煤层气地质特征及成藏条件

网上有关“煤层气地质特征及成藏条件 ”话题很是火热,小编也是针对煤层气地质特征及成藏条件寻找了一些与之相关的一些信息进行分析 ,如果能碰巧解决你现在面临的问题,希望能够帮助到您 。

(一)煤层气地质特征

1.含煤地层及煤层

沁水盆地含煤地层主要是上石炭统太原组和下二叠统山西组。本溪组和下石盒子组均只含薄煤层或煤线,无煤层气评价意义。

(1)太原组

该组以K1砂岩为底 ,K7砂岩之底为其上界,总体上呈北厚南薄的特点 。含煤4~14层,由下至上计有16号、15号 、13号、12号、11号 、10号、9号、8号 、7号及6号煤层。下部15号煤厚度大 ,横向稳定,是区内的最主要的煤层之一。全组煤层厚0.4~19.4m,平均6.36m 。在北部榆次~老1井一带厚度小 ,仅2m左右 ,具东西两侧厚度增厚达10m以上。富煤带位于阳泉~榆社一带,西北部文水、交城煤层较厚,超过18m ,在南部仅西南的沁水一带较厚达8m,向东、向北减薄为2~4m。整个盆地太原组的贫煤区位于太谷 、沁源 、古县、安泽、长子等地区,这些地区煤层厚度小于2m 。

(2)山西组

以K7灰岩与太原组分界 ,上界为K8砂岩之底 。厚度变化趋势为北厚南薄。含煤2~7层,由下至上有5号 、4号、3号、2号及1号煤层,3号为主煤层。本组煤层总厚0.25~11.51m ,平均4.94m,榆次~沁源~安泽~沁水向斜轴部煤层厚度小,一般在2m以内 ,其两侧及西南部增厚达6~8m 。富煤带位于左权~榆次~武乡一带,厚度10m左右,文水亦是一聚煤中心 ,厚度11.15m ,长治~阳城一线为南部富煤中心,特别是潘2井 、晋试1井煤层较厚,在6m左右(图6-4)。

2.煤岩煤质特征

(1)宏观煤岩类型

沁水盆地各种煤层均由腐植煤构成 ,其宏观煤岩组分以亮煤为主,暗煤次之,镜煤和丝炭较少。煤岩组成上 ,光亮成分相对富集,多以条带状、线理状密集分布,具贝壳状或阶梯状断口 ,内生裂隙发育 。暗淡成分含量相对低,且以宽条带或透镜状分布,阶梯状或参差状断口 ,致密均一。

依据各煤岩成分在煤层剖面上的自然组合及平均光泽强度,沁水盆地的宏观煤岩类型划分为四类:光亮型、半亮型 、半暗型和暗淡型,其中山西组煤岩类型以半亮煤和半暗煤为主 ,太原组煤层以半亮和光亮型为主。在横向上山西组和太原组主要煤层由北向南光亮型、半光亮型煤含量增高 ,半暗淡型煤含量逐渐降低 。

图6-4 沁水盆地太原组煤层厚度分布图

(2)显微煤岩组分

沁水盆地山西组镜质组含量在45%~70%之间,惰质组含量20%~36%;太原组镜质组含量在65%~80%之间,惰质组含量16%~30%。太原组镜质组含量高于山西组 ,而惰质组含量低于山西组。

显微煤岩特征在剖面上的变化具有明显的规律性,从顶部主采煤层(3号煤)到底部主采煤层(15号煤),镜质组含量逐渐增加 ,惰质组逐渐减少,矿物质趋向于增多,镜质组反射率明显变大 ,其差别有时可达一个煤级 。显微煤岩特征的这种变化反映了本区的沉积环境的渐变历史及煤演化的基本趋势。

本区煤中镜质体主要由均质镜质体和基质镜质体组成,结构镜质体较少见,另外还有团块镜质体和胶质镜质体等。

山西组煤层挥发分在7.03%~38.92%之间(个别地区较高) ,平均为17.23%;太原组各主要煤层的挥发分一般在8.98%~21.39%之间,平均值为14.36% 。显然山西组煤比太原组挥发分高 。

太原组煤的灰分在4.8%~25.49%,平均为13.26% ,而以霍县、沁源等地最高 ,西山煤田15#煤最低。山西组煤的灰分一般在2.6%~24.15%,平均11.11%,略低于太原组 ,灰分总的变化趋势是西高东低。

(3)煤级

沁水盆地的煤种比较齐全,从气煤到无烟煤都有,但以变质烟煤和无烟煤为主 ,是华北石炭—二叠系高变质煤的重要地区,无烟煤储量最多,分布面积最大 。

山西组的煤级以贫煤 、瘦煤和无烟煤为主 ,其次还有焦煤、肥煤和气煤;盆地中部主要为贫煤和无烟煤,周围被瘦煤包围,而盆地南部基本上为无烟煤 ,盆地西部主要为气煤和焦煤。太原组的煤级分布基本上同山西组,但气煤比山西组分布面积小。

从整个盆地煤种平面分布来看,西部以焦煤和气煤为主 ,东部以瘦煤和贫煤为主 ,北部以瘦煤、贫煤和无烟煤为主,而南部基本上为无烟煤 。

3.含气性特征

沁水盆地山西组和太原组煤层的含气量总体变化特征是,从盆地周边向盆地内部含气量逐渐增高(见附图) ,由盆地边缘的6 m3/t左右逐渐增高到盆地轴部26~30 m3/t,反映高煤级背景下,含气量随上覆有效地层厚度增加而提高(图6-5 、图6-6 、图6-7)。煤变质程度对含气性的控制作用也很明显 ,煤级越高含气量越高,如屯留井田、寿阳矿区韩庄井田和阳城矿区,前两个地区分别为瘦煤(R max1.73%)和贫煤(Romax1.8%~2.4%) ,阳城矿区为无烟煤(Romax4.1%),在煤层上覆有效地层厚度相同,均为500m的条件下 ,最高含气量前两个地区为16.5~17m3/t,阳城矿区为38m3/t。

(二)成藏条件

1.煤层厚度大、分布稳定,热演化程度高 ,生气量大 ,含气量高

煤层总厚度大多在5m以上,区内煤层气勘探主要目的层石炭—二叠系山西组3号和太原组9号煤厚度稳定,在盆地内分布广 。沁水盆地煤的变质程度普遍较高 ,R0值一般在1.5%~4.5%之间,煤阶主要为无烟煤Ⅲ号 、贫煤和瘦煤。据热模拟实验结果,煤由褐煤热演化至瘦煤阶段时 ,产气量已经达到14m3/t,至无烟煤Ⅲ号时,产气率已达280m3/t ,已远远超出煤层自身的吸附能力。

图6-5 寿阳矿区韩庄井田上覆有效厚度与含气量关系图

图6-6 潞安矿区屯留井田山西组3号煤上覆有效厚度与含气量关系图

图6-7 晋城潘庄井田煤层上覆有效厚度与含气量关系图

2.煤储层割理发育,构造线交汇部位裂隙发育,煤层气产出条件有利

盆地内煤层普遍发育两组割理 ,3号煤面割理走向在N15°~66°E之间,端割理走向N5°~84°W之间;15号煤面割理走向在N20°~30°E之间,端割理走向N3b~88b W之间;割理密度:3号煤介于173~604条/m之间 ,区域分布规律是由北往南割理变发育;15号煤介于530~580条/m之间 ,盆地范围内割理密集,分布较均匀 。

煤层渗透性还与构造裂隙发育程度有关,在盆地范围内发育三组构造线 ,即北北东向、近南北和北东东向,它们代表着不同时期的构造运动。在不同期次构造线的交汇部位,形成了裂缝发育带 ,大大改善了煤储层的渗透性。

在煤层割理和构造裂隙发育区,煤层渗透性得到很大程度的改善,形成高渗区 ,有利于煤层气产出 。在盆地南部潘庄井田,煤层试井渗透率为1.53mD,局部地区高达3~5mD 。

3.煤层上覆有效厚度较大 ,水动力条件好,煤层气保存条件有利

由于燕山和喜山期的构造运动未使区内发生强烈构造变形,风化剥蚀作用并不强烈 ,在盆地周边和盆地中心仍保留了较厚的煤层上覆有效厚度 ,特别是樊庄区块,3号煤直接泥岩盖层厚度达50余米,因此现今的含气量仍然较高。

根据钻孔抽水试验数据 ,沁水煤田不同层段水文地质情况存在较大差别。由各主要含水层计算的静水压力梯度看出:煤系含水层静水压力梯度为0.21~0.62MPa/hm,平均为0.35~0.48MPa/hm;上石盒子组含水层静水压力梯度平均为0.62MPa/hm,第四系松散含水层的静水压力梯度平均为0.82MPa/hm 。这些不同的数据表明 ,盆地各含水层之间没有形成明显的水力联系,煤系为一个近似独立封闭的水文系统,对煤层气的保存有利(表6-8)。

表6-8 沁水盆地含水层压力统计表(张培河 ,2002)

在煤的形成过程中伴随着3种副产品生成——甲烷、二氧化碳和水。由于甲烷是可燃性气体,又深藏在煤层之中,所以人们称它为“煤层气” 。

甲烷一旦产生 ,便吸附在煤的表面上。甲烷的产生量与煤层深浅有关。一般来讲,煤层越深,煤层气越多 。

理想的煤层气条件是:煤层深度300米~900米 ,覆盖层厚度超过300米 ,煤层厚度大于1.5米,吨煤含气量大于8.51立方米,裂缝密度大于1.5米/条为好。

开采甲烷的关键问题有2个:一是使甲烷从煤的表面解吸下来 ,一般是靠降低煤层压力来解决,主要办法是通过深水移走来降低压力;二是让从煤层表面解吸下来的甲烷顺利穿过裂缝进入井孔。

煤层气如果得不到充分利用,会带来2大害处:一是在煤层开采过程中以瓦斯爆炸的形式威胁矿工的生命安全;二是每年全球有上千亿立方米的瓦斯进入大气中 ,对环境造成巨大污染 。所以,在很早以前人们就想把煤层气作为资源加以利用,让它化害为利 ,这便是人们开发利用煤层气的最初动因。

进入20世纪70年代后,受能源危机的影响,人们在寻找新能源方面的积极性空前高涨。在有天然气资源的地方 ,天然气备受青睐;在没有天然气的地区,煤层气便成为人们寻找中的理想新能源 。此外,随着开采和应用技术的进步以及显著的经济效益 ,又给煤层气的开发利用注入了新的动力 。

开发煤层气在经济上的优越性表现在几个方面:勘探费用低 、利润高、风险小、生产期长。其勘探费用低于石油的勘探费用 ,生产气井的成本也较低。一般来讲,煤层气的钻井成功率可达到90%以上,打一口井只需要2~10天 。浅层井的生产寿命为16~25年 ,4米井的生产寿命为23~25年。

现有资料表明:全世界煤层气资源为113.2×1012~198.1×1012立方米。国外对煤层气的小规模开发利用始于上个世纪50年代,大规模开发利用则是从80年代开始的 。

目前,美国煤层气的开采在世界上居领先地位 ,每天煤层气产量已超过2800万立方米。中国煤炭储量为1×1012吨,产量居世界首位,煤层气资源为35×1012立方米 ,相当于450亿吨标准煤,与中国常规天然气资源相当,已成为世界上最具煤层气开发潜力的国家之一。

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    海白 2026年04月04日

    我是物智号的签约作者“海白”

  • 海白
    海白 2026年04月04日

    本文概览:网上有关“煤层气地质特征及成藏条件”话题很是火热,小编也是针对煤层气地质特征及成藏条件寻找了一些与之相关的一些信息进行分析,如果能碰巧解决你现在面临的问题,希望能够帮助到您。(...

  • 海白
    用户040405 2026年04月04日

    文章不错《煤层气地质特征及成藏条件》内容很有帮助