第六章 含气量与控气地质因素

第36卷第7期煤炭学报Vol．36No．72011年7月JOURNAL OF CHINA COAL SOCIETYJuly2011文章编号：0253－9993（2011）07－1129－06煤层气赋存的两大地质控制因素王怀勐1，2，朱炎铭1，2，李伍2，张建胜2，罗跃2（1.中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室，江苏徐州221116；2.中国矿业大学资源与地球科学学院，江苏徐州221116）摘要：探讨了构造演化和水动力条件对煤层气赋存的影响机理，并结合实例分析了河北赵各庄井田的煤层气赋存特征。

研究表明：构造控制着煤层气生成、聚集、产出过程的每一环节；煤层水溶解了部分煤层气，同时控制着煤储层的压力，水的流动将直接影响煤层气的吸附解吸程度。

赵各庄井田现今煤层气的赋存特征主要是构造与水动力条件综合影响的结果，井田构造特征具有明显的分区性：Ⅰ区和Ⅱ区构造较发育，逆冲、压扭性断层对煤层气有很好的封堵作用；Ⅲ区受开平向斜控制，煤层气含量在向斜核部明显较大。

同时，井田水文地质边界条件为封闭或半封闭的，而且由于井田所在的开平向斜北西翼受水力封堵作用影响，煤层气封存条件较好。

关键词：煤层气；赋存；构造演化；水动力条件；开平向斜中图分类号：P618.11文献标志码：A收稿日期：2010－10－25责任编辑：韩晋平基金项目：国家自然科学重点基金资助项目（40730422）；国家基础研究发展计划（973）资助项目（2009CB219605）；国家科技重大专项资助项目（2008ZX05034－04）作者简介：王怀勐（1986—），男，山东泰安人，硕士研究生。

E －mail ：whmcumt@Two major geological control factors of occurrence characteristics of CBMWANG Huai-meng 1，2，ZHU Yan-ming 1，2，LI Wu 2，ZHANG Jian-sheng 2，LUO Yue 2（1.Key Laboratory of Coalbed Methane Resources and Reservoir Formation Process of the Ministry of Education ，China University of Mining and Technology ，Xuzhou 221116，China ；2.School of Resources and Earth Science ，China University of Mining and Technology ，Xuzhou 221116，China ）Abstract ：Studied the impact mechanism of the structural evolution and hydrodynamic conditions ，and analyzed the CBM occurrence characteristics of Zhaogezhuang mine field．The research shows that the structures control CBM pro-duction ，accumulation and output ，water dissolves part of the gas and control the coal pressure ，and the flow of water directly influences the degree of CBM adsorption-desorption．The present CBM characteristics of Zhaogezhuang mine field are the results of combined effects of structures and hydrodynamic conditions ，and the structural characteristics has a clear partition ：the structures develop in the part Ⅰand Ⅱ，where CBM is blocked by thrust faults and compres-sive-torsional faults ；the part Ⅲis controlled by Kaiping syncline ，and the CBM content is much more higher in syn-cline core．Moreover ，there is a closed or semi-enclosed hydrogeological environment in the mine field and a hydraulic-blocking function in the north-west limb of Kaiping syncline ，which benefit for the CBM saving．Key words ：CBM ；occurrence characteristics ；structural evolution ；hydrodynamic conditions ；Kaiping syncline 煤层气是一种自生自储型的非常规天然气，主要以吸附状态赋存于煤层孔隙的表面［1－2］。

探究混凝土含气量影响因素0、引言混凝土含气量是控制、评价混凝土质量的一项重要指标，混凝土具有适宜的含气量能使其具有良好的工作性能，混凝土的耐久性尤其是抗冻性在很大程度上也与含气量有关。

引气剂是一种能使混凝土在搅拌过程中引入大量均匀分布、稳定而封闭的微小气泡，从而改善其和易性与耐久性的外加剂。

新拌混凝土欲得到一定的含气量，需在一定的条件下得到引气剂掺用剂量与含气量的关系，将适宜含气量对应的引气剂剂量范围确定下来，从而进行含气量的有效控制。

但是在实际的拌合过程中，很多因素也会对新拌混凝土的含气量有所影响，如水灰比、混凝土级配、砂率、集料、混凝土工作性等多种因素的影响。

本文是通过试验室室内配合比的拌合试验，从混凝土配比参数、混凝土工作性及原材料等方面分析了含气量的影响因素。

1 、试验原材料及内容（1）水泥。

采用Ultra Tech Cement Lanka（Pvt）Ltd公司生产的Ultra Tech OPC42.5N（普通硅酸盐水泥）、Ultra Tech PPC42.5N（低热水泥）、Tokyo cement company （Lanka）PLC生产的Tokyo IV42.5N（低热水泥）。

（2）粉煤灰。

采用Fine Ash（Pvt）Ltd公司生产的Ⅱ级粉煤灰。

（3）骨料。

细骨料为当地河砂、砂石系统生产机制砂。

检测机制砂细度模数2.57、河砂细度模数3.74、河砂：机制砂=1：1时细度模数为3.17。

粗骨料产地为库区石场，质地为花岗岩石，经砂石加工系统破碎至5-16mm、16-31.5mm、31.5-63mm 3级。

本文试验所用配比二级配，小石：中石= 40 ：60，三级配，小石：中石：大石= 30 ：40：30。

（4）外加剂。

FDN-2002高效减水剂、FDN-MTG缓凝高效减水剂、NK引气剂。

（5）拌合用水。

拌合用水采用当地河水。

（6）试验内容。

按DLT5330-2005《水工混凝土配合比设计规程》、DL 352-2006《水工混凝土试验规程》等相关规范，通过试验室室内拌合，讨论研究混凝土配比参数、混凝土工作性及原材料对混凝土拌合物含气量的影响。

第一章绪论1、天然气：（广义）所谓天然气是指自然界一切天然生成的气体。

（狭义）目前仅限于地壳上部存在的各种天然气体，包括烃类气体和非烃类气体。

性评2、天然气的来源机制，可分为无机成因气和有机成因气。

天然气的成因分类可分为4种：生物成因气（细菌气）、油型气（油成气）、煤型气（煤成气）、无机成因气。

3、煤型气（煤成气）:指煤系有机质(包括煤层和煤系地层中的分散有机质)在变质过程中(即热演化)形成的天然气，也称煤成气。

包括煤系气与煤层气两类。

煤系气：是指从生气母岩（煤系地层及煤层）中运移出来聚集在储集层中甚至形成气藏的煤型气，一般均经过较大规模运移。

属常规天然气。

❤煤层气：是指赋存于煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。

属非常规天然气范畴。

（也称煤层吸附气、煤层甲烷或煤层瓦斯。

）4、三重国家需求：资源利用/矿山安全/环保5、全国累计探明面积777km2，探明储量1343亿m3，可采储量621亿m3，初步探明374亿m3。

❤6、我国煤层气研究开发存在的主要问题：①预测理论亟待完善。

②产能预测技术有待解决。

③开发工艺亟待突破。

④投入严重不足。

⑤煤层气基础设施建设不完善。

7、我国煤层气资源存在低压、低渗、低饱和的“三低”现象以及地质变动的特殊性。

我国煤储层的特点和难点：地史复杂、类型多样、改造强烈；低孔、低渗、低相渗、低压、高非均质性。

第二章煤层气的物质组成、性质和利用❤1、煤层气有两种基本成因类型：生物成因和热成因。

生物成因气：各类微生物经过一系列复杂作用过程导致有机质发生降解而形成的。

热成因气：指随着煤化作用的进行，伴随温度升高、煤分子结构与成分的变化而形成的烃类气体。

2、生物成因气阶段：①早期生物气（泥炭~褐煤阶段，Ro,max<0.5%）②热解型煤层气（褐煤~瘦煤阶段，Ro,max0.5~2.0%）以含氧官能团的断裂为主③裂解型煤层气（瘦煤~二号无烟煤，2.0%<Ro,max<3.7%）主要以裂解的方式及芳香核缩合为主④次生生物成因煤层气（褐煤~焦煤，0.3%<Ro,max<1.5%）3、在含煤盆地中，次生生物作用活跃并影响气体成分的深度间隔称作蚀变带，一般位于盆地边沿或中浅部；不发生蚀变的气体一般位于盆地深部，称为原始气带。

第22卷第6期 辽宁工程技术大学学报 2003年12月 V ol.22 No.6 Journal of Liaoning Technical University Dec. 2003收稿日期：2003-01-15作者简介：饶孟余（1967-），男，安徽 全椒人，博士研究生。

本文编校：唐巧凤文章编号：1008-0562(2003)06-0749-04铁法盆地煤层气资源条件及控气地质因素分析　饶孟余，钟建华，王夕宾　(石油大学 地球资源与信息学院，山东 东营 257061)摘 要：铁法盆地的煤阶为长焰煤，南部地区的煤阶达到了气煤阶段，实测最大渗透率为1.51×10-3ìm 2，平均含气量为5.84cm 3/g ，煤层气资源量为93.34×108m 3，煤层气资源条件良好。

本文通过对铁法盆地煤层气地质条件和储层条件的深入分析，认为铁法盆地控气的地质因素有三个方面， 构造对煤层的沉积分布、含气量和煤层气资源量具有明显的控制作用；水文地质条件对煤层气具明显的封堵作用；区域浅成岩浆热变质提高了的煤阶、改善了煤储层的渗透性，增大了煤储层的含气量。

提出了铁法盆地煤层气勘探开发的首选靶区是西南部的大兴矿一带。

关键词：铁法盆地；煤层气；岩浆岩侵入；构造；水文地质中图号：P 571 文献标识码：AAnalysis of the coal bed methane(CBM) resources condition andgas-controlling geologic factors in Tiara basinRAO Meng-yu ，ZHONG Jian-hua ，WANG Xi-bin,(Cllege of Geo-Resource and Information, University of Petroleum, Dongying, 257061 china, China) Abstract ：Coal has entered the step of dry coal in the Tiara Basin, while the coal in the south area has already entered gas coal one. The maximal permeability measured on the spot can be as much as 1.51×10-3μm 2, and the average gas content is 5.84cm 3/g, the total amount of the coal-bed gas can be up to 93.34×108cm 3, it is certain that the resources condition of the coal-bed gas is quite good. In this paper, three geology factors which controlled the gas resources have been proposed after the thorough analysis of the geology and the reservoir conditions about the coal-bed gas in Tiara basin. Among which, the structure one had an obvious control over the distribution, the gas content and the total amount of the CBM resources of the coal beds; the hydrological geology one had an apparent blockage effect on the coal-bed gas and the last one ，the areal epi thermo-metamorphosis enhanced the coal step and improved the reservoir permeability at the meantime, what’s more, it had an active part on the increasing of the sum of the gas-content in the reservoirs. By the way, the most beneficial target area for the CBM exploratory development in this basin can be choose near the Daxing mine, which locating at the southwestern of Tiara Basin.Key words ：Tiara Basin ；coal-bed methane(CBM)；magma intrusion ；structure ；hydrological geology０ 引 言　铁法盆地位于辽宁省东北部，煤炭资源丰富，探明煤炭储量为16.5亿吨，煤层厚埋深适中，煤层气资源丰富（93.34×108m 3），1995年由中国煤田地质总局东北煤田地质局第一、七勘探公司组织施工的DT3煤层气生产试验井，经抽排后，获得高产气流，煤层气产量稳定在3 500～8 000 m 3/t ，成为中国比较好的煤层气生产实验井之一，预示着该区良好的煤层气勘探开发前景。

煤层含气量的影响因素一、煤层含气量的概念煤层气是指赋存在煤层中的以甲烷为主要成分，以吸附在煤基质颗粒表面为主、部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的烃类气体。

煤层含气量是指单位数量煤体中所吸附的煤层气数量，或者每吨原煤中所含煤层气的量(m3/t)。

二、煤层含气量的影响因素煤层含气量是煤化作用、构造活动、埋藏演化过程中经过多次吸附/解吸、扩散/渗流、运移后，在现今地质条件下动平衡的结果。

由于煤层气在煤储层中的储集及渗流机理与常规天然气大不相同其影响因素多样而复杂。

煤层气在地下的分布是不均衡的。

不同地区，甚至同一地区不同煤层间的含气量往往差异较大。

研究和认识煤层含气量及其影响因素，是煤层气勘探中首先要解决的问题。

研究表明，影响煤层含气量的主要因素：煤的变质程度、温度、压力、煤层的有效埋藏深度、有效厚度、构造特征、水文地质、煤层顶、底板岩性等。

其中，煤变质程度起着根本性作用，此外，影响煤层含气量的因素还有煤的显微组分、水分及矿物质含量等。

但这些因素对煤层含气量的影响是次要的，不能从根本上影响一个地区的煤层含气性。

2.1 煤变质程度煤变质程度(煤级)是评价和预测煤层含气量的重要参数，实验研究和客观地质事实都表明煤层含气量与煤变质程度密切相关。

一般而言，煤层含气量随煤变质程度增高而增加。

这一规律在许多含煤区(盆地)都存在。

如鄂尔多斯盆地东缘石炭)二叠纪煤层从北到南变质程度增高，在埋深等基本地质条件相当的情况下，煤层含气量增加(表1)；又如我国著名的煤层气富集区(如焦作、阳泉、湘中、湘东南等)均分布在高变质的无烟煤地区，也反映了煤变质程度对煤层含气量的影响。

煤层含气量随煤变质程度增高而变好的原因主要是：首先，随煤变质程度增加，煤的累计生气量增大，气源更加充足；其次，煤变质程度影响煤吸附气的能力，在其它条件相同时，煤层吸附能力随煤变质程度增高而增加(图1)。

2.2 煤层埋藏深度在有限深度范围内，当其它地质条件相同或相近时，煤层含气量随埋深而增加。