Question

典型岩浆控藏模式分析

Answer 1

如前所述，煤层中的岩浆侵入对煤层气的生成、储集、赋存和运移，以及对储层的孔—裂隙性都产生了显著的影响。对于五种不同的侵入类型来讲，各种岩浆侵入类型均可能对煤层气藏产生不同的影响，且影响规律十分复杂。更加系统、科学的总结这些影响规律需要更多实际的工作和大量的煤层气勘探和开发的实例分析，这也是今后该项研究中需要进一步拓展的。基于前文有限的数据分析和研究结果，这里将仅以岩脉和岩床两种基本类型为例，分别阐述它们对煤层气生成、储集和产出的意义，揭示它们对煤层气藏或煤成气藏的控制机理。

岩浆活动对次生煤层气的生成具有重要作用。各种不同的侵入体几何形态和侵入体类型在控制煤的接触变质和挥发分（甲烷＋二氧化碳）的产生上并没有太大的差别。它们都通过快速的将异常热传导给煤层，改变煤的物理化学结构和性质，导致次生气的形成。两者的差别在于它们的影响范围和影响程度上。一般岩床侵入煤层内部，与煤层的接触变质影响范围大。同时，由于煤层的热传导率差且热传导各向均一性好（Jaeger，1964），这导致异常热在岩床和煤层附近持续的时间要比在其他岩层中长。这时煤层起到绝缘席的作用。在岩床提供的不断热量传递下，煤层气持续、大量的生成。与岩床不同，岩墙一般沿断层、破碎带等活动通道侵入，可侵入单个或多个岩层。岩体由于与煤层的直接接触面积小，故其影响范围也较小。同时，岩脉切穿不同岩层（性），切穿后留下的通道也不利于热持续滞留在煤层中生成煤层气。这样看来，无论是从影响规模和程度看，岩床对煤层气生气的影响都较岩墙要强得多。

岩浆侵入对煤的吸附性和含气性的影响主要表现在两方面。首先，岩浆侵入改变了煤的吸附性能。岩体的热量使得煤变质程度增高、煤的有机和无机组分改变。当岩浆侵入的煤级影响程度弱时，即影响后的煤级在超无烟煤以下时，侵入可提高煤的吸附性能，然而大部分情况是岩浆侵入对煤级的影响超过这个阶段，并因而急剧降低煤的吸附性能。这就导致煤层中吸附气的含量大量减少，游离气体增多，同时游离气中常杂有较多的二氧化碳及其他烃类气体。其次，不管是何种形式侵入，都会造成储层中含气量增高。这也是大量瓦斯突出事故多发生在侵入体周围的原因之一（Saghafiet al.，2006）。另一方面大量的实例也表明，除非具备良好的封存条件或特殊的地质构造，岩脉附近往往多为现今的贫气区，而在岩脉周边的其他物性较好的岩层中则将形成富气区。这主要是因为，岩脉附近的煤层气极易运移，或者岩脉多具有多期次侵入特点，后期的侵入会不断破坏前期形成的有利气藏。岩床则相反，一般情况下岩床本身即为良好的封闭气体的地质体，因此岩床之下的煤层气含量一般较高，而岩床之上煤层的含气量取决于其顶板的封盖性能。

岩体侵入在煤层或围岩储层中都会产生次生裂隙，这种次生裂隙对于改善储层的渗流和产出能力意义重大。一般岩床侵入煤层后，多在距离约一个岩体宽度范围内产生次生裂隙。在该范围内是煤层气富集和产出的有利区带。岩体由于可切穿多个岩层，其影响的裂隙也将贯穿多个岩层，这将有利于煤层气运移到周围的砂岩等常规储层中形成煤成气藏。这种煤成气藏一般含气量高，同时储层区也是高渗带，但气藏的甲烷饱和度有可能较低。

综合以上分析，可得出岩床和岩脉侵入对煤层气藏的控制模式图，如图3.25所示。岩床对煤层气的控制可由图3.25中的a₁、a₂和a₃的两个或三个阶段表示。首先，岩浆侵入煤层后，周围的煤体在高温下发生塑性流体变形，煤的弹性能较大，塑性变形体积容纳了侵入的岩浆，因此在煤层中并不产生裂隙。其次，煤层在岩浆热的作用下使得变质程度升高并伴随着大量的挥发分气体的排出，这些气体可保存在由岩床和煤层构成的低渗储集体中。岩床和相邻煤层的热传导低，特别是在垂直于层间方向上，持续的岩浆热使得煤层气继续大量生成，并在岩浆周围聚集形成高压带，这时如果岩浆周边的温度大于500℃，则部分新生成的甲烷将在高温下发生裂解形成热解碳。随后岩浆和煤体相继冷却，煤的基质冷却收缩产生大量的次生裂隙，为煤层气储存和运移提供了空间和通道。这时的煤层被岩床隔成两个煤层气藏体，如果具备良好的顶底板条件，同时不经受后期的水文或构造活动的影响，则极有利于形成有利的煤层气藏。这种模式在美国的拉顿盆地和澳大利亚的冈纳大盆地都有分布（Cooper等，2006；Gurba等，2001）。

岩脉对煤层气的控制可由图3.25中的b₁、b₂和b₃的三个阶段来表示。岩浆侵入煤层的方式多以长距离、高角度的切层侵入为主，因此岩脉可能贯通煤层、顶底板及其他围岩层。岩浆侵入煤层后同样使得煤的变质程度升高，同时次生的煤层气生成。但是与岩床相比，岩脉体积小，同时岩脉贯通了其他导热性好的岩层，因此岩脉周围散热快，与岩脉接触的煤层迅速冷却，使得煤层变成天然焦、天然焦化煤等不同变质带。岩脉的影响范围一般在单个方向上达到0.5倍岩体的范围，在这个范围内一般次生裂隙非常发育，该区域也成为煤层气运移的持久通道。由于岩脉周围冷却快，同时气体的运移顺畅，很难在岩脉周边形成异常高压带，因此甲烷一般不发生裂解。岩脉本身节理发育程度较低，且为大体平行岩体走向的压紧性剪节理，岩体结构致密，是煤层气良好的阻隔体，但是在岩脉周边0.5倍岩体宽度的范围内节理或割理非常发育，是煤层气的高渗运移通道。随着岩浆的冷却，生成的煤层气逐渐沿着岩脉形成的高渗通道运移到其他物性好的储层中形成煤成气藏。这种模式在红阳煤田和阜新盆地煤层气区内很普遍。如红阳煤田红阳矿在岩脉周边一般含气量都很低，而在周围良好的储层都有高含气的煤层气藏存在。又如在阜新盆地，岩墙侵入形成的天然焦为煤层气提供了有益的运移通道，使得在煤层顶板的砂岩储层形成煤成气藏。阜新盆地煤层气开发过程中，将煤层和砂岩储层同时压裂进行开采时11口井的煤层气平均日产量为2051m³，而单独开采煤层时的17口井的日产量仅为1335m³，这说明岩浆侵入这种模式对煤层气和煤成气成藏的意义重大。

图3.25 岩床（左）和岩脉（右）侵入对气藏的控制模式图解