Question

煤层气分布规律

Answer 1

1.煤层气富集规律与模式

通过对国内外中高煤阶含煤盆地的研究发现，在大的区域背景下具有向斜富集特征。美国圣胡安盆地，在煤田或二级构造带具有这种规律，无论考虑煤阶的影响与否，在向斜的核部，煤层含气量都较高，呈现盆地边缘往盆地中心含气量增加的特征（图11-10）。中国沁水盆地也具有向斜富气的规律，该盆地剖面形态上为一个完整的复式向斜盆地，向斜部位含气量明显高于两翼。沁水盆地复向斜南部地层宽阔平缓，地层倾角平均只有4°左右，区内低缓、平行褶皱普遍发育，展布方向以北北东向和近南北向为主，呈典型的长轴线型褶皱。晋城地区煤层气分布普遍是背斜轴部含气量低，为5～15m³/t，特别是潘庄矿西部的马村背斜更加明显，而向斜轴部和翼部煤层含气量高，均高于15m³/t（图11-11）。

图11-10 圣胡安盆地Fruitland组煤层含气量等值线

图11-11 沁水盆地晋城地区地质构造形态与3^#煤含气量关系

O₂f—峰峰组；C₂b—本溪组；C₃t—太原组；P₁s—山西组；P₁x—下石盒子组；P₂s—上石盒子组

向斜富气是构造演化、水动力条件以及封闭条件综合作用的结果。煤层气向斜富集模式可以用图11-12进行描述，在一个区域向斜构造背景下，往向斜轴部方向，由于大气渗入水沿着边缘露头向轴部低水势方向汇聚，形成向斜区汇水区，矿化度高，在边缘隆起区可形成侧向水封堵，形成良好的保存条件；向斜轴部比边缘部分煤层上覆地层厚度大，煤层维持更高的地层压力，煤层气吸附量大；从构造的角度看，向斜轴部是地层沉降幅度大的区域，由于沉降深埋，煤层可以进行充分的热演化，有助于生气，同时轴部构造活动稳定，断裂、裂缝不发育和盖层稳定，均有利于煤层气的富集。因此，在向斜构造中，一般具有轴部高含气量、往边缘隆起含气量降低直至风氧化带的分布特点。

图11-12 煤层气向斜构造富气模式

2.世界主要已开发煤层气的分布特征

在泥盆纪陆生维管植物出现之前，世界上没有发育经济厚度的煤层（图11-13）。随着维管植物的演化和分异，泥炭沼泽大规模形成，成为具有工业意义煤层的主要来源。世界上煤层主要分布在石炭-二叠纪、三叠-侏罗纪和白垩-古近纪3个时期，99%以上的煤炭资源分布在这些层系（Pashin，1998）。据统计，大约40%煤炭资源来自石炭-二叠系，10%来自三叠-侏罗系，50%来自白垩-古近系。多数古生界的煤层成熟度较高，往往形成热成因气，而更年轻的煤层成熟度较低，形成的煤层气中生物气和次生生物气占有较大比例。

图11-13 世界主要煤层气产区煤层层系分布

根据美国USGS（2007）的统计结果，截至2006年底，美国煤层气产量66%来自西部的圣胡安盆地白垩系煤层，以热成因气为主，部分有生物成因气贡献；12%来自西部粉河盆地古近系煤层，主要为次生生物气；13%来自东部的拉顿和阿巴拉契亚盆地的上石炭统煤层；其余来自其他中小盆地。

加拿大煤层气主要产自西加拿大前陆盆地，该盆地是一个大型沉积盆地，属于落基山前陆盆地的一部分，在拉腊米造山运动中，没有破裂成众多小盆地。侏罗纪和早白垩世沉积的含煤地层，面积达13×10⁴km²，煤层厚度最大达10m以上。盆地最西部由于埋藏深度较大，煤变质程度最大，R_o达到20%以上，盆地东部煤变质程度较低。煤层气开发主要集中在艾伯塔省中南部地区，煤层从西向东分为3个组，即古近系Ardley组、上白垩统Horsehoe Canyon 组、下白垩统 Mannville 群，其中 Horsehoe Canyon 组为主要煤层气产层。

澳大利亚煤层气主要产自东部含煤盆地，包括悉尼盆地和鲍恩盆地二叠系煤系、苏拉特盆地侏罗系煤系。澳大利亚煤层气以中低煤阶煤层气为主，次生生物气是重要的成因类型。

中国煤层气主要分布在东部、中部、西部和南方4个大区，地质资源量分别占全国总量的31%、28%、28%和13%。按盆地统计，煤层气资源集中分布在鄂尔多斯、沁水等9个地质资源量超过1×10¹²m³的含气盆地（群）中，其中鄂尔多斯盆地资源量最大，占全国的27%；其次为沁水盆地，占全国的11%。目前煤层气产量主要来自沁水盆地和鄂尔多斯盆地石炭系-下二叠统煤层，东部阜新盆地有少量白垩系煤层气产出。