關(guān)于煤層氣賦存地質(zhì)控制因素與聚集類型的探析

王健翔

（安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊安徽淮南232000）

關(guān)于煤層氣賦存地質(zhì)控制因素與聚集類型的探析

王健翔

（安徽省煤田地質(zhì)局第一勘探隊安徽淮南232000）

探討了構(gòu)造演化和水動力條件對煤層氣賦存的影響機理，根據(jù)地質(zhì)控制因素的影響，認為在5類地區(qū)易形成煤層氣富集區(qū)，可為我國開發(fā)利用煤層氣資源提供現(xiàn)實依據(jù)。

煤層氣地質(zhì)控制因素聚集類型

0　前言

煤層氣是一種自生自儲型的非常規(guī)天然氣，主要以吸附狀態(tài)賦存于煤層孔隙的表面。研究表明，煤層氣賦存受地質(zhì)構(gòu)造、煤層埋深、煤層厚度、氣成含氣量、滲透率等地質(zhì)因素的影響。本文主要研究影響其賦存的兩大地質(zhì)控制因素，即地質(zhì)構(gòu)造與水動力特征。在地質(zhì)控制因素綜合影響下，形成了5種聚焦類型，以下將一一進行表述。

1　煤層氣賦存的兩大地質(zhì)控制因素

1.1構(gòu)造對煤層氣賦存的控制

1.1.1構(gòu)造演化

（1）構(gòu)造演化控制煤層上覆蓋層厚度。煤層沉積埋藏后，能否形成煤層氣藏，主要取決于后期構(gòu)造演化條件。上覆蓋層有效厚度是地質(zhì)構(gòu)造發(fā)展史留下的最直接的證據(jù)，在煤層氣勘探選區(qū)中承擔著重要的作用。它不僅通過控制煤層的壓力而影響煤層氣的吸附量，而且控制著游離氣的散失；而構(gòu)造演化控制著成藏過程中上覆蓋層厚度的變化。

（2）構(gòu)造的回返抬升對煤層氣富集的控制。現(xiàn)今埋深相同的煤層，其經(jīng)歷的回返抬升的時間早晚和長短不同，煤層氣的富集程度也不同。抬升回返時間晚且短，煤層氣散失的時間就短，對煤層氣藏的保存有利。

1.1.2構(gòu)造形態(tài)

不同形態(tài)的地質(zhì)構(gòu)造，地質(zhì)構(gòu)造的不同部位，不同力學性質(zhì)和封閉情況形成了有利于煤層氣賦存或逸散的不同條件。封閉性地質(zhì)構(gòu)造有利于煤層氣賦存，開放性地質(zhì)構(gòu)造有利于煤層氣逸散排放。

（1）褶皺。在褶皺的不同部位，圍巖的封閉能力有較大差別。在背斜軸部，節(jié)理以張性為主，圍巖封閉能力明顯減弱；但如果背斜閉合而完整且蓋層不透氣，則為良好的儲存煤層氣儲集場所，在其軸部煤層內(nèi)往往聚集高壓氣，形成“氣頂”。在向斜軸部，節(jié)理以壓性或壓扭性為主，圍巖封存能力較強。理論研究和實踐亦表明，向斜為煤層氣富集的主要構(gòu)造形態(tài)［28］。

（2）斷層。斷層保存煤層氣的能力隨斷裂性質(zhì)的不同而具有顯著的差異。壓性、壓扭性斷層因其受到較大壓應(yīng)力作用，煤層及圍巖結(jié)構(gòu)致密，透氣性差，沿斷層和垂直斷層面方向上的煤層氣運移都相對困難，對煤層中煤層氣的保存有利；張性斷層則相反，煤層及圍巖結(jié)構(gòu)松散，透氣性好，易于煤層氣逸散。

1.2水動力特征對煤層氣賦存的控制

煤儲層和頂板含水層構(gòu)成一個完整的地下水系統(tǒng)，在高儲層壓力、高含水層勢能的地區(qū)，煤層氣富集；而在地下水排泄區(qū)，儲層壓力和含水層勢能降低，煤層氣逸散。從現(xiàn)有資料分析，可將水文地質(zhì)控氣作用概括為3種特征：

（1）水力運移逸散作用。在導水性強的斷層構(gòu)造發(fā)育區(qū)，這種作用較常見，導水斷層或裂隙溝通了煤層與含水層。地下水的流動促進了煤層氣的解吸，使煤層氣由吸附狀態(tài)轉(zhuǎn)化為游離狀態(tài)，溶解于地下水中運移散失。

（2）水力封閉控氣作用。我國很多井田斷裂不甚發(fā)育，構(gòu)造特征表現(xiàn)為寬緩向斜或單斜，而且斷裂構(gòu)造主要為不導水性斷裂，這些井田常發(fā)生水力封閉控氣作用，特別是一些發(fā)育有擠壓、逆掩性質(zhì)的邊界斷層的井田。水力封閉控氣作用中一般發(fā)生在深部，地下水通過壓力傳遞作用，使煤層氣吸附于煤中，煤層氣相對富集而不發(fā)生運移，煤層含氣量較高。在華北

地區(qū)這種水力封閉作用分布廣泛，具有普遍意義。

（3）水力封堵控氣作用。水力封堵控氣特征常見于不對稱向斜或單斜中，由于壓力差的存在使得煤層氣由深部向淺部滲流。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。第1種作用導致煤層氣的運移、散失，后2種作用有利于煤層氣的保存、富集。

2　中國煤層氣的主要聚集類型

從當前已經(jīng)開展工作的煤層氣區(qū)煤層氣分布特點看，主要有以下5種聚集類型：

（1）區(qū)域含煤區(qū)構(gòu)造高點是高產(chǎn)富集有利部位。處于盆地后期構(gòu)造抬升部位，次生割理發(fā)育，滲透性好，煤層埋藏相對較淺，壓實作用較弱；在上覆有利蓋層條件下，滯水環(huán)境中煤層割理裂隙尚未礦化，煤層氣藏未被水打開；兩翼是烴類供給的指向區(qū)，易形成高滲透率、高含氣量、高飽和度的高產(chǎn)富集區(qū)。

（2）直接蓋層穩(wěn)定分布的上斜坡煤層氣高產(chǎn)條件優(yōu)越。煤層后期埋藏淺，抬升幅度大，次生割理發(fā)育，壓實作用弱，滲透性好，發(fā)育區(qū)域分布穩(wěn)定的直接蓋層，處于滯水封閉環(huán)境，煤層割理尚未被方解石等礦化充填，甲烷風化帶寬度窄，處于承壓水封閉狀態(tài)；下傾部位有充足的烴類補給，具備形成高滲透率、高含氣量、高飽和度的有利條件，如沁水盆地南部、寧武盆地南部。

（3）封閉條件好的淺層，低煤階、厚煤層有利于煤層氣富集。盡管煤層煤階低，生氣量和含氣量低，但巨厚煤層彌補了低含氣特點，只要有好的蓋層條件，阻止上覆水沿煤層割理形成動力流，上傾部位壓實作用減小，煤層吸附飽和度高，可形成高滲透率、高飽和度氣藏。

（4）斷裂活動次生割理發(fā)育區(qū)是煤層氣聚集有利場所。盡管煤層埋藏深，但在局部構(gòu)造高部位斷層活動使得煤層次生割理發(fā)育，滲透性好，存在高滲透帶，游離氣與吸附氣并存，如準噶爾盆地五彩灣地區(qū)。

（5）凹中隆構(gòu)造的火山巖活動區(qū)有利于煤層氣高產(chǎn)。區(qū)域火山巖侵入煤層，加劇了煤層的生氣作用；火山巖墻又起到了有利的遮擋作用。后期火山巖體冷卻，導致煤體收縮，有利于次生割理形成，滲透性變好；火山巖直接接觸帶多變成天然焦，不利于煤層氣富集；在有利的直接蓋層條件下，甚至后期構(gòu)造抬升，煤層變淺，形成高產(chǎn)富集有利區(qū)塊，如遼寧阜新盆地劉家區(qū)塊。

3　結(jié)語

（1）構(gòu)造演化及其特征和水動力條件是現(xiàn)今煤層氣賦存的主要控制因素。構(gòu)造演化控制著煤層氣生成、聚集、產(chǎn)出過程的每一環(huán)節(jié)；煤層水含有一定量的溶解氣，同時控制著煤儲層的壓力。水的流動將直接影響煤層氣的吸附解吸程度。

（2）受地質(zhì)控制因素的影響，我國主要有5種類型的煤層氣富集:區(qū)域含煤區(qū)構(gòu)造高點、直接蓋層穩(wěn)定分布的上斜坡區(qū)、凹中隆構(gòu)造的火山巖活動區(qū)、淺層封閉條件好的低煤階與厚煤層發(fā)育區(qū)、斷裂活動次生割理發(fā)育區(qū)。

P618.11[文獻碼]B

1000-405X（2015）-7-484-1

王健翔（1986～），男，2011年畢業(yè)于河北工程大學。

[1]孟召平,田永東,李國富.煤層氣開發(fā)地質(zhì)學理論與方法[M].北京:科學出版社,2010.

[2]姜文利,趙素平,張金川,等.煤層氣與頁巖氣聚集主控因素對比[J].天然氣地球科學, 2010,21(6).