儲層和頂板含水層之間彼此影響，構(gòu)造成完整的地下水系統(tǒng)，如果是處在高儲層壓力以及高含水層勢能的地區(qū)，煤層氣就會富集形成大量的煤層氣；反之煤層氣逸散無法富集。從當前我國現(xiàn)有的水文特征與煤層氣的關(guān)系資料上來看，其對煤層氣的影響主要分為以下三種特征。

（1）水力運移逸散作用。煤層與含水層之間可以通過相應(yīng)的導水斷層或裂隙進行連接溝通，地下水在流動的過程中可以進一步促進煤層氣的解吸，煤層氣解析成游離狀態(tài)溶解于地下水中，再由地下水的流動而帶走造成煤層氣的散失。

（2）水力封閉控氣作用。很多煤層斷裂不甚發(fā)育，構(gòu)造特征表現(xiàn)為不導水性斷裂，從而表現(xiàn)為水力封閉控氣作用。在煤層比較深的部位，地下水通過壓力進行相對傳遞，使得煤層氣緊緊吸附于煤中，出現(xiàn)了煤層氣的富集，不會讓煤層氣出現(xiàn)運移的情況，理所當然煤層氣的含量高。水力封閉控氣作用影響比較廣，當前發(fā)現(xiàn)的華北地區(qū)沁水盆地、豫西焦作等地區(qū)的煤層氣，就是因為水力封閉作用而形成的。

（3）水力封堵控氣作用。在壓力差的作用下，煤層氣可以由深部向淺部滲流。壓力降低使煤層氣解吸，煤層露頭及淺部成為煤層氣逸散帶。如果含水層或煤層從露頭接受補給，地下水順層由淺部向深部流動，則煤層氣向上擴散被阻礙，致使煤層氣聚集。水力運移逸散作用導致煤層氣的運移和散失，水力封閉控氣作用和水力封堵控氣作用有利于煤層氣的富集。通過水文特征我們可以簡單的得知煤層氣的賦存情況，所以在探究煤層氣的賦存時，一定要重視水文特征測試分析。

4煤層及圍巖對煤層氣賦存的影響

煤層圍巖主要是指包括煤層直接頂、老頂和直接底板在內(nèi)的有一定厚度范圍的巖層。以鄭莊井田的勘探情況做為案例來分析煤層及圍巖對煤層氣賦存的影響。井田3號和5號煤層頂?shù)装鍘r性主要為粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖等。頂?shù)装鍘r石較為致密、孔隙率低、滲透性差，煤層頂?shù)装宓那闆r成就了煤層氣賦存的第三個要素保存條件。通過檢測的數(shù)據(jù)經(jīng)過整理分析，我們得出了相關(guān)的統(tǒng)計規(guī)律。在煤層頂板為灰?guī)r，并且其構(gòu)造比較簡單那么這樣的情況是煤層氣含量比較低的；當煤層頂?shù)装鍨槟鄮r或粉砂巖時，煤層氣含量相對較高。通過對3號和5號煤層分布發(fā)現(xiàn)，煤層分布情況穩(wěn)定，煤層厚度較厚為5m，我們可以稱之為厚煤層。眾所周之，煤層厚度大，那么生烴資源多，這樣的情況就非常有利于煤層氣的賦存，所以其含量比較高。單位面積的生烴量也較大，同時，厚煤層利于煤層瓦斯的保存，導致煤層瓦斯含量均較高。分別對3號和5號煤層的煤瓦斯情況進行了測試。3號煤層測試原煤瓦斯含量、空氣干燥基瓦斯總含量、干燥無灰基瓦斯總含量分別為7.14~32.15m3/t、7.13~32.54m3/t、10.17~39.15m3/t、2.04~27.26m3/t，從數(shù)據(jù)上我們可以看到，均值在8m3/t以上。5號煤層的測試數(shù)據(jù)分別為5.63~37.68m3/t、7.23~38.98m3/t、9.29~43.17m3/t、15.35~29.68m3/t。從以上數(shù)據(jù)我們可以得出結(jié)論，煤層底板為泥巖或是煤層較厚都會有利于煤層氣的賦存，含量高。在進行煤層氣的勘探研究時，必須重視煤層及圍巖的情況分析。

5總結(jié)

我國華北地區(qū)和西北地區(qū)的煤炭資源豐富，煤層氣的儲量也極高。隨著我國能源的供給緊張以及供給情況的調(diào)整，對于煤層氣資源的開發(fā)研究就非常重要了。當前我國對于煤層氣資源的研究和試驗工作十分薄弱，需要我們繼續(xù)努力去實施。

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作者:張紅軍 單位:中聯(lián)煤層氣有限責任公司