淺談陜北侏羅紀煤田煤層氣資源量及其賦存規(guī)律

1、<p>　　淺談陜北侏羅紀煤田煤層氣資源量及其賦存規(guī)律</p><p>　　摘要：陜北煤炭資源和煤層氣資源豐富，含煤面積廣，種類全，地質(zhì)條件由簡單到復(fù)雜，為探討煤層氣資源的賦存規(guī)律提供了豐富的素材。在陜北侏羅紀煤田煤層氣開發(fā)中，應(yīng)選擇煤層厚度大，變質(zhì)程度高，含氣量大的區(qū)域，并要考慮有利于煤層氣的存儲和排采的條件。 </p><p>　　關(guān)鍵詞：陜北侏羅紀煤田；煤層氣；賦存規(guī)律；地

2、質(zhì)構(gòu)造；開采 </p><p>　　中圖分類號：F407.1文獻標識碼：A </p><p><b>　　煤層氣概述 </b></p><p>　　煤層氣俗稱“瓦斯”，它是成煤過程中生成、并以吸附狀態(tài)賦存于煤層的自儲式天然氣體。最新的全國煤層氣資源預(yù)測結(jié)果顯示，中國煤層氣資源總量約為31.46萬億立方米，與陸上常規(guī)天然氣資源量相當(dāng)，是繼俄羅斯、

3、加拿大之后的第三大煤層氣儲量國。煤層氣是近二十年在世界上崛起的新型能源，具有采收率較高（一般30%～60%，最高可達80%）、發(fā)熱量高（達33.44～37.62MJ/m3）等優(yōu)點，但是目前勘探開發(fā)成本較高，開發(fā)利用技術(shù)還有待于進一步提高。開發(fā)煤層氣這一新型能源對緩解國民經(jīng)濟發(fā)展中能源的供求矛盾，改善我國的能源結(jié)構(gòu)，減少煤礦瓦斯災(zāi)害，改善大氣環(huán)境，以及促進我國社會與經(jīng)濟的協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展等方面都具有重大的現(xiàn)實意義和戰(zhàn)略意義。 </p&

4、gt;<p>　　陜北侏羅紀煤田煤層氣資源特征 </p><p>　?。ㄒ唬┟簩託赓Y源量 </p><p>　　一直以來，陜北侏羅紀煤田煤層氣單層可采烴類氣體含量達不到4m3/t且礦井瓦斯涌出量低的礦區(qū)或勘探區(qū)，沒有開發(fā)價值。但是在2012年，地質(zhì)人員在鉆探中首次發(fā)現(xiàn)陜北侏羅紀煤田的煤層氣，該層段地質(zhì)層位為侏羅紀延安組含煤地層。這一發(fā)現(xiàn)打破了上世紀80年代以來認為侏羅紀煤田基

5、本沒有瓦斯賦存的論斷。 </p><p>　　黃陵礦區(qū)、焦坪礦區(qū)及彬長礦區(qū)，在小范圍內(nèi)，有少數(shù)孤立點甲烷含量達到4～8m3/t，對這部分煤層資源量進行了估算，三礦區(qū)估算煤層氣資源量計為26億m3。 </p><p>　　表侏羅紀煤田煤層氣資源量 </p><p>　　（二）煤層氣的特征 </p><p>　　侏羅紀煤田煤類為長焰煤和不粘煤，是

6、良好的動力用煤、氣化用煤和水煤漿用煤。煤層氣分帶呈南北展布，即礦區(qū)東西部大面積范圍內(nèi)為煤層氣風(fēng)化帶(CO2-N2帶)，中部為N2-CH4帶，局部地段甲烷富儲為CH4帶。煤層埋藏深度、煤變質(zhì)程度、鏡質(zhì)組含量、煤層的頂、底板泥巖厚度與煤層氣含量呈正相關(guān)關(guān)系。在頂、底板泥巖厚度>4 m時，其甲烷含量>2.5 ml/gdaf，當(dāng)泥厚度<4 m，其甲烷含量<2.5 ml/gdaf。 </p><p>

7、;　　煤氣層賦存規(guī)律及影響因素 </p><p>　?。ㄒ唬┟簹鈱淤x存規(guī)律 </p><p>　　本區(qū)煤層氣為干氣，所有樣品測試結(jié)果，重?zé)N含量均小于5%。煤層氣含量隨著埋藏深度加深而增大，其變化梯度為煤層埋深增加54.18m，含量增加1mL/g&#12539;r。其賦存規(guī)律受諸多地質(zhì)因素控制，與成煤環(huán)境、煤化程度、煤層厚度、沉積構(gòu)造及圍巖性質(zhì)等關(guān)系密切，構(gòu)成了本區(qū)煤層氣含量的分布格

8、局。其成分在橫向上的分帶表現(xiàn)為南北向，即礦區(qū)東、西部為氧化帶，中部為甲烷帶，以路家—小靈臺背斜鞍部的CO2-N2帶將中部地區(qū)分為南、北兩部分，南部大佛寺向斜區(qū)煤層氣相對富集，值得注意的是，上述數(shù)值均為鉆孔煤芯瓦斯樣測試值，比生產(chǎn)礦井實測值偏低。但由于勘查方法所限，目前尚無可靠的換算方法來得到準確的數(shù)據(jù)。因此，在應(yīng)用數(shù)據(jù)時，應(yīng)充分考慮到其誤差。 </p><p>　?。ǘ┟簩託赓x存影響因素 </p>

9、<p>　　通過近年來對煤層氣勘探與研究，主要影響陜北侏羅紀煤田煤層氣賦存因素如下： </p><p>　　地質(zhì)構(gòu)造的控制作用 </p><p>　　煤層氣的富集規(guī)律受多種因素控制，其中構(gòu)造因素是很重要的。它控制了成煤作用的整個過程。成煤期前的構(gòu)造控制了聚煤的范圍及類型;成煤期的構(gòu)造從區(qū)域上控制了沉積環(huán)境的分布特征，造成不同煤田的組成及其煤層與厚度的差異;成煤期后的構(gòu)造控制了煤

10、的變質(zhì)程度，而產(chǎn)生了不同變質(zhì)階段的煤，進而控制了煤層的立氣能力;晚期的構(gòu)造對煤層氣的運移、保存和散逸起主導(dǎo)作用。張性正斷層的發(fā)育可大大提高煤層氣的逸散性能，甲烷可沿著發(fā)育的裂隙逸散至煤層以外的巖層中或地表。 </p><p>　　本區(qū)中侏羅世延安早期基底隆起比較發(fā)育，如礦區(qū)北部的七里鋪—西坡隆起及南部的兩亭—太峪隆起等，其間尚有次級隆起發(fā)育。礦區(qū)南部在近EW及NEE向基底隆起背景之上迭加近SN向構(gòu)造，使其呈古壟崗

11、與洼地地貌，具有一定的等間距性。成煤前期構(gòu)造，形成了煤系基底，控制了煤系地層及煤層的沉積厚度即氣源巖的厚度分布，背斜部位沉積薄或無沉積，向斜部位沉積厚，為生成煤層氣提供了物質(zhì)基礎(chǔ)；至延安中晚期地殼大部已被夷平，多數(shù)基底隆起消失，煤層亦不甚發(fā)育。 </p><p>　　2、聚煤環(huán)境及煤厚因素 </p><p><b>　?。?）聚煤環(huán)境 </b></p>

12、<p>　　區(qū)內(nèi)延安期沉積環(huán)境變化較大。早期隆起相對較低，為洼地沼澤，河流環(huán)境發(fā)育于東南部鄭家及西南部的普化一帶，呈南北向注入北部的古寶塔河，中部為彬縣湖泊三角洲、長武亭口湖灣區(qū)。中期彬縣一帶為湖泊三角洲區(qū)。晚期中部為淺湖沉積殘留區(qū)，范圍及厚度均較小。 </p><p>　　煤層沉積厚度從中部低洼的低位潮濕森林沼澤還原環(huán)境向東、西兩側(cè)及古高地方向，有周期性流水的高位沼澤弱還原環(huán)境逐漸變薄、尖滅。因此，礦

13、區(qū)中部向斜區(qū)厚度大、夾矸少而薄，古河道影響區(qū)及背斜部位煤層薄、夾矸層數(shù)多，處于煤層氣氧化帶。 </p><p><b>　　（2）煤層厚度 </b></p><p>　　煤層氣含量與煤層厚度呈正相關(guān)關(guān)系，是與煤層氣在煤層中的賦存狀態(tài)有關(guān)。礦區(qū)煤層孔隙率一般為7%-11%，最大可達15.15%。壓汞試驗表明，4煤層孔容為0.066ml/g。在煤體內(nèi)部微孔的表面可形成很大

14、的表面積，這樣就可使大量的煤層氣分子被吸附在煤體的微孔表面。由于煤層及鄰近的炭質(zhì)泥巖在成煤和成巖過程中，均可形成煤層氣，而煤層相對于炭質(zhì)泥巖具有較大的比表面積和較強的吸附能力。礦區(qū)煤層中煤層氣含量相對較低，但由于煤層厚度巨大，其所儲積的煤層氣資源量也相對較大。 </p><p><b>　　3、煤層埋深因素 </b></p><p>　　礦區(qū)煤層氣含量與煤層埋藏深度基

15、本上呈正相關(guān)關(guān)系。隨著煤層埋藏深度的增加，煤層氣主要成分甲烷的濃度也在增高，含量也增大。在不同的構(gòu)造部位有一定的差異，南部大佛寺向斜與彬縣背斜之間的傾斜帶部位，甲烷含量隨深度的增加而增加比較快；北部的雅店背斜南翼也相對較高；中部孟村向斜部位煤層埋深600m以淺，甲烷含量隨深度的增加變化不大；在煤層埋藏深度600m以深，有比較明顯地增加。 </p><p>　　煤層氣與煤層頂?shù)装宓年P(guān)系 </p>&l

16、t;p>　　煤層頂?shù)装鍘r性及其構(gòu)造發(fā)育是影響煤層氣富集的關(guān)鍵因素，以砂巖類為頂板的巖性對煤層氣的富集不利，而以泥巖、泥灰?guī)r灰?guī)r為頂板的煤層則有利于煤層氣的儲集。 </p><p><b>　　地下水活動 </b></p><p>　　地下水活動對煤層氣含量也有一定影響。主要表現(xiàn)在：地下水可驅(qū)動裂隙和孔隙中的煤層氣運移；地下水可帶動微溶于水的煤層氣一起流動；水分子

17、被吸附在孔隙、裂隙表面，減弱了煤層對甲烷的吸附能力；水體占據(jù)了煤層孔隙的空間，排擠了煤層中的游離甲烷。因此，地下水活動比較強烈的地區(qū)，煤層中的煤層氣含量比較小。反之，地下水活動微弱的地區(qū)，煤層中的煤層氣含量比較大。礦區(qū)延安組含煤地層富水性微弱，煤層含水率1.07%-2.83%，礦井反映的煤巷幾乎無水，因此，礦區(qū)地下水活動對煤層氣含量無大的影響。 </p><p>　　四、陜北侏羅紀煤田煤層氣的開采 </p&

18、gt;<p>　　礦區(qū)煤層氣埋藏深度適中，鉆井成本比較低；煤層結(jié)構(gòu)較好，大多數(shù)地區(qū)為塊狀，不易坍塌，且厚度巨大。不僅適宜于套管完井工藝，同樣也適宜于裸眼完井工藝。只是對于不同的構(gòu)造部位、煤層分布特征，要有針對性地采用不同地工藝。所存在的問題是，礦區(qū)煤層氣儲層壓力較低，需要人工升舉，抽出煤層中的水，使產(chǎn)層壓力降低后才能產(chǎn)氣。礦區(qū)主采4號煤層中部裂隙比較發(fā)育，且含少量裂隙水。正適宜采用此種方法抽排。同時，應(yīng)注意到本區(qū)煤層氣含量

19、的不均一性，即在煤層裂隙發(fā)育地帶，煤層氣相對富集。因此，選擇合理的布井方案，也十分重要。 </p><p><b>　　參考文獻 </b></p><p>　　[1]葉建平，范志強.中國煤層氣勘探開發(fā)開發(fā)技術(shù)進展[M].北京:地質(zhì)出版社，2006.9. </p><p>　　[2]張玉平，王國柱，馮勤科.陜西省高瓦斯煤礦勘查與地面抽采的應(yīng)用方向