煤层气资源地球化学特征研究

第一章 绪论

主要内容：

本章主要论述了煤层气开发地质学研究的目的与意义，以及煤层气勘探的开发的现状。

从多个方面分析了我国煤层气的储量、勘探、开发等情况，深入细致的描述了目前我国使用煤层气、利用煤层气的状况，同时也对未来我国煤层气开采的发展和利用做了一定的分析和研究。

第二章 煤的物质组成及其基本物理化学性质

主要内容：

一、煤的物质组成

1、煤储层固态物质组成

（1）宏观煤岩组成

煤是一种有机岩类，包括三种成因类型：①主要来源于高等植物的腐殖煤；②主要由低等生物形成的腐泥煤；③介于前两者之间的腐殖腐泥煤。

宏观煤岩成分是用肉眼可以区分的煤的基本组成的单位，宏观煤岩组成是根据肉眼所观察到的煤的光泽、颜色、硬度、脆度、断口、形态等特征区分的煤岩成分及其组合类型。

（2）显微煤岩组成

显微煤岩组成包括有机显微组分和无机显微组分—矿物质。在光学显微镜下能够识别的煤的基本有机成分，称为有机显微组分，是由植物残体转变而来的显微组分。无机显微组分指显微镜下观察到的煤中矿物质。

2、煤中的水和气

（1）煤中的水

煤中的液相是指存在的水。煤中水存在于煤孔隙—裂隙中，其形态分为液态水、固态水

（2）煤中的气

煤层中赋存的气态物质就是煤层气，主要化学组分为甲烷、二氧化碳、氮气、重烃气等。 二、煤化作用及煤层气的形成

1、煤化作用

成煤作用是原始煤物质最终转化成煤的全部作用，它分成两个相继的阶段：从成煤原始物质的堆积，经生物化学作用直到泥炭的形成，称为泥炭化作用阶段；当泥炭形成后，由于沉积盆地的沉降，泥炭被埋藏于深处，在温度、压力增高等物理、化学作用下，形成褐煤、、烟煤、无烟煤和变无烟煤的过程，称为煤化作用阶段，包括成岩作用阶段和变质作用阶段。

2、煤化作用特点及煤化程度指标

（1）煤化作用特点

①增碳化趋势

②结构单一化趋势

③结构致密化和定向排列趋势（反光性增强）

④煤显微组分性质的均一性趋势

科　科Ｉ技ｉ论ｌ坛　

阜新盆地地下水对煤层气成藏的控制作用　

许丕伟　

（东北煤田地质局１０７勘探队，辽宁阜新１２３０００）　

摘要：地下水动力条件是制约煤层气成藏及煤层气地球化学特性的重要因素。研究表明，当系统内外水动力能平衡时，地下水对煤层气表现　

为封闭；当系统内水动力能强于系统外水动力能时，地下水对煤层气表现为运移逸散且导致煤层气甲烷碳同位素变轻；当系统内水动力能弱于系统　

外水动力能时，地下水对煤层气表现为封堵。认为向斜或单斜内，煤层气系统外水动力能强于煤层气系统内或系统内外水动力平衡区域均有利于煤　

层气成藏，适合进行煤层气勘探开发。　

关键词：地下水；煤层气系统；动力平衡；阜新盆地　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｗａｔｅｒ　ｒｅｓｔｒｉｃｔｓ　ｔｈｅ　ｃｏａｌｂｅｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　ｐｏｏｌ　ｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ．Ｉｆ　ｔｈｅ　

Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ｍａｉｎｔａｉｎ　ｉｔｓ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ，ｔｈｅ　ｃｏａｌｂｅｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　ｉｓ　ｓｅａｌｅｄ　ｂｙ　ｗａｔｅｒ；，ｉｆ　ｔｈｅ　Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ｉｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｓｔｒｏｎｇｅｒ　ｔｈａｎ　ｉｔｓ　ｏｕｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓ－　

ｔｅｍ，ｔｈｅ　ｃｏｍｂｅｄ　ｍｅｔｈａｎｅ　ｉｓ　ｔｒａｎｓｐｏｒｔｅｄ　ｂｙ　ｗａｔｅｒ　ａｎｄ　ｅｓｃａｐｅｓ；ｉｆ　ｈｅ　Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ｏｕｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｓｔｒｏｎｇｅｒ　ｔｈａｎ　ｉｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ，ｔｈｅ　ｃｏｍｂｅｄ　ｍｅＬ￣ｌａｎｅ　ｉｓ　ｂｌｏｃｋｅｄ　ｕｐ　ｂｙ　ｗａｔｅｒ．Ｗｈｅｎ　Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ｍａｉｎｔａｉｎ　ｉｔｓ　ｅｑｕｉｌｉｂｒｉｕｍ　ｏｒ　ｔｈｅ　Ｈｙｄｒｏｄｙｎａｍｉｃｓ　ｏｕｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｉｓ　ｓｔｒｏｎｇｅｒ　ｔｈａｎ　ｉｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　

煤层气开发地质学及其研究的内容与方法

煤层气是一种新型的清洁能源，具有储量大、分布广、开发成本低、环保等优点，是我国能源结构调整和可持续发展的重要组成部分。煤层气开发地质学是煤层气勘探开发的基础，其研究内容主要包括煤层气地质特征、煤层气成藏规律、煤层气开发技术等方面，本文将从这些方面进行阐述。

一、煤层气地质特征

煤层气地质特征是煤层气开发地质学的基础，主要包括煤层气的分布、储量、成因、运移、分布规律等方面。煤层气的分布主要受煤层的厚度、埋深、煤质、构造等因素的影响，一般来说，煤层气的分布具有明显的地域性和层位性。煤层气的储量主要受煤层的厚度、埋深、煤质、孔隙度、渗透率等因素的影响，一般来说，煤层气的储量与煤层的厚度和孔隙度呈正相关，与煤层的渗透率呈负相关。煤层气的成因主要有生物成因、热成因和混合成因三种类型，其中生物成因是煤层气的主要成因类型。煤层气的运移主要受煤层的渗透性、孔隙度、压力等因素的影响，一般来说，煤层气的运移具有渗流和吸附两种方式。煤层气的分布规律主要受煤层的构造、地质构造、地质构造演化等因素的影响，一般来说，煤层气的分布规律具有明显的地质构造控制性。

二、煤层气成藏规律

煤层气成藏规律是煤层气开发地质学的重要研究内容，主要包括煤层气成藏类型、成藏模式、成藏机理等方面。煤层气成藏类型主要有单一煤层气藏、多层煤层气藏、煤岩层煤层气藏等类型。煤层气成藏模式主要有自生型、自生自储型、自生自储自运型等模式。煤层气成藏机理主要有生物成因、热成因、混合成因等机理，其中生物成因是煤层气成藏的主要机理。

三、煤层气开发技术

煤层气开发技术是煤层气开发地质学的重要研究内容，主要包括煤层气开发方法、开发工艺、开发设备等方面。煤层气开发方法主要有钻井开发、巷道开采、水平井开采等方法。煤层气开发工艺主要有抽采、压裂、注气等工艺。煤层气开发设备主要有钻机、压裂车、注气设备等设备。

四、煤层气开发地质学研究方法

能源技术与管理　２０１１年第１期　ｄｏｉ：１０　３９６９￣．ｉｓｓｎ．１６７２－９９４３　２０１１．Ｏ１．０１７　影晌煤层气赋存的地质条件研究进展　朱士飞　（江苏地质矿产设计研究院，江苏徐州２２１００６）　［摘要］煤层气的赋存富集同地质条件有密切联系，并受地质条件的制约。论述了煤储层邻　近围岩的岩性及厚度、构造条件及与围岩和构造条件相伴的水文地质条件对煤层　气储集层发育特征控制作用以及对煤层气富集和成藏的封闭与保存条件所起的关　键作用。认为煤层岩性及厚度是煤层气生成与储集的物质基础，各种地质条件是运　移储存的外在条件。　［关键词］煤层气赋存；煤储层；构造条件；水文地质条件　［中图分类号］ＴＤ１６３［文献标识码］Ｂ［文章编号］１６７２－９９４３（２０１　１）０１－００４４－０２　１　概述　我国多样的古地理、古气候、古构造和古植物　等条件的不同以及地球化学特征和煤化作用的差　别，造成了我国煤质特征在数量和种类分布上的　不均衡性…。因而在煤化作用过程中形成的煤层　气（瓦斯）得以保存的数量也不相同。煤层气富集　的必要前提，是生成、储集、封盖、运移、聚集、保存　六方面条件及其动态发展过程的有利配置，同地　质条件有密切联系，并受地质条件的制约。煤储层　邻近围岩的岩性及厚度、构造条件及与围岩和构　造条件相伴的水文地质条件主要控制着煤层气储　集层发育特征，并对煤层气富集和成藏的封闭与　保存条件起至关重要作用［２－７］。　２沉积作用与煤层气赋存　含煤地层的沉积特征一方面受控于区域成煤　古构造背景而具有它控的性质，另一方面又受控　于局部古地理、古气候、古植物而具有自控的特　征。这些沉积动力学因素，都通过煤层和含煤地层　的沉积特征（包括几何特征）而与煤层气地质条件　发生密切联系，从而不仅控制着煤层气生成与储　集的物质基础，同时对煤层气成藏的储盖条件也　有重要影响［　］。煤层的几何特征系指煤层在三维　空间的展布形式，包括煤层厚度、煤层稳定性、煤　层结构等，对煤层含气性和物性有一定影响，同样　是控气系统中的重要地质因素。控气地质因素的　复杂性，导致很多地区煤储层厚度与含气性之间　关系并无因果联系，但也不乏两者之间具明显正　相关趋势的实例。　沉积控气还涉及到盖层因素，是影响煤储层　含气性的主要因素之一。煤层气通过围岩的扩散　作用大于补给作用，则煤储层气体不饱和。围岩的　厚度和质量是影响煤层气逸散和聚集的重要因　素。在我国，除局部地区存在油页岩或厚层炭质泥　岩的浓度封闭使煤储层基本上处于饱和状态之　外，大多数地区煤层气均不同程度地向围岩扩散，　煤储层含气饱和度普遍较低　。　３构造作用与煤层气赋存　区域构造背景和区块构造型式是决定煤层气　赋存的重要因素。因为区域构造背景决定煤盆地　的大地构造位置的形成时代、煤层的沉积作用样　式和厚度、煤层构造变形程度和埋藏深度等。区块　构造型式决定了煤层气赋存的构造部位、煤储层　的裂隙发育程度、煤层气藏的类型和保存条件等。　一般认为，区域构造背景和区域构造应力场　在一定程度上控制着储集层裂隙系统的发育规　律，裂隙系统的发育无疑可提高煤层的渗透率，有　利于成藏。但是，若过于发育，会造成煤层气的逸　散，而难以保存；在构造性质方面，压性构造有利　于煤层气的聚集，但对煤层的渗透率不利，同时还　提高了地层应力，增加煤层气解吸的难度；而张性　构造虽然不利于煤层气的保存，但可提高煤层的　渗透率。涉及到具体的构造状态时，褶皱作用有利　于煤层气的解吸而使其呈游离状态保存在储层　中。这是因为褶皱作用一方面使煤层抬升，造成煤　层的静压力随之降低，使煤层气易于解吸；另一方　面，褶皱作用的局部区域，特别是在背斜、向斜轴