煤層氣封閉體系及其與煤層氣富集的關系

歐陽永林 孫 斌 王 勃 田文廣 趙 洋 曹海霄

煤層氣封閉體系及其與煤層氣富集的關系

歐陽永林1孫 斌1王 勃1田文廣1趙 洋1曹海霄2

歐陽永林等.煤層氣封閉體系及其與煤層氣富集的關系.天然氣工業，2016, 36(10): 19-27.

研究封閉體系對煤層氣富集的控制作用對于指導煤層氣勘探開發具有重要的意義。為此，分析了煤層氣富集與封隔層（包括區域蓋層、區域底板和直接頂底板）、后期構造調整、地層產狀等地質要素的關系，結果發現具有區域性泥巖蓋層及底板分布穩定、成藏期后構造抬升—回返幅度小，地層平緩且處于均勢狀態的地區煤層氣易于富集。進一步結合多年來國內外煤層氣的勘探開發實踐，提出了封閉體系的概念，即具有阻止氣體向上、下運移的封蓋層和側向穩定帶組成的地質單元，在封閉體系環境中不僅煤層氣富集，而且煤系氣也可以富集成藏。最后根據煤層（系）氣的封閉體系要素配置關系，劃分了“三明治”式煤層氣藏、煤層氣—砂巖氣共生氣藏及煤成砂巖氣藏等3種氣藏類型，提出了煤層氣勘探思路應由單純的煤層氣勘探向煤層氣與煤系氣立體勘探的方向轉變，同時建立了煤層（系）氣地質選區評價指標體系，指出在準噶爾盆地與鄂爾多斯盆地東緣開展煤層氣與煤系氣立體勘探有可能取得良好的應用效果。

煤層氣 煤系氣 富集 封閉體系 封隔層 區域蓋層 頂底板 斷層 平緩地層 立體勘探

煤層既是烴源巖，又是儲集層，煤層生烴并以吸附態賦存于煤層中則形成煤層氣，煤層生烴運移至煤層附近的砂巖層中則形成煤系氣。前人針對煤層氣富集開展了卓有成效的研究：通過煤層氣成藏過程的分析，認為回返抬升和后期演化控制著現今煤層氣的富集程度[1]；通過對微觀構造形態的分析，提出構造未調整或調整弱區域利于煤層氣富集[2]；通過儲蓋特征、成因類型及組合關系的分析，認為封蓋層控制含氣量，進而控制煤層氣富集[3-7]；通過對煤層直接頂底板巖性與封閉性的研究，提出泥巖、膏鹽層等細粒巖封蓋層的封蓋性能最優等[8-10]。

盡管這些成果在一定程度完善了煤層氣地質理論，推動了我國煤層氣產業的發展，但是對控制煤層氣富集的影響因素考慮不全面，并且未對煤系氣的富集控制因素進行探討。為此，筆者基于前人的研究成果，從系統論的角度出發，提出了封閉體系的概念，論證封閉體系對煤層（系）氣富集的控制作用，建立控制煤層（系）氣富集的封閉體系組合類型及模式，以期更好地指導煤層（系）氣勘探及富集區優選。

封閉體系是指由上蓋層、下底板及側向穩定帶組成的，具有一定煤層（系）氣富集規模的地質單元。其具有以下特點：①煤層或煤系上、下具有良好的封蓋層，即上蓋層和下底板，能夠阻止煤層氣向上、下運移；②體系內地層勢能低、勢差小、流體壓力差別不顯著、地層能量相對穩定，能夠氣藏側向穩定；③體系邊界多為超低儲層物性、煤層（系）尖滅帶或巖性變化帶等。

1 封閉體系控制煤層（系）氣富集

封閉體系對煤層氣的控制作用貫穿于煤層（系）氣生成、聚散、富集及成藏等全過程。筆者在調研了大量文獻的基礎上，分析了國內外大規模商業開發煤層氣富集區[11-13]的地質條件，認為煤層氣富集區都具有蓋層條件好、后期構造改造弱、構造簡單、地層平緩等共同特點。具備這一特點的煤層（系）氣典型盆地包括沁水盆地、鄂爾多斯盆地、鮑恩盆地、蘇拉特盆地、圣胡安、阿爾伯達和粉河盆地等（表1）。

煤層氣藏以沁水盆地為例，該盆地3號煤層頂底板整體以封蓋能力強的泥巖為主，其次為砂質泥巖，砂巖只在部分地區零星分布。直接頂底板泥巖最發育的馬必北—鄭莊區塊、樊莊—潘莊區塊以及沁南—夏店區塊，整體以三角洲平原分流間灣環境為主，3號煤層含氣量一般都大于15 m3/t，最高可達30 m3/t；位于沁水一帶的馬必南區塊3號煤層底板中三角洲前緣河口壩砂巖比較發育，含氣量較低，一般介于6～20 m3/t；北部沁源區塊以三角洲平原分流河道間漫灘環境為主，3號煤層頂板以砂質泥巖最為發育，分流河道砂巖零星分布，整體上封蓋能力較好，煤層含氣量介于12～22 m3/t[2]（圖1）。

煤系氣藏是以煤系中砂巖與煤層作為儲層而形成的氣藏。以美國皮申思盆地為例，該盆地煤層最大厚度為37 m，直接蓋層和底板均為致密砂巖，間接頂底板為泥頁巖[14-15]；2001年在皮申思盆地白河隆起進行了深部煤層氣與蓋層低滲砂巖氣合采，合采深度1 560～2 560 m，儲層壓力梯度為0.906 MPa/100 m；65口井單井日產氣量穩定在10 890 m3左右，最高達14 375 m3；采出氣中70%～90%來自煤層生成的氣。

表1 國內外主要煤層氣盆地地質參數統計表

2 封閉體系要素

封閉體系分為上封隔層和下封隔層。上封隔層要素包括區域性蓋層、直接頂板巖性、后期構造運動的改造強度及地層傾角等；下封隔層要素包括區域性底板、直接底板巖性等。由于區域性蓋層及底板、直接頂底板巖性組合對于煤層（系）氣藏的控制作用相同，故作統一論述。

2.1 區域性蓋層及底板

區域性蓋層是指位于煤系地層上方對煤層（系）氣起到整體保護的上覆巖層，區域性底板是指位于煤系地層下方對煤層（系）氣起到整體保護的下伏巖層。區域性蓋層及底板的巖性、厚度、分布范圍及穩定性控制著封閉體系的好壞，也是決定直接蓋層及底板好壞的根本。借鑒常規油氣蓋層封閉能力標準，結合煤層（系）氣的區域性蓋層及底板特點，筆者建立了煤層（系）氣區域性蓋層及底板封閉能力評價表[16-18]（表2），認為良好的區域性蓋層需具備以下幾個條件：①良好的巖性組合；②泥質含量大于50%；③上覆地層有效厚度大于150 m；④橫向分布連續，分布面積大于50 km2；⑤與儲層壓力系數差大于0.1 MPa/100 m。只要存在良好的區域性蓋層及底板，即使儲層物性及直接頂底板組合具有一定的差異，也不會導致大量氣體散失[19-20]，既可形成煤層氣藏，也可形成煤系氣藏。

2.2 直接頂底板巖性

煤層頂底板不同巖性的組合關系具有不同的封閉能力[21]，進而直接影響著煤層氣的富集。參考常規天然氣蓋層的評價指標[22-23]，可將頂底板封蓋層劃分為屏障層、半屏障層和透氣層3類（表3）。

表2 區域性蓋層及底板的宏觀封閉能力評價標準表

表3 頂底板封蓋性能分類表

按表3中的分類，如果直接頂底板巖性為泥巖則是良好的屏障層，利于煤層氣的保存。以沁水盆地北部山西組3號煤層為例，該煤層頂板為厚層泥巖或粉砂質泥巖，局部為中粗粒砂巖，厚度介于5～25 m，泥巖在橫向上連續性較好。泥巖中黏土礦物高嶺石含量高于太原組底板，含有少量伊利石和伊蒙混層礦物。實測的泥巖中值孔徑為220 ?（1 ?=10-10m，下同），總孔容為0.276 cm3/g，排驅壓力為24.7 MPa，基巖滲透率為8.97×10-4mD，封蓋能力強。3號煤層底板為厚層的砂質泥巖和泥質粉砂巖，厚度介于2～15 m，黏土礦物幾乎全部為高嶺石。砂質泥巖實測中值孔徑為524 ?，總孔容為0.009 3 cm3/g，排驅壓力為11.0 MPa，封蓋性強[24]。

如果直接頂底板巖性為砂巖，在良好區域性蓋層良好發育的基礎上，該砂巖層可成為良好的煤系氣儲層，在合適的圈閉條件下，則易形成煤系氣藏。在沁水盆地南部鄭莊區塊，太原組、山西組和下石盒子組均發育數層區域性分布的泥質巖石，具有“內幕”的區域性封蓋特征。根據儲蓋組合特征，可將該區的煤系氣藏可分為獨立砂巖氣藏及煤—砂巖互層型氣藏等2種類型[25]。勘探實踐表明，鄭莊區塊石炭—二疊系的砂巖以次生孔隙、粒內溶孔、粒間溶孔及微裂縫為主，孔隙度峰值介于2%～3%，滲透率峰值介于0.01～0.1 mD，屬于致密砂巖氣藏，如圖2所示，鄭試31井的3號煤層直接頂板為砂巖，砂巖氣測顯示為含氣層，分析含氣量為8.7 m3/t[26]。

圖2 鄭試31井測井響應特征圖

2.3 后期構造改造

無論是煤層氣還是煤系氣，都存在成藏的關鍵時期，成藏關鍵時期后的構造改造強度則是影響氣藏是否富集的關鍵。

煤層氣成藏（尤其是煤層經歷生氣高峰）以后，多數聚煤盆地會經歷回返抬升和后期演化，從而控制現今煤層氣藏的富集程度[27]。以沁水盆地的煤層氣藏為例，該盆地屬于構造活動較弱的克拉通內斷陷盆地[28-29]，其構造改造強度介于其西側的鄂爾多斯盆地與其東側太行山以東后期構造運動強烈改造的華北東部斷塊含煤區之間，燕山期—喜馬拉雅期中期煤層抬升至逸散帶時間介于距今0～27 Ma，抬升回返時間晚且短，有利于煤層氣的保存[30]。

煤系氣成藏受后期構造改造，發生一定的抬升、剝蝕，使得儲、蓋層組合及成藏過程實現最佳配置組合，以蘇里格氣田為例，該氣田成藏關鍵時期為晚侏羅紀—早白堊紀[31]，在白堊紀末期，鄂爾多斯盆地發生大規模抬升和剝蝕，地層壓力下降，導致煤系天然氣發生解吸膨脹、運移至成藏[32]，實現了成藏耦合與源儲共生的緊密結合[33]。

另外，改造后期的斷層發育對煤層氣的富集具有一定的控制作用，距離斷層越近，煤層含氣量越低。蜀南地區沐愛區塊地震解釋表明，白色區域為斷層發育區，煤層含氣量普遍較低，紅色區域遠離斷層，煤層含氣量普遍較高。結合含氣量測試結果分析，距離斷層發育1個井距附近，煤層含氣量低，多小于8.7 m3/t，區塊內的小斷層對含氣量的影響范圍較小（圖3）。

2.4 地層傾角

地層傾角越小，說明構造改造程度越低，流體壓力差別不顯著、地層能量相對穩定，即處于均勢狀態，能夠氣藏側向穩定越利于煤層（系）氣藏的資源規模發育。如果地層傾角較大，一般不利于煤層（系）氣藏的形成，即使形成氣藏，其資源規模也較小，不易形成大氣藏。國內外勘探開發實踐表明，資源規模大的煤層（系）氣藏地層傾角大多小于5°，地層傾角大，區域性封蓋條件好的地區，盡管含氣量較高，但整體規模較小。以準噶爾盆地南緣阜康水磨溝—四工河區塊為例，該區塊為一個不對稱向斜，兩翼地層傾角大，南翼傾角60°～74°，北翼傾角40°～60°。南翼除43號煤層，其余煤層直接與地表連通，煤層中裂隙發育，形成對外開放體系，靠近地

表煤層露頭部位的氣體向外逸散，形成甲烷風化帶，煤層氣資源量僅有120×108m3[34]。

圖3 基于地震解釋的蜀南地區沐愛區塊斷層分布及煤層氣井含氣量數據圖

3 封閉體系要素組合類型及模式

通過對區域性蓋層的穩定性、直接蓋層頂底板巖性的組合關系、后期構造運動的改造強度及地層傾角等封閉體系要素進行組合分析，認為以下3種組合類型可形成3種富集模式：“三明治”式煤層氣藏、煤層氣—砂巖氣共生氣藏及煤成砂巖氣藏（表4）。

3.1 “三明治”式煤層氣藏富集模式

區域性泥巖蓋層及泥巖底板發育穩定、連續，直接頂、底板巖性致密，突破壓力高，后期構造抬升—回返幅度小。煤層既是儲層又是烴源巖層，從結構上看，煤層位于致密巖性之間的“夾層”，儲蓋組合呈現出“三明治”式結構，上、下封蓋層均為區域性泥巖，形成了良好的封閉體系，利于氣藏大面積分布，呈廣覆式分布的特征（圖4-a）。

3.2 煤層氣—砂巖氣共生氣藏富集模式

區域性泥巖蓋層及泥巖底板發育穩定、連續，直接頂、底板巖性為砂巖，煤層是烴源巖層，煤層和砂巖層是共生儲層，兼有“自生自儲”及“內生外儲”的特點[35]。構造抬升、剝蝕引起壓力降低，煤層及直接頂、底板砂巖層產生一定的裂隙，為煤層吸附氣解吸、擴散及運移至砂巖層提供了儲集空間，上、下封蓋層均為區域性泥巖，形成了良好的封閉體系。具有煤層吸附氣連續分布、砂巖游離氣藏局部發育的特點（圖4-b）。

3.3 煤成砂巖氣藏富集模式

煤系地層區域性泥巖蓋層及泥巖底板發育穩定、連續，但是煤層薄，資源規模小，不具備煤層氣經濟開發價值。構造抬升剝蝕產生構造裂隙和小規模的開放性斷層形成良好的運移通道，又使得煤層產生的氣體運移、聚集在煤層附近上下的砂巖，砂巖含氣性好，物性好，在以泥巖為圍巖的巖性圈閉條件下形成砂巖氣藏（圖4-c）。

4 我國煤層（系）氣勘探新思路

目前我國煤層氣商業開發主要集中在煤層埋深1 000 m以淺的有利區，多為“三明治”式煤層氣藏富集模式，而我國煤層埋藏1 000 m以深煤層氣資源量巨大，特別是鄂爾多斯盆地東部和準噶爾盆地，最新的評價結果顯示，鄂爾多斯盆地東部煤層埋深介于1 200～2 000 m的煤層氣資源量為2.749×1012m3，2 000 m以深煤層氣資源量為7.97×1012m3。準噶爾盆地彩南地區埋深3 000 m以淺煤層氣資源量為1.658 7×1012m3，砂巖氣資源量為4 580×108m3[36]。要實現深部煤層氣規模效益開發，需要轉變思路，將煤系地層看作一個整體，開展封閉體系的評價，根

據封閉條件要素組合類型及模式（表4），優選煤系氣共生成藏的有利目標區。

表4 封閉體系要素組合類型及模式表

圖4 煤層（系）氣藏富集模式圖

鄂爾多斯盆地東部下石盒子組7段區域泥巖蓋層廣泛發育，構成區域頂板，本溪組泥巖廣泛發育構成區域底板，后期構造回返幅度小，斷層不發育、地層平緩（一般小于5o），形成良好的封閉體系。石炭系—二疊系發育2套主力煤層和多套主力砂巖，煤系氣富集，形成煤層氣—砂巖氣共生氣藏富集模式，神木、臨縣—興縣、石樓西、大寧—吉縣等地區在二疊系深部（1 200～3 000 m）盒8段、山2段、太原組等煤系地層勘探陸續獲得突破。

準噶爾盆地目前是西北地區煤層氣勘探開發熱點地區，目前煤層氣開發集中在盆地東南緣，而盆地腹部彩南地區煤系氣勘探也獲得較好的效果，該區西山窯組煤層頂底板泥巖發育，煤層厚度介于5～20 m，屬于“三明治”式煤層氣藏富集模式；八道灣組上段煤層與砂巖互層發育，煤層厚度介于2～16 m，砂巖厚度介于10～50 m，侏羅系煤系上部三工河組湖相泥巖區域發育，厚度超過30 m，下部八道灣組底部湖相泥巖發育，厚度大于20 m，二者對煤系氣形成了良好的封堵，形成煤層氣—砂巖氣共生氣藏（圖5）。該區斷層不發育且規模較小，后期構造穩定，地層傾角小于5o，多口井獲得高產氣流。淺部尋找“三明治”式煤層氣富集目標以及深部尋找“三明治”

式煤層氣和煤層氣—砂巖氣共生氣藏富集目標是準噶爾盆地主要勘探方向。

圖5 準噶爾盆地彩南地區八道灣組三一段成藏組合圖

5 結論

1）封閉體系控制煤層（系）氣富集成藏全過程，封閉條件好，煤層含氣量高，煤系砂巖天然氣富集；反之，封閉條件差，煤層含氣量低，煤系砂巖含氣性差。

2）封閉體系分為上封隔層和下封隔層，上封隔層要素包括區域性蓋層、直接頂板巖性、后期構造運動的改造強度及地層傾角等；下封隔層要素包括區域性底板、直接底板巖性等。煤系地層具備展布穩定的區域蓋層、區域底板，成藏期后構造抬升—回返幅度小，斷層封閉性好且規模小、地層平緩的地區具備煤層（系）氣富集條件。

3）根據封閉體系要素組合類型及成藏特點，可劃分出3種煤層（系）氣富集模式：“三明治”式煤層氣藏、煤層氣—砂巖氣共生氣藏及煤成砂巖氣藏.

4）指出鄂爾多斯盆地東緣、準噶爾盆地淺部尋找“三明治”式煤層氣富集目標以及深部尋找“三明治”式煤層氣和煤層氣—砂巖氣共生氣藏富集目標是準噶爾盆地主要勘探方向。

[1] 宋巖, 秦勝飛, 趙孟軍. 中國煤層氣成藏的兩大關鍵地質因素[J]. 天然氣地球科學, 2007, 18(4): 545-553.

Song Yan, Qin Shengfei, Zhao Mengjun. Two key geological factors controlling the coalbed methane reservoirs in China[J]. Natural Gas Geoscience, 2007, 18(4): 545-553.

[2] 孫粉錦, 王勃, 李夢溪, 梁宏斌. 沁水盆地南部煤層氣富集高產主控地質因素[J]. 石油學報, 2014, 35(6): 1070-1079.

Sun Fenjin, Wang Bo, Li Mengxi, Liang Hongbin. Major geological factors controlling the enrichment and high yield of coalbed methane in the Southern Qinshui Basin[J]. Acta Petrolei Sinica, 2014, 35(6): 1070-1079.

[3] 秦勇, 傅雪海, 岳巍, 林大揚, 葉建平, 焦思紅. 沉積體系與煤層氣儲蓋特征之關系探討[J]. 古地理學報, 2000, 2(1): 77-84.

Qin Yong, Fu Xuehai, Yue Wei, Lin Dayang, Ye Jianping, Jiao Sihong. Relationship between depositional systems and characteristics of coalbed gas reservoir and its caprock[J]. Journal of Palaeogeography, 2000, 2(1): 77-84

[4] 傅雪海, 秦勇. 我國煤儲蓋層的成因類型、時空展布及控氣特征[J]. 中國煤炭地質, 2001, 13(2): 26-28.

Fu Xuehai, Qin Yong. Genetical type, time area distribution and gas controlled features of coal reservoir caprock in China[J]. Coal Geology of China, 2001, 13(2): 26-28.

[5] 趙慶波, 孫粉錦, 李五忠. 煤層氣勘探開發地質理論與實踐[M].北京: 石油工業出版社, 2011.

Zhao Qingbo, Sun Fenjin, Li Wuzhong, Geological theory and practice of CBM exploration & development[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2011.

[6] 洪峰, 宋巖, 趙孟軍, 柳少波, 秦勝飛, 傅國友. 沁水盆地蓋層對煤層氣富集的影響[J]. 天然氣工業, 2005, 25(12): 34-36.

Hong Feng, Song Yan, Zhao Mengjun, Liu Shaobo, Qin Shengfei, Fu Guoyou. Cap rock influence on coalbed gas enrichment in Qinshui Basin[J]. Natural Gas Industry, 2005, 25(12): 34-36.

[7] 宋巖, 張新民, 柳少波, 陶明信, 解光新, 湯達禎, 等. 中國煤層氣地質與開發基礎理論[M]. 北京: 科學出版社, 2012.

Song Yan, Zhang Xinmin, Liu Shaobo, Tao Mingxin, Xie Guangxin, Tang Dazhen. Basic geological and development theory of CBM in China[M]. Beijing: Science Press, 2012.

[8] 劉占勇. 白額勘探區含煤巖系沉積環境及其對煤層氣富集的影響[J]. 河北工程大學學報: 自然科學版, 2012, 29(2): 53-56.

Liu Zhanyong. The depositional environment of the coal-bearing strata and its impact on coalbed methane enrichment in Bai'e exploration area[J]. Journal of Hebei University of Engineering: Natural Science Edition, 2012, 29(2): 53-56.

[9] 周芊芊. 沁水盆地和順區塊煤層氣富集地質控制因素分析[J].中國煤層氣, 2013, 10(2): 12-15.

Zhou Qianqian. Geological control law of coalbed methane accumulation of Heshun Block in Qinshui Basin[J]. China Coalbed Methane, 2013, 10(2): 12-15.

[10] 鄧春苗, 湯達禎, 許浩, 陶樹. 彬長地區延安組沉積作用對煤層氣賦存的影響[J]. 潔凈煤技術, 2011, 17(2): 82-84.

Deng Chunmiao, Tang Dazhen, Xu Hao, Tao Shu. Analysis on the influence of deposition of Yan'an Formation in Binchang district on coalbed methane concentration[J]. Clean Coal Technology, 2011, 17(2): 82-84.

[11] 楊福忠, 祝厚勤. 澳大利亞煤層氣地質特征及勘探技術——以博文和蘇拉特盆地為例[M]. 北京: 石油工業出版社, 2013.

Yang Fuzhong, Zhu Houqin. Geological features of and exploration technologies for CBM in Australia—A case study of Bowen and Surat Basins[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 2013.

[12] Walter B, Ayers J. Coalbed gas systems, resources, and production and a review of contrasting cases from the San Juan and Powder River Basins[J]. AAPG Bulletin, 2002, 86(11): 1853-1890.

[13] Bastian PA, Wirth O, Wang L, Voneiff GW. Assessment and development of the dry Horseshoe Canyon CBM Play in Canada[C]//SPE Annual Technical Conference and Exhibition, 9-12 October 2005, Dallas, Texas, USA. DOI: http://dx.doi. org/10.2118/96899-MS.

[14] Zhang E, Hill RJ, Katz BJ, Tang Y. Modeling of gas generation from the Cameo Coal Zone in the Piceance Basin, Colorado[J]. AAPG Bulletin, 2008, 92(8): 1077-1106.

[15] Tyler R, Ambrose WA, Scott AR, Kaiser WR. Evaluation of the coalbed methane potential in the Greater Green River, Piceance, Powder River, and Raton Basins[C]// 43rdAnnual Field Conference Guidebook, Wyoming Geological Association, 2016.

[16] 傅廣, 陳章明, 姜振學. 蓋層封堵能力評價方法及其應用[J].石油勘探與開發, 1995, 22(3): 47-48.

Fu Guang, Chen Zhangming, Jiang Zhenxue. The study on the characteristics and evolution regularity of product of gas under pyrolysis simulation experiments[J]. Petroleum Exploration and Development, 1995, 22 (3): 47-48.

[17] 魯青青. 烏爾遜凹陷油氣保存條件及成藏作用研究[D]. 大慶:大慶石油學院, 2006.

Lu Qingqing. Research on preservation conditions of oil and gas and reservoir-forming process in Wuerxun Depression[D]. Daqing: Daqing Petroleum Institute, 2006.

[18] 馮赫青. 徐深氣田營城組一段蓋層封氣有效性研究[D]. 大慶:東北石油大學, 2013.

Feng Heqing. Research on sealing gas effectiveness of cap rock of the first member of the Yingcheng Formation in Xushen Gas Field[D]. Daqing: Northeast Petroleum University, 2013.

[19] 馬永生, 樓章華, 郭彤樓, 付曉悅, 金愛民. 中國南方海相地層油氣保存條件綜合評價技術體系探討[J]. 地質學報, 2006, 80(3): 406-417.

Ma Yongsheng, Lou Zhanghua, Guo Tonglou, Fu Xiaoyue, Jin Aimin. An exploration on a technological system of petroleum preservation evaluation for marine strata in South China[J]. Acta Geologica Sinica, 2006, 80(3): 406-417.

[20] 李明誠, 李偉, 蔡峰, 孫大明. 油氣成藏保存條件的綜合研究[J]. 石油學報, 1997, 18(2): 41-48.

Li Mingcheng, Li Wei, Cai Feng, Sun Daming. Integrative study of preservation conditions of oil and gas pools[J]. Acta Petrolei Sinica, 1997, 18(2): 41-48.

[21] 趙孟軍, 洪峰. 中國煤層氣富集的主控因素及分布區帶討論[M]//宋巖編. 煤層氣成藏機制及經濟開采理論基礎. 北京:科學出版社, 2005.

Zhao Mengjun, Hong Feng. Discuss the main controlling factors of coalbed methane enrichment and distribution zones of China[M]//Song Yan, ed. Mechanism of the coalbed methane mining theory and the economic base. Beijing: Science Press, 2005.

[22] 李國平, 鄭德文, 歐陽永林, 馮恩源. 天然氣封蓋層研究與評價[M]. 北京: 石油工業出版社, 1996.

Li Guoping, Zheng Dewen, Ouyang Yonglin, Feng Enyuan. Study and evaluation of natural gas seals[M]. Beijing: Petroleum Industry Press, 1996.

[23] 陳榮書. 天然氣地質學[M]. 武漢: 中國地質大學出版社, 1989.

Chen Rongshu. Natural gas geology[M]. Wuhan: China University of Geosciences Press, 1989.

[24] Wang Bo, Xu Fengyin, Jiang Bo, Chen Weiyin, Li Ming, Wang Linlin. Studies on main factor coupling and its control on coalbed methane accumulation in the Qinshui Basin[J]. Energy Exploration and Exploitation, 2013, 31(2): 167-186.

[25] 秦勇, 梁建設, 申建, 柳迎紅, 王存武. 沁水盆地南部致密砂巖和頁巖的氣測顯示與氣藏類型[J]. 煤炭學報, 2014, 39(8): 1559-1565.

Qin Yong, Liang Jianshe, Shen Jian, Liu Yinghong, Wang Cunwu. Gas logging shows and gas reservior types in tight sandness and shales from Southern Qinshui Basin[J]. Journal of China Coal Society, 2014, 39(8): 1559-1565.

[26] 欒偉娜, 林玉祥, 吳玉琛. 沁水盆地煤巖頂板致密砂巖氣充注過程及運移機理研究[J]. 山東科技大學學報: 自然科學版, 2015, 34(3): 38-44.

Luan Weina, Lin Yuxiang, Wu Yuchen. Filling process and migration mechanism of tight sandstone gas on the coal rock roof in Qinshui Basin[J]. Shandong University of Science and Technology Journal: Natural Science Edition, 2015, 34 (3): 38-44.

[27] 宋巖, 趙孟軍, 柳少波, 王紅巖, 陳振宏. 構造演化對煤層氣富集程度的影響[J]. 科學通報, 2005, 50(增刊1): 1-5.

Song Yan, Zhao Mengjun, Liu Shaobo, Wang Hongyan, Chen Zhenhong. Influence of structural evolution to coalbed methane accumulation[J]. Chinese Science Bulletin, 2005, 50(S1): 1-5.

[28] 金振奎, 王春生, 張響響. 沁水盆地石炭—二疊系優質煤儲層發育的沉積條件[J]. 科學通報, 2005, 50(增刊1): 32-37.

Jin Zhenkui, Wang Chunsheng, Zhang Xiangxiang. Deposition conditions of high quality reservoir development of Permo-Carboniferous coal in Qinshui Basin[J]. Chinese Science Bulletin, 2005, 50(S1): 32-37.

[29] 楊克兵, 嚴德天, 郭建東, 黃金川, 陳必武. 沁水盆地南部煤系地層層序及聚煤控制因素[J]. 天然氣勘探與開發, 2014, 37(3): 24-27.

Yang Kebing, Yan Detian, Guo Jiandong, Huang Jinchuan, Chen Biwu. Sequence and factors affecting accumulation in coal series, southern Qinshui Basin[J]. Natural Gas Exploration &

Development, 2017, 37(3): 24-27.

[30] 趙賢正, 朱慶忠, 孫粉錦, 楊延輝, 王勃, 左銀卿, 等. 沁水盆地高階煤層氣勘探開發實踐與思考[J]. 石油勘探與開發, 2015, 40(9): 2131-2136.

Zhao Xianzheng, Zhu Qingzhong, Sun Fenjin, Yang Yanhui, Wang Bo, Zuo Yinqing, et al. Practice of coalbed methane exploration and development in Qinshui Basin[J]. Journal of China Coal Society, 2015, 40(9): 2131-2136.

[31] 戴金星. 中國煤成大氣田及氣源[M]. 北京: 科學出版社, 2014.

Dai Jinxing. China coal into large gas field and gas source[M]. Beijing: Science Press, 2014

[32] 趙文智, 王紅軍, 卞從勝, 汪澤成, 柳廣弟. 我國低孔滲儲層天然氣資源大型化成藏特征及分布規律[J]. 中國工程科學, 2012, 14(6): 31-39.

Zhao Wenzhi, Wang Hongjun, Bian Congsheng, Wang Zecheng, Liu Guangdi. Large-scale accumulation characteristic and distribution law of low porosity and permeability reservoir in China[J]. Engineering Science, 2012, 14(6): 31-39.

[33] 鄒才能, 朱如凱, 吳松濤, 楊智, 陶士振, 袁選俊, 等. 常規與非常規油氣聚集類型、特征、機理及展望——以中國致密油和致密氣為例[J]. 石油學報, 2012, 33(2): 173-187.

Zou Caineng, Zhu Rukai, Wu Songtao, Yang Zhi, Tao Shizhen, Yuan Xuanjun, et al. The types, characteristics, mechanism and prospect of conventional and unconventional hydrocarbon accumulatings: Take tight oil and tight gas in China as an instance[J]. Acta Petrolei Sinica, 2012, 33 (2): 173-187.

[34] 尹淮新. 新疆阜康煤礦區煤層氣資源勘探前景及開發建議[J].中國煤層氣, 2009, 6(2): 16-18.

Yin Huaixin. Prospect of exploration of CBM resources in Fukang Coal Mining Area in Xinjiang and recommendations on its development [J]. China Coalbed Methane, 2009, 6(2): 16-18.

[35] 陳剛, 秦勇, 李五忠, 申建. 鄂爾多斯盆地東部深層煤層氣成藏地質條件分析[J]. 高校地質學報, 2012, 6(2): 16-18.

Chen Gang, Qin Yong, Li Wuzhong, Shen Jian. Analysis of geological conditions of deep coalbed methane reservoiring in the eastern Ordos Basin[J]. Geological Journal of China Universities, 2012, 6(2): 16-18.

[36] 李五忠, 孫斌, 孫欽平, 楊焦生, 張義. 以煤系天然氣開發促進中國煤層氣發展的對策分析[J]. 煤炭學報, 2016, 41(1): 67-71.

Li Wuzhong, Sun Bin, Sun Qinping, Yang Jiaosheng, Zhang Yi. Analysis on coal-bed methane development based on coal measure gas in China and its countermeasure[J]. Journal of China Coal Society, 2016, 41(1): 67-71.

（修改回稿日期 2016-07-08 編 輯 羅冬梅）

CBM sealing system and its relationship with CBM enrichment

Ouyang Yonglin1, Sun Bin1, Wang Bo1, Tian Wenguang1, Zhao Yang1, Cao Haixiao2
(1. Langfang Branch of PetroChina Research Institute of Petroleum Exploration & Development, Langfang, Hebei 065007, China; 2. College of Petroleum Engineering, China University of Petroleum , Qingdao, Shandong 266580, China)
NATUR. GAS IND. VOLUME 36, ISSUE 10, pp.19-27, 10/25/2016. (ISSN 1000-0976; In Chinese)

It is of great significance to study the controlling effect of sealing systems on CBM enrichment in coalbed methane (CBM) exploration and development. In this paper, the relationships between CBM enrichment and geological elements were analyzed. The geological elements include sealing layers (e.g. regional cap rock, regional floor, and immediate roof and floor), later structural adjustment and strata production status. It is shown that CBM tends to enrich in the areas where regional mudstone cap rocks and floors are distributed stably, structures are uplifted and inversed slightly after the hydrocarbon accumulation period and the strata is gentle in a balanced state. Then, the concept of sealing system was put forward based on the worldwide CBM exploration and development practices over the years. A sealing system refers to a geological unit composed of a lateral stable zone and cap rock which prevents gas from migrating upward and downward. In a sealing system, CBM can get enriched and coal-measure gas can also be accumulated. Finally, three gas reservoir types (i.e., sandwich-type CBM reservoir, associated CBM-sandstone gas reservoir and coal-derived sandstone gas reservoir) were identified based on the configuration relationships between elements of the CBM (or coal-measure gas) sealing system. It is recommended to change the exploration ideas from simple CBM exploration to 3D CBM and coal-measure gas exploration. In addition, an evaluation index system of CBM (or coal-measure gas) geological selection was established. It is pointed out that good application effects may be realized if the stereoscopic CBM and coal-measure gas exploration is applied in the Junggar Basin and the eastern margin of the Ordos Basin.

Coalbed methane (CBM); Coal-measure gas (CMG); Enrichment; Sealing system; Sealing layer; Regional cap rocks; Roof and floor; Fault; Gentle formation; Stereoscopic exploration

10.3787/j.issn.1000-0976.2016.10.003

國家科技重大專項“大型油氣田及煤層氣開發”（編號：2016ZX05041-002、2016ZX05041-005）。

歐陽永林，1958年生，教授級高級工程師，碩士；現任中國石油勘探開發研究院廊坊分院副院長，主要從事油氣地球物理和煤層氣勘探等方面的研究工作。地址：（065007）河北省廊坊市萬莊44號信箱。ORCID: 0000-0001-9240-4966。E-mail: ylinoy@ petrochina.com.cn

孫斌，1969 年生，高級工程師，博士；主要從事煤層氣勘探部署等方面的研究工作。地址：（065007）河北省廊坊市萬莊44號信箱。E-mail: s-bin@petrochina.com.cn