新疆煤层气的赋存空间及影响因素的探讨

　　摘要：煤层气资源作为常规能源，新疆拥有非常可观的资源量。新疆煤层气资源存赋与自身所处的古地理气候环境、构造运动、煤层的自身性质密切相关。但人类活动在一定程度上给煤层气的赋存造成了不利影响。

　　关键词：新疆 煤田 沉积环境 聚煤 旋回

　　Abstract: the coalbed methane resources as a conventional energy, xinjiang has very considerable oil. Coalbed methane resources in xinjiang put in with their own fu ancient geographical climate environment, tectonic movement and coal seam is closely related to the nature of their own. But human activity in to some extent the modes of occurrence of coalbed methane caused adverse impact.

　　Key words: xinjiang coalfield sedimentary environment coal-accumulating spinning back

　　中图分类号：P618.11 文献标识码：A 文章编号：

　　一、前言

　　煤层气俗称"煤层瓦斯"，主要成分为高浓度的甲烷气体(CH4),其资源总量与常规天然气基本相当。主要存在在煤中的伴生气体。煤层气作为一项新型的常规能源，具有较为独特的优势，是能源产业结构优化的重要组成部分，也是优质的能源和基础工业化工原料。但煤层气作为一种有害的危险气体，排放到大气中具有很强的温室效应，及破坏大气层，有污染环境，又因其容易自然甚至发生爆炸严重危及广大煤矿的安全生产，因此很多人都避而远之。但由于煤层气具有自身的优势和特性，不仅可以很大程度上解决矿山的安全生产问题，还是一种新的洁净、高效、优质、安全的能源，越来越受人类的青睐。

　　二、煤层气富气基础条件

　　对于煤层来说，煤既是气源岩又是储集岩。在新疆的侏罗纪地层中，煤层变质程度相对较高，煤本身的含气量较大。但影响生成其主要因素是煤层自身的吸附能力和保存条件以及温度、压力等环境的不同造成的。主要体现在以下几个方面：

　　1、煤层气自身特征：

　　煤层的吸附能力是煤层瓦斯与煤或某些围岩结合的根本条件，随煤层和围岩的自身性质及温度、压力、裂隙而变化较大。当煤层本身气体达到饱和时，在自身或者围岩周围产生某种吸附场，吸附周围的逸散气体。但这种气体极不稳定，受外界条件变化很大。

　　2、外部条件

　　煤的节理和其它裂缝孔隙是煤层气主要的存赋场所。通常这部分气体与地下水动力条件密切相关，与存赋的空间、温度、压力有直接联系。煤中还有少量的气体溶解在煤层的地下水中，称为溶解气，通常，这部分气量极少。当煤层压力降低到一定程度时，煤中倍吸附的甲烷开始与微孔隙表面分离，处于离散状态。

　　煤层气属于自生自储式，不需要初次运移，这就要求自生气开始，就需要有良好的封盖条件才能使煤层气得以保存。盖层对于煤层气藏的作用主要是维持吸附与解吸的平衡，减少游离气的逸散和减弱交替地层水的影响。泥页岩、粉砂岩、炭质泥岩等作为煤层顶板，在新疆较普遍，在裂隙不发育的情况下，其透气性相对较差，就可以形成良好的封盖层而有效地阻止煤层气的运移，有利于煤层气的保存。上覆岩层如果是超致密层，即良好的盖层，具有良好的毛细封闭能力。

　　在新疆，大多数含煤地层为侏罗系地层，成煤期相对较长。含煤地区多为大型聚煤盆地，具有良好的封盖条件，这为煤层气的储存创造了良好的条件。但在局部地区，煤层顶板为砂岩、砂砾岩，该类岩石裂隙比较大，不利于气体的保存。尤其是在聚煤盆地的边缘，受构造挤压，岩石较为破碎，裂隙较多，封闭不严，造成大量的气体逸出，不利于煤层气的保存。由于新疆地区气候干燥，基岩裸露，地表岩石风化严重，局部煤层埋藏较浅，煤层自燃比较严重，火烧区存在范围比较广。因此煤层自燃及遗留下来的火烧区是一直十分值得关注的问题。特别是在煤层自燃过程中，不仅消耗了燃烧大量的煤层，也消耗了一部分煤层气或造成大量的气体散失。这也对煤层气的赋存及孕育产生了极大的影响。总之，盖层的质量越好，封盖能力越强，煤层气只以扩散方式运移，逸散很慢，盖层盖，失去毛细封闭能力，气体则以渗流方式运移，逸散速度快。

　　除了需要良好的盖层之外，煤层气藏的形成还需要有一个较稳定的水动力条件，它直接影响着地层液体压力分布及流体的运移，由此改变吸附气与溶解气和游离气间原有的平衡，从而影响到煤层气的保存。

　　除了上述提到的三种赋存方式以外，在实际工作中发现在煤与瓦斯突出时，有时相对瓦斯涌出量是煤层含气量的数倍至近百倍，按传统的含气量计算进行估计，就是储层中的所有煤层气全部开采出来，也不可能达到如此高的程度。于是，在实际工作中提出，是否存在一种类似可燃冰的固溶气，在瓦斯突出时被释放出来。显然艾鲁尼提出的固溶体是客观存在的，当周围的温度、压力、围岩等条件发生变化时，在煤与瓦斯突出时被释放出来，可见固溶气也是煤层气的一种重要赋存形式和不可忽视的煤层气资源，也是实际工作很大的安全隐患，应于与重视。

　　三、成煤环境及煤层自身性质对煤层气的影响

　　1、成煤环境

　　它是在煤的生成和煤的变质过程中伴生的气体。在成煤过程中产生的瓦斯是古代堆积物在成煤初期，纤维素和有机质经在厌氧环境下作用分解和变质裂解产生的。另外，在高温、高压的环境下，在成煤的同时，由于物理作用和化学作用，继续生成瓦斯。一般而言，煤的含气量随变质程度的增高很增高。

　　2、煤层自身性质

　　煤层的镜质组分含量：煤层镜质组分含量反映了煤的生存环境是否处于气流闭塞的还原条件，是否有利于煤层气的逸散。总之，煤的镜质组分含量较高的地区，煤层气相对较高。

　　3、煤层厚度及资源量大小

　　煤层厚度较大及资源量较大的地区，本身就为煤层气的赋存提供了重要的栖息场所。而在相同或者相似的沉积环境与相同体积下，煤层厚度及资源量相对较大的比煤层厚度小和资源量小的地区煤层气含量较大。

　　四、构造运动与煤层气的关系

　　构造对煤层的含气量有很大的影响。根构造据类型和构造成因的不同，对煤层气的赋存与孕育产生的影响不一样。

　　1、背向斜对煤层气的影响

　　向斜构造在断层不发育的情况下，由于向斜轴部煤层沉积较厚，而两翼煤层相对较薄，不利于煤层气的保存。背斜可以看成一个简单的、小型的穹窿构造。尤其是煤层顶板比较致密，渗透系数较差的时候，为煤层气的赋存创造了良好的储存空间，反之就不利于煤层气的保存。

　　2、断裂构造对煤层气的影响

　　张性断层不利用煤层的存储。逆冲断层对于煤层气的存储提供了一定空间。由于煤层气吸附状态各异，断裂运动对煤层气的影响也不一样。如果断裂作用使盖层产生裂隙，则会降低封盖能力而不利于煤层气的保存。如果处于饱和区，煤层中的游离气就会通过断层逸散，在地层水交替较弱条件下，即使断层是开启的，煤层气也不一定就大量散失，并可最终达到接近于饱和状态;如果地层水交替强烈，吸附气也会逸散，致使煤层成为欠饱和气藏。

　　3、地壳升降运动

　　侏罗纪、白垩纪的燕山运动和新生代的喜马拉雅运动对新疆煤层气的影响很大。这段时期，大量地壳的升降运动不仅改变了地层的温压条件，还打破煤层中原有的平衡条件，使气体在吸附气与游离气相互转化，从而影响煤层气的保存。随着地壳的反复运动，不断升降，使得地层内部能量不断释放，造成高阶煤类受到强烈挤压，气体大量散失。这造就了煤层气运移的频率不断增大，地层压力和地层内部能量得到不断释放，这样更利于煤层气的开发。同时也在一定程度上为煤层气的保存提供了一定的空间。

　　4、岩浆活动

　　岩浆活动及其它热运动可以改变煤层气的平衡条件，从而影响煤层气的保存条件。从早侏罗到中侏罗早期是新疆煤层沉积的重要时代。如八道湾(J1b)、西山窑组(J2x)。尤其是八道湾组煤层中的煤层气含量明显高于西山窑组煤层。在侏罗纪中期古气候干热明显，出现了气候热变事件，严重影响了煤层的发育于煤层气的孕育。新疆大部分的晚侏罗世红层、砾岩说明了当时的强烈火山事件。这对新疆煤层气的孕育及保存产生了极其重要的影响。

　　五、人类活动对煤层气的影响

　　如今，虽然国家相关主管部门三令五声严厉禁止滥采滥挖，但部分地区乱采乱挖的现象还是存在的。大量的滥采滥挖造破坏了地表和煤层的覆盖条件，打破了煤层气原有的储藏条件和运移规律，造成了大量气体的逸散。加之新疆区域气候的特殊性，造成地表风化速度加快，基岩裸露严重，岩石裂隙大量发育，给煤层气的存储造成了负面影响。近几年，地质市场的火热，大量的钻孔工程可能存在的封孔不到位或者未达到原有的封闭条件，在一定程度上也造成了原有气体运移规律发生变化，也不利于煤层气的保存。

　　六、煤层气影响条件综合评价

　　由于新疆地层自身的特殊性，新疆煤层气的影响因素是多方面的，在研究影响条件时，必须综合考虑各种影响因素。正确认识不同的历史阶段起着不同的作用。新疆煤炭资源较大、单层厚度大，煤的变质程度相对较高，构造相对简单，这为煤层气的孕育和赋存创造了良好的条件。

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