兩淮煤田煤層氣成藏過程分析

呂海峰

摘 要：安徽省煤層氣資源豐富，開發和利用煤層氣對緩解常規油氣供應緊張狀況、改善煤礦安全生產條件、實施國民經濟可持續發展戰略、保護大氣環境等均具有重要作用。文章在系統分析煤層沉降埋藏史的基礎上，深入探討兩淮煤田煤層氣成藏過程，為我省科學合理開發利用煤層氣資源奠定基礎。

關鍵詞：煤層氣；成藏；兩淮煤田

引言

安徽省煤層氣資源豐富，在全國煤層氣勘查開發格局中占有重要的位置。國家和省政府陸續出臺了一系列促進兩淮煤田煤層氣產業發展的政策，對兩淮地區煤層氣勘探、開發與利用都進行了戰略上的布局。“十二五”期間，我省煤炭產量出現了先增后減的趨勢，與華東乃至我國經濟發展形勢密切相關，同時我省還面臨著高能耗、高污染、高排放以及能源供應安全等能源環境重大問題。開發和利用煤層氣對緩解常規油氣供應緊張狀況、改善煤礦安全生產條件、實施國民經濟可持續發展戰略、保護大氣環境等均具有重要作用。因此，煤層氣資源的合理開發對保障我省能源發展戰略具有重要意義。

兩淮地區石炭-二疊成煤期后經歷了多期構造運動，構造作用下煤系的沉降和抬升以及構造-熱事件共同控制著煤的受熱-成熟-生烴-散失過程，是煤層氣成藏的關鍵所在。下面在系統分析煤層沉降埋藏史的基礎上，進一步探討兩淮煤田煤層氣成藏過程。

1 煤層沉降埋藏史

淮北煤田和淮南煤田在晚古生代屬于同一聚煤環境，后期又具有相似的沉降埋藏歷史。因此，本次工作選取淮南新集地區煤層沉降埋藏史來說明兩淮地區煤層沉降埋深過程。

由圖1可以看出，淮南二疊紀煤層形成的地質年代大致為295-253Ma，之后沉積了石千峰組和下三疊統，均為整合接觸關系。早三疊世期間，兩淮地區煤系快速沉降，根據楊起等人研究分析，兩淮二疊紀煤層在侏羅紀前（約230Ma）已達到最大埋藏深度，在新集地區為3500m左右。中晚三疊世-侏羅紀期間，兩淮地區緩慢抬升，至120-23Ma前發生強烈隆升作用和長時期的剝蝕作用，煤系上覆地層及煤系本身蝕頂卸壓，致使主要煤層的埋深小于1000m，有的地方煤層已出露古地表，煤系埋藏變淺，對煤層氣成藏是十分不利的，受煤層氣垂向分帶規律控制，在煤層露頭以下的一定深度內形成瓦斯風化帶。經歷強烈抬升和長期剝蝕后，自23Ma前以來，淮南煤田再次沉降、接受了50-700m厚的新近系和第四系沉積，使二疊紀煤層再次被埋藏。

2 煤層氣成藏過程

根據兩淮地區煤系構造-沉積演化歷史，結合兩淮地區古地熱特征，可以大致說明兩淮地區煤層氣成藏過程。

前人在華北其他地區的研究表明，兩淮地區中燕山期即J3-K1時期地溫梯度為（5-7）℃/100m，此時發生了強烈的構造-熱事件，對兩淮地區煤層氣成藏具有重要的控制作用，其他時期屬正常古地溫場，地溫梯度約為2.5℃/100m。

在250Ma前，即石炭-二疊紀成煤期后不久，在生物-化學作用下，兩淮煤田產生生物氣。但是，這種生物氣由于后期經歷了較為復雜的演化過程，至今已全部逸散。其后，煤系急劇沉降埋藏（圖1），最大埋深可達3200m左右，煤發生深成變質作用。兩淮煤田大部分地區經受深成變質作用，煤變質程度普遍達到氣煤階段、1/3焦煤階段。此后，盆地雖緩慢抬升，至120Ma前，二疊紀主要煤層的埋深均保持在2500-3000m之間，古地溫在80-130℃之間，使煤化作用得以繼續進行，煤變質程度達到氣、肥煤階段，同時有大量熱成因氣體生成。中燕山期的構造-熱事件使兩淮地區的煤層疊加了區域巖漿熱變質作用，煤化作用進一步進行，煤級提高到焦煤，局部地區見有天然焦發育。構造-熱事件不僅產生大量的熱成因氣，而且可以促進煤儲層孔裂隙發育，有效地改善了煤儲層滲透性和吸附性能。中燕山期后，兩淮煤田構造抬升，煤化作用終止，煤變質格局基本定型，煤的熱成因生氣作用也在這期間終止。

晚白堊世至古近紀期間，即110Ma-60Ma之間，華北地區整體發生強烈隆升作用，兩淮煤田煤系整體埋藏變淺，地層壓力急劇降低，局部地區煤系已抬升至地表，煤層中的氣體通過解吸、擴散、滲流等方式大量逸散，并且煤系與大氣、地下水等外界進行了快速的物質交換，嚴重破壞了煤層氣藏的完整性。新近紀以來，兩淮煤田再次沉降，由于埋藏淺，古地溫較低，不可能形成二次熱成因氣。但是，由于大氣降水沿露頭下滲，煤系地層由于淡水和甲烷菌的滲入，在生物化學作用下生成次生生物氣，而且由于距今時間短，次生生物氣得以大量保存。熱成因氣與次生生物氣共存的現象在兩淮煤田普遍存在，也得到了有機地化試驗的證實，對提高兩淮煤田煤層氣含量具有積極的作用。

韋重韜等（2007）運用盆地數值模擬技術，建立了煤層氣地質演化史動態平衡動力學模型，分析結果認為，宿南地區煤層氣成藏過程基本上經歷了4個階段，即：煤層氣低水平聚集階段（第一第二階段）、煤層氣大量聚集且散失階段（第三階段）和以散失作用為主階段（第四階段）。該研究成果與上述兩淮地區煤層氣成藏過程分析基本吻合，總體來說，兩淮地區煤系形成后，在晚古生代至中侏羅世期間，煤有機質成熟度低，生成煤層氣量少，煤層含氣量很低；晚侏羅世至早白堊世期間，燕山運動中期，全區古地熱場異常增高，煤化作用快速推進，煤變質程度迅速提高，奠定了現今煤化作用格局。同時，由于構造-熱事件的參與，大量熱成因氣生成的同時，煤儲層物性得到了有效的改善，兩淮地區煤層氣地質演化也達到了最活躍的時期；晚白堊世后，古地熱場恢復正常，煤層僅生成少量的次生生物氣，煤層氣散失作用強烈。

參考文獻

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