1樓：中地數媒
一、煤層氣賦存具有分帶性特徵
煤層氣藏並非在原地、同期、一次形成，而是在含煤層系中經煤化作用不斷生烴，又受上覆沉積、斷裂構造和水動力作用不斷改造後形成。進而形成了具有內在聯絡的幾個帶。依據煤層氣δ13c1、非烴、甲烷含量和開採特點，由盆地邊緣向盆地腹地一般可劃分為4個帶（表4-1）：
（1）氧化散失帶。靠近風化剝蝕面，地層水與大氣淡水交替，煤層以含n2、co2為主，甲烷多被散失，不能進行煤層氣勘探。
（2）生物降解帶。含煤層系區域性受地表水網路狀微滲濾的影響，加之適宜的溫壓條件，為細菌繁殖提供了良好的環境，在厭氧條件下，烴類產生分解，δ13c1表現為輕的特徵。由於大氣淡水與煤層水交替，使有的煤層氣井開採中水大氣少，不是煤層氣有利勘探部位。
（3）飽和吸附帶。蓋層條件好，處於承壓水封閉環境，含氣量大，吸附飽和度高，煤層埋深適中，物性較好，氣井單井產量高，是煤層氣勘探的主要目標區。
（4）低解吸帶。位於構造低部位下斜坡或向斜區，煤層埋藏深，在壓實作用下煤儲層物性差，儘管有的含氣量大，但開採中可解吸率低，一般不作為勘探的重點區。
從以上可見，並非有煤均可勘探煤層氣，往往一個盆地煤層氣高產富集區僅分佈於區域性，其區帶分佈大小與地質因素有關。
二、煤層氣藏型別多樣
煤層氣有多種成藏模式，根據中國煤層氣勘探實踐，對煤層氣藏型別劃分如下：
（1）壓力封閉氣藏。上覆較厚且分佈穩定的泥頁岩、膏鹽巖作為蓋層，煤層上傾方向或側向上多為巖性尖滅或斷層遮擋，由欠壓實和蒙脫石脫水等作用形成高壓地層，氣態烴吸附量大，含氣量高，含水性差。這類高壓煤層氣藏已見於鄂爾多斯盆地東部地區，如河東地區華威1井煤層壓力系數約為1.
17。（2）承壓水封堵氣藏。常形成於寬緩向斜或斜坡中段，其斷裂不甚發育，煤系地層上、下部存在良好的泥、頁岩作為隔水層，特別是對於構造抬升盆地的高煤階氣藏，盆地早期下陷進入高熱變質作用階段，煤階高生氣量大；後期抬升鬆動，煤層物性變好，次生割理髮育，下傾有充足氣源供給，上傾部位形成承壓水封堵。這類氣藏後期沒有被水開啟，為原生氣藏。
沁水煤層氣田處於氣體運移的區域指向，而煤層由於上覆50m厚的泥岩蓋層，封蓋條件好，受北西—南東兩個方向的側向水封堵，在樊莊—潘莊一帶為區域性滯流水環境，形成構造變形差異聚集承壓水封堵煤層氣藏，水的總礦化度較高，氣藏的δ13c1重，一般為-28‰～-30‰，具原始氣藏特徵。
表4-1 中國中高煤階區煤層氣成因分帶特徵表
（3）頂板水網路狀微滲濾區域性封閉氣藏。煤層頂板泥岩較薄，橫向穩定性差，或處於張性斷層發育區，水體在含煤地層區域性沿煤層割理、裂隙網路狀微滲濾，水動力活動比較微弱，大部分地區對烴類起到一定封堵作用形成低丰度煤層氣藏，氣藏含氣量和吸附飽和度低。此類煤層氣藏開採中一般水大氣少。
（4）構造圈閉氣藏。構造圈閉的煤層氣藏在目前的煤層氣勘探開發中越來越受到重視，此類氣藏一般位於構造的相對高部位，煤層氣井高產，而且具有水小氣大的特徵，對於低煤階而言，構造圈閉尤為重要，由於低煤階煤層吸附能力差，遊離氣佔比較大，構造圈閉有利於遊離氣的儲存。
（5）礦化作用封閉氣藏。成岩作用可使煤層頂、底板原為滲透層（砂岩），後期為封蓋層（緻密砂岩），只要與煤層生氣高峰期匹配，對煤層氣成藏有利，如果匹配不好則對煤層氣成藏不利。
三、煤層氣高產富集的基本條件
煤層氣高產富集的基本條件受多種因素控制。以煤層氣形成的地質背景為主線，結合國內外煤層氣勘探實踐，初步總結出煤層氣高產富集因素主要有以下8個方面：
（一）煤層分佈廣、厚度大是煤層氣富集的根本條件
煤層氣資源的豐富程度與煤系地層的分佈、厚度及含氣量呈正相關關係，煤系地層這幾項引數愈大，煤層氣愈豐富。聚煤盆地（區）的煤層氣豐富程度是評價其有無煤層氣勘探價值的重要指標。一般認為，煤層連續分佈面積大於200km2，煤層集中段煤層總厚度大於10m，平面上主煤層連續穩定分佈，含氣量大於10m3/t，甲烷含量大於80%，有利於進行工業性煤層氣勘探。
（二）煤巖鏡質組含量高、灰分含量低有利於煤層氣生成、吸附和開採
煤的顯微組分含量、灰分含量和演化程度（煤階）不僅影響煤的生烴潛力，還影響著煤層對甲烷的吸附能力和煤層氣的開採能力。據熱模擬實驗，類脂組產氣能力最強，鏡質組次之，惰質組最差。因煤的顯微組分均以鏡質組為主，一般情況下均大於50%，所以它是產氣的最大貢獻者，也是吸附甲烷的主要參與者；鏡質組含量越高，煤層割理就越發育，滲透性越好，煤層氣越易於開採。
對不同煤階來說，其含氣量都有一定的變化範圍，但總體上看，含氣量隨煤階的增大而增高。低煤階的煤含氣量一般為2.5～7m3/t，高煤階的煤含氣量可達35m3/t。
煤的灰分是指煤中的礦物質。據其含量可劃分4個級別：灰分含量小於15%為低灰分，15%～25%為中灰分，25%～40%為較高灰分，大於40%為高灰分。
灰分含量愈低，煤質愈好，甲烷吸附量愈高。
鏡質組含量大於80%，灰分含量小於25%的煤層一般具有生氣率高、吸附量大（大於15m3/t）、可解吸率高的三高特點，有利於煤層氣富集高產。
（三）良好的蓋層是煤層氣藏儲存的必要條件
封蓋層對於煤層氣的儲存與富集具有十分重要的作用。良好的封蓋層可以減少煤層氣的向外滲流運移和擴散散失，保持較高地層壓力，維持最大的吸附量，減弱地層水對煤層氣造成的散失。在不同沉積環境下形成的不同型別封蓋層具有不同的封蓋能力。
泥岩微孔發育，封蓋能力強，且效能穩定，是良好的封蓋巖類。緻密砂岩與石灰岩的封蓋效能則有強有弱，取決於後期成岩作用的影響，如果在生氣高峰期以前為緻密巖性，則對煤層氣封蓋有效。另外，由於地區不同，地質作用的影響程度不同，同型別蓋層的封蓋效能也不一樣。
因此，應根據具體地區的地質條件區別對待，具體分析，以評價其對煤層氣儲存與富集的影響程度。
一般情況下，煤層泥、頁岩等直接蓋層厚5m以上，平面上連續穩定分佈，其上又有區域性蓋層，有利於阻止上部網路狀滲濾水對吸附氣的洗刷造成的散失，故對煤層氣儲存最為有利。沁水、鄂爾多斯盆地煤層氣富集規律顯示：河間灣沼澤相煤層厚，直接蓋層好，含氣量和產氣量高。
（四）岩漿熱變質作用有利於煤層氣富集
沁水盆地南部、遼寧阜新與鐵法盆地煤層氣高產井主要分部於區域岩漿熱變質區域。原因是在岩漿活動等熱事件作用下，增大了煤層生氣量和生氣強度，加上生烴史和構造史的良好配置，使得這些地區的含氣性普遍較好，含氣飽和度普遍較高。而且岩漿的熱力烘烤，使煤中有機質揮發，留下很多密整合群的渾圓狀或管狀氣孔，提高了儲層的孔隙度；岩漿侵入的動力擠壓與冷卻收縮，產生的外生裂隙與內生裂隙（割理）疊加，使煤層滲透性增強，因此煤層氣井往往高產。
但是，如果在火山岩侵入體與煤層接觸帶附近，由烘烤作用形成天然焦，則對煤層氣勘探不利。
例如遼寧阜新劉家區塊，該區塊2023年至今施工了70餘口煤層氣地面開發井，單井產氣量1000～8500m3/d，通過近年來劉家區煤層氣開發實踐證明，在靠近輝綠岩牆、岩床附近的煤層被侵入體烘烤，使煤變質程度增高，煤層氣含量大，內、外生裂隙極其發育，是煤層氣開發的理想區域。
（五）地下水滯留區有利於中、高煤階煤層氣儲存
地下水動力狀態也是影響煤層氣高產富集的因素之一。承壓水區水動力處於弱徑流－滯留區，表現為地層水礦化度較高，水動力較弱，有利於煤層氣的儲存和富集，統計結果表明一般中高煤階煤層含氣量隨地層水礦化度增高而增高（圖4-1），因此中高煤階高礦化度有利於煤層氣的儲存。
沁水盆地南部高煤階區下二疊統山西組礦化度大於1000mg/l的地域覆蓋了包括鄭莊、大寧、潘莊、樊莊、趙莊南在內的廣大地區。這一地區高礦化度地下水的存在，是本組含水層等勢面在該區坡度極為平緩或存在「窪地」的必然結果，共同反映出地下水高度滯流的重要特徵，對煤層中煤層氣的儲存極為有利。
圖4-1 沁水盆地南部煤層氣含氣量與礦化度的相關性圖
（六）適宜的水文地質條件有利於低煤階地區生物成因氣生成
低煤階煤層熱成因氣生氣量較少，但如有充足的大氣淡水補給、低礦化度、低硫酸鹽、低溫、缺氧，適宜的水動力條件下有利於甲烷菌的大量生長，具備大量生物氣生成的地質條件，配合良好的儲存條件，易於生物成因煤層氣藏的形成。
準噶爾盆地南緣位於天山北麓，天山溶水補給使得地層水礦化度較低，適宜的水動力條件有利於生物氣的生成。該地區昌試1甲烷δ13c為-64.6‰～-41.
9‰，清水河901孔侏羅系天然氣甲烷δ13c同位素為-52.1‰，δh 同位素為-233‰（生物成因氣小於-180‰），ci/c1-5為0.999，顯示出生物成因氣的特點（圖4-2）。
圖4-2 準噶爾盆地南緣次生生物氣生成模式圖
（七）地應力低值區煤層滲透性好，有利於煤層氣開採
構造應力是控制煤層滲透率最主要的因素，煤層滲透率與地應力一般呈負相關關係。
構造應力場中的低應力分佈區往往是裂縫高密度分佈帶，煤的割理系統發育程度決定了煤層滲透性的好壞，影響著煤層氣井的產量及勘探後期井網設計和強化處理方案的實施。煤層割理髮育，滲透率高，有利於大面積疏通吸附於煤顆粒基質表面的氣態吸附烴解吸。
寧武盆地南部高應力分佈區位於西部地區，該地區斷層發育，煤巖割理裂隙不發育，滲透性差，而低應力分佈區位於該區中東部地區，是高密度裂縫分佈帶，煤層滲透性好，煤層氣井產氣效果較好（圖4-3）。
圖4-3 大寧—吉縣地區煤儲層滲透率與原地應力關係圖
沁水盆地南部潘莊—大寧地區後期抬升幅度大，地應力得以釋放，處於低應力區，雖然煤巖演化程度高（最高ro大於4%），但煤層割理裂隙發育，滲透性較好，一般可達到1×10-3μm2以上，煤層氣井產氣效果好。
（八）盆地邊緣斜坡帶或構造高部位有利於煤層氣高產
處於盆地上斜坡帶或構造高部位是煤層氣富集高產的有利部位，原因有以下幾點：
（1）構造高部位往往為低勢區，是烴類運移指向區。上斜坡帶煤層早期煤層埋藏深，生氣條件好，煤層後期抬升幅度大，形成低勢區，成為烴類運移指向區，配合區域性分佈穩定的直接蓋層，易於形成高含氣、高飽和煤層氣藏。
（2）構造高部位割理髮育，煤層滲透性好。上斜坡帶處於盆地後期構造幅度大，煤層埋藏相對較淺，處於地應力相對低值區，張性裂隙發育，煤層滲透性好，利於煤層氣井高產。
（3）構造高部位在整體降壓情況下煤層氣井具有輸入型的產氣特徵。在整體降壓情況下，高部位容易優先形成面積降壓，處於構造高部位的煤層氣井一般產水量小，產氣量大的特徵。
例如大寧—吉縣地區，該地區構造形態呈「一隆、一坳、兩斜坡」特徵，既古驛—窯渠隆起、薛關—峪口坳陷和東西兩個斜坡帶（圖4-4）。分析認為位於古驛—窯渠背斜軸部煤儲層裂隙系統發育，處於地應力低值區，煤層含氣量高，頂底板封蓋性好，試採效果好，是煤層氣富集高產最有利部位。該地區高產井如：
吉試1井（日產氣2847m3）、吉試3井（日產氣1525m3）、吉試5井（日產氣6800m3）、吉試13井（日產氣2446m3）均位於背斜的軸部，而位於背斜翼部低部位的吉試4井（日產氣64m3）、吉試10井（日產氣58m3）、吉試14井（日產氣104m3）產氣量均較低。
圖4-4 大寧—吉縣地區吉試10井—吉試6井構造剖面圖
另外，沁水南部、韓城、三交—柳林、寧武南等地區均表現出高產井位於封蓋條件好的構造高部位或者上斜坡帶。
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