煤层气地质学

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⑤煤化作用的不可逆性⑥煤化作用发展的阶段性和非线性（2）煤化程度指标煤化程度指标简称煤化指标，又称煤级指标，不同煤化阶段中各种指标变化的显著性各不相同。

煤层气开发地质学及其研究的内容与方法一、煤层气开发地质学及其研究的内容1、煤层气地层分析煤层气地质学的研究要求从煤层的地质分析角度，对含气量、孔隙特征及煤层的延展性等进行深入地研究，以判断煤层的开采条件。

具体探讨主要有煤层内地层构造、煤层重力流动特征、煤层含气量、孔隙度、煤层延伸性等。

2、煤层地质探测技术对于煤层气的开发，煤层地质探测技术的开发是重要的研究内容之一。

一般情况下，采用放射性测井和电磁测井等技术对煤层气进行探测，了解煤层的延展性、煤的质量等情况。

3、煤层气勘探开发技术煤层气勘探开发技术是指采用复杂的工艺手段，以实现煤层气开发的技术。

主要技术措施包括煤层孔隙度测试、地层构造解释、岩心切片解释、气藏地质模拟分析等。

4、煤层气开发地质环境保护煤层气开发地质环境保护是指做好煤层气勘探开发的过程中，要充分考虑地质环境的变化，努力减少或防止煤层气开发过程中的污染，确保煤层气开发的可持续发展。

二、煤层气开发地质学及其研究的方法1、实验室测试实验室对煤层的物理性质、流学特性、岩性特征以及煤层气的含量等进行测试，以指导勘探开发煤层气。

实验室测试的常见方法有X射线衍射分析、热重分析和密度测试等。

2、多地形特征、地质判断在煤层气开发的勘查过程中，需要对地形地貌进行调查，进而对气田的位置、开发指标和形成背景进行研究，以便有效开发煤层气。

3、地球物理测量地球物理测量针对煤层的重力流动特征，利用放射性测井、电磁测井等技术，可以有效研究煤层的构造特征、孔隙特征以及含气量等，为指导煤层气的开发提供重要的依据。

4、岩心分析采用岩心分析技术，可以确定煤矿的结构形态、构造特征、煤层的延展性、气藏开发的有效性等情况，为更好地开发煤层气提供重要依据。

煤层气开发地质学理论与方法首先，煤层气的分布与形成机理是煤层气开发地质学的重要研究内容。

煤层气是在煤层埋藏过程中由有机质在高压高温条件下转化而成的天然气。

煤层气的分布受到煤层的厚度、埋深、含气量等因素的影响。

在煤层埋藏过程中，有机质在压力和温度作用下经历干酪根、初级、中级和成熟等不同阶段，形成煤层气。

煤层气的形成机理研究可以为煤层气的勘探和开发提供科学依据。

其次，煤层气的储集是煤层气开发地质学的核心问题之一、煤层气的储集形式主要有吸附储集和自由气储集两种。

吸附储集是指煤层气分子在煤矸石孔隙、裂隙和微孔等微观空间中吸附，形成紧密结合的状态；自由气储集是指煤层气分子在煤体孔隙中以自由状态存在。

煤层气的储集特征受到煤层的孔隙结构、孔隙度、构造变形等因素的影响。

通过对储集特征的研究可以确定煤层气的开发方式和有效开采方法。

此外，煤层气的运移规律也是煤层气开发地质学研究的重要方向之一、煤层气的运移受到多种因素的控制，包括煤层压力、渗透性、孔隙度、温度等。

煤层气的运移机理主要有扩散、脱附和解吸等过程。

研究煤层气的运移规律可以为煤层气开发提供指导，如确定煤层气开发的合理排采策略，优化井网布置等。

在煤层气开发地质学中，还需要开展煤层气资源量评价和勘探技术研究。

通过对煤层气资源量的评价，可以为资源开发提供基础数据。

勘探技术的研究则是为了提高煤层气的勘探效率和开发成功率。

目前，常用的勘探技术包括地球物理勘探、地质钻探和测井技术等。

总之，煤层气开发地质学是研究煤层气在地质中的分布、形成、储集、运移等规律的学科，其理论与方法的研究对于煤层气的勘探和开发具有重要意义。

通过对煤层气开发地质学的深入研究，可以为煤层气资源的高效开发和利用提供科学依据。

1. 什么是煤层气？煤层气的组成？煤层气是指赋存在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。

其成分大多以甲烷为主，也可能一氮气、二氧化碳或重烃等为主。

2．什么是CO2-ECBM ？提高煤层气采收率，注入增加CO2提高煤层气生产能力的技术。

3.什么是瓦斯？赋存在煤层中的煤型气与采动影响带中的煤成（层）气、采空区的煤型气及采掘活动过程中新生成的各种气体的总称。

4. 煤层气的生气阶段，各阶段的产率如何？（1）褐煤至长焰煤阶段：生气38~168m3/t ，CO2占72% ~92%，烃类＜20%以甲烷为主，重烃气＜4%（2）长焰煤至焦煤阶段：生气168~270m3/t ，烃类气体迅速增加，占70~80%，CO2下降至10%左右。

烃类气体以CH4为主，重烃可占10~20%，如壳质组含量多，则油和湿气含量也多。

（3）瘦煤至无烟煤阶段：生气270~422m3/t ，烃类气体占70%，其中CH4占绝对优势(97% ~99%)，几乎没有重烃。

5.煤层气的成因，各种成因分别形成于什么阶段？（1）生物降解煤层气 泥炭~褐煤阶段 Ro,max<0.5% （2）热解型煤层气 褐煤~瘦煤阶段 Ro,max 介于0.5~2.0%（3）裂解型煤层气 瘦煤阶段~三号无烟煤 2.0%<Ro,max<3.7%（4）次生生物成因煤层气 0.3%<Ro,max<1.5%6.控制煤层气组成的地质因素有哪些，分别是如何控制的？1.煤岩组分（母岩）2.煤化程3.生气过程4.埋藏深度及相应的温压条件5.次生作用（混合氧化作用）6.水动力等地质条件。

7.煤的显微组成？？？有机质显微组分：镜质组、惰性组、壳质组 无机质显微组分： 矿物质，镜质组：①透射光：橙红色、褐红色 ②反射光：灰色、浅灰色，具有弱的荧光性惰性组：①透射光：不透明②反射光：亮白色，黄色或灰白色，无荧光，正突起壳质组：①透射光：黄色，少数为绿黄色，红橙色②反射光：深灰色，灰色、有突起，发黄色的荧光 8.煤体的结构类型煤的宏观结构①条带状结构：②线理状结构：煤岩成分呈<1mm 的线理③透镜状结构：煤岩成分成透镜状④均一状结构：成分单一、均匀，镜煤、腐植腐泥煤⑤粒状结构：大量孢子、树脂体、矿物杂质⑥叶片状结构：树皮或角质形成⑦木质状结构：植物茎干的木质纤维组织的痕迹⑧纤维状结构：为丝炭所特有，一向延长，保存木质纤维组织结构，疏松多孔，细胞排列 煤的次生结构：①碎裂构造②碎粒构造③糜棱构造9.内在水：指吸附或凝聚在煤颗粒内部毛细孔中的水。

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煤层气开发地质学的研究方法主要包括野外地质调查、地球物理勘探、地球化学勘探、数值模拟等方法。

煤层气开发地质学概念
煤层气开发地质学是研究煤层气的勘探、开发和利用的一门学科。

它主要研究煤层气的成藏规律、分布规律、富集规律、储量评价、开采技术等方面。

煤层气开发地质学是指通过地质学的方法，研究煤层气的地质特征、分布规律、成藏条件和运移特征等，为煤层气的勘探开发提供科学依据。

主要包括以下概念：
1.煤层气：指在煤层中吸附或储存的天然气，主要成分为甲烷。

2.煤储层：指含有煤层气的煤层，具有一定的储气能力。

3.丰度：指煤层气在煤储层中的分布量，通常用亿立方米/平方千
米（EKM/km2）来表示。

4.渗透率：指煤储层中煤层气向孔隙、裂缝或裂隙中运移的能力，
通常用mD（毫达西）来表示。

5.含气量：指煤层中单位质量（或体积）的煤能够释放出的煤层气
量，通常用m3/t（或m3/m3）来表示。

6.吸附：指煤层气吸附在煤储层孔隙中的现象，是煤层气储存的主
要方式之一。

7.储层压力：指煤储层中煤层气所受的压力，是煤层气开采的重要
参数之一。

8.采气半径：指煤层气开采时，从井口到煤储层边界的距离，是评
价煤层气开采效果的重要指标之一。

9.水文地质条件：指煤层气开采区域的地下水分布及其运移规律，
对煤层气开采影响很大。

10.煤层气富集规律：指煤层气在地质历史过程中形成和富集的规
律，对煤层气开采的合理性进行论证和预测。

《煤层气地质学》第1章煤层气成因1. 煤层气成因：（一）生物成因气：生物成因煤层气是指在微生物作用下，有机质（泥炭、煤等）部分转化为煤层气的过程。

按形成阶段可划分为原始生物成因气和次生生物成因气。

（二）热成因气：在温度、压力作用下发生一系列物理、化学变化的同时，也生成大量的气态和液态物质。

演化过程中形成的烃类以甲烷为主。

1. 原生热成因气2.次生热成因气。

（三）混合成因气：（1）原地混合，即原地形成的热成因气和原地形成的次生生物气相混合，不发生运移，一般出现在浅部。

（2）异地混合气，热成因气和次生生物气发生了运移，在地下水滞留区聚集、混合。

（四）无机成因气2. 煤层气成因判别：（一）有机成因气的判别-Whiticar 图示法。

二）无机成因气的判别：有烃类气体的成分、烷烃碳同位素系列、与烃类气体伴生的非烃类气体、稀有气体的含量与同位素，以及地质背景综合分析3.煤层气的地球化学特征：同位素分布，镜质组反射率。

第2章煤层气储层孔、裂隙特征1. 煤中孔隙的研究方法：(1) 形貌观测：光学显微镜、电子显微镜下（TEM和SEM）和原子力显微镜下。

2）压汞法研究孔隙结构：是测定部分中孔和大孔孔径分布的方法。

（3）低温氮吸附法：氮吸附法就是将定量的煤样置于液氮温度下的氮气流中，待煤样吸附的氮气达到平衡后，测定其吸附量，计算出煤样的比表面积。

2. 割理（内生裂隙）和外生裂隙的区别割理的力学性质以张性为主外生裂隙可以是张性、剪性及张剪性等。

外生裂隙不受煤岩类型的限制。

割理在纵向上或横向上都不穿过不同的煤岩类型或界线，一般发育在镜煤和亮煤条带中，遇暗煤条带或丝质终止。

割理面垂直或近似垂直于层理面。

外生裂隙面可以与层理面以任何角度相交。

割理面上无擦痕，一般比较平整。

裂隙面上有擦痕、阶步、反阶步。

割理中充填方解石、褐铁矿及粘土，极少有碎煤粒。

外生裂隙中除了方解石、褐铁矿、粘土外，还有碎煤粒。

割理外生裂隙3.割理的成因：割理一般呈相互垂直的两组出现，且与煤层层面垂直或高角度相交。

知识归纳整理煤层气地质学复习题一名词解释：1生物成因气：是指在微生物作用下，有机质发生降解部分转化为煤层气的过程。

2基质块：这些裂隙把煤体切割成一系列形态各异的基质单元。

3基质孔隙：煤的基质块体单元中未被固态物质充填的空间，由孔隙和通道组成。

4原生粒间孔：指各种成煤物质颗粒间的孔隙。

5外生裂隙：是构造应力作用的产物，根据其形成力学性质可区分为剪性外生裂隙，张性外生裂隙和劈理。

6储集层的渗透性：是指在一定压力差下，允许流体经过其连通孔隙的性质。

7原地应力：煤储层没有受到任何人为扰动，处于原始状态的应力。

8井底压力：煤层气井井底流体流动压力。

9煤层气储层压力：是指作用于煤孔隙，裂隙内的水和煤层气上的压力。

10储层压力梯度：是指单位垂深内储层的压力增量，即随着深度的增加储层压力的改变速度，常用kPa/m或MPa/100m来表示。

11解吸气：在正常大气压和储层温度下，将煤样放入样品罐后，解吸释放出的气体。

12逸散气：钻头钻遇煤层到煤样装入样品罐密封好这一过程中解吸出的气体称逸散气。

求知若饥，虚心若愚。

13上覆有效地层厚度：是指煤层到其上部第一具不整合面之间的地层厚度。

14煤层气藏：含有一定量煤层气，具有相对独立流体流动系统的煤体。

15煤层气资源：是指以地下煤层为储集层且具有经济意义的煤层气富集体。

16煤层气资源量：是指根据一定的地质和工程根据估算的赋存于煤层中，当前可开采或未来可能开采的，具有现实经济意义和潜在经济意义的煤层气数量。

17煤层气地质储量：是指在原始状态下，赋存于已发现的，具有明确计算边界的煤层气藏中的煤层气总量18原始开采储量：是指在现行的经济条件和政府法规允许的条件下，采用现有的技术，预期从某一具有明确计算边界的已知煤层气藏中可最终采出的煤层气数量。

19经济可采储量：是指在现行的经济条件和政府法规允许条件下，采用现有的技术，预期从某一具有明确计算边界的已知煤层气藏中可以采出，并经过经济评价以为开采和销售活动具有经济效益的那部分煤层气储量。

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。