Question

煤及煤层气地质

Answer 1

据孙万禄等(2005)研究，中国大陆含煤盆地集中分布在塔里木－华北板块、华南板块及准噶尔－兴安活动带的构造活动相对稳定的陆块或地块上，形成时代主要有石炭－二叠纪、晚三叠世—早白垩世和古近－新近纪。依据所处大地构造位置及沉积构造特征，大体分为板内克拉通型与陆内断陷、坳陷型。

一、含煤盆地的分布

中国大陆含煤盆地发育时代与全球具有同时性，含煤盆地的发育受制于中国大陆板块构造活动。中国大陆含煤盆地残留面积405×10⁴km²，其分布特征具有时段性及区带性(关士聪，1985)。

早古生代及以前为低等植物成煤期，即腐泥煤(石煤)时代，主要分布在晚震旦世、早寒武世、志留纪，以早寒武世为主，仅分布在华南板块。晚古生代后为高等植物成煤期，即腐殖煤时代，主要分布在晚泥盆世至新生代，除早中三叠世和晚白垩世外，集中分布在石炭－二叠纪、晚三叠世—早白垩世和古近－新近纪。含煤盆地遍及中国大陆各板块，以塔里木—华北板块、华南板块和准噶尔－兴安活动带为主，且主要分布在较稳定的陆块或地块上。

石炭纪含煤盆地残留面积115.9×10⁴km²，主要分布在塔里木－华北板块和华南板块。塔里木－华北板块的含煤地层为上石炭统，华南板块的含煤地层为下石炭统。在准噶尔－兴安活动带仅有零星小型残留含煤盆地分布。二叠纪含煤盆地残留面积156.1×10⁴km²，总体分布与石炭纪相似，具继承性。华北陆块二叠纪含煤盆地含煤地层时代，北部以早二叠世为主，向南渐变为晚二叠世。华南板块含煤地层时代以晚二叠世为主，含煤盆地遍布扬子陆块，分布范围比石炭纪广阔。藏滇板块羌中南－唐古拉－保山陆块仅有零星小型残留含煤盆地分布，准噶尔－兴安活动带二叠纪含煤盆地并不发育。

三叠纪含煤盆地残留面积145.2×10⁴km²。含煤地层主要为上三叠统，分布地域集中在华北陆块和扬子陆块。其中，鄂尔多斯、四川等大型盆地继承性明显，柴达木陆块周缘也有含煤盆地分布。华北陆块东部三叠纪含煤盆地不甚发育。扬子陆块与华南活动带三叠纪残留盆地更为破碎。扬子陆块西缘以及羌中南－唐古拉－保山陆块三叠纪残留含煤盆地广布。

侏罗纪含煤盆地残留面积142.6×10⁴km²。燕山期后，中国大陆进入现代板块构造发展阶段，侏罗纪含煤盆地的分布已经完全改观。在华北陆块和扬子陆块上，除鄂尔多斯盆地仍继承性发育外，其他大型含煤盆地均已不复存在。塔里木陆块周缘及准噶尔地块则发育了以早中侏罗世含煤地层为主、规模较大的含煤盆地。

白垩纪含煤盆地残留面积31.7×10⁴km²。含煤地层时代集中在晚白垩世，含煤盆地分布面积普遍较小。除藏滇板块含煤盆地零星分布外，主要分布在塔里木—华北板块以北和巴丹吉林盆地以东的地域。天山－赤峰活动带以南仅有零星含煤盆地分布。

古近－新近纪含煤盆地残留面积16.6×10⁴km²。总体分布面积与单个盆地规模均很狭小。含煤盆地集中在中国东部和西南部(滇桂)，东部含煤盆地以古近纪为主，西南部含煤盆地以新近纪为主(图6－4)。

二、煤层气构造变形及封盖条件

1.构造变形

盆地形成后的构造变形对含煤(煤层气)盆地影响最大，改造最为明显。盆地形成后的变形改造主要有3种形式:一是沉积盆地整体隆升与沉降;二是沉积岩层褶皱变形;三是沉积岩层断裂变形(孙万禄等，2005)。

沉积盆地整体沉降，后期沉积岩层叠加，使早期沉积物成岩、成煤。有机质成煤、成烃，是含煤(煤层气)盆地形成煤层气藏的必经之路，是一种建设性的改造作用。但是，沉降叠加过度或不足，煤层埋深过大或过浅都不利于煤层气成藏，相当于中阶煤的埋深较为有利。区域性隆升，使含煤岩系暴露风化，对煤层气成藏有破坏作用。但当含煤岩层有后期沉积岩层覆盖，盆地隆升后构型仍然完好，隆升后煤层变浅，降低勘探成本，对煤层气勘探又是有利的因素。

中国二氧化碳地质储存地质基础及场地地质评价

图6-4 中国煤层气资源分布图（据周玉琦等2004）

沉积岩层褶皱变形是一种普遍的形式。原型含煤盆地在构造应力作用下形成规模不同的低级次的正向或负向构造，变形改造后的沉积构造盆地构型依旧完好，水动力条件虽有改变，煤层气藏并未遭到破坏，这种构造变形往往改善渗滤条件，对煤层气成藏具有建设性作用。但在地应力较强的构造活动区，形成的区域性推覆构造，煤岩层成为滑脱层，形成变质程度不同的构造煤，煤体结构遭到破坏，煤层中的吸附气体被脱附，气体渗滤通道被堵塞，这种区域性破坏作用又不利于煤层气成藏。断裂是含煤盆地构造变形的另一种普遍形式。断裂的发育分不同时期、不同级别和不同性质，其发育与分布有着一定的规律性，对含煤盆地以及煤层气藏亦具有建设和破坏的双重作用。大型沉积盆地和中小型断陷盆地的形成，往往与边界断裂活动有关，断裂对含煤盆地起着建设性作用，而盆地内同沉积期或期后断裂一般不利于煤层气的保存。

含煤盆地的构造变形不单表现在区域性隆升与沉降及含煤岩层的褶皱与断裂等宏观构型的变化，还包括微观形变。煤岩内生裂隙为割理，其发育不仅与煤质有关，亦与含煤盆地形成过程中的地应力有关。面割理和端割理形成的网络是煤岩层气态烃的储集空间和运移通道。割理发育的好坏是决定煤层气成藏的重要条件之一。由岩层褶皱或断裂派生的外生裂隙，也是煤层中气态烃类重要的储集空间和运移通道，外生裂隙发育适度会改善煤层储集性能，但构造应力过强会造成煤体结构破坏，或因裂缝穿层会造成煤层气体的逸散，不利于煤层气藏的形成与保存。

构造变形对含煤盆地与煤层气成藏的影响还表现在水动力、水化学条件的改变。由于盆地变形，供水压头随之改变，整个盆地势能重新调整，煤储层压力及水化学成分也相应改变，含煤盆地变形改造定型后煤层气的分布也相应进行了重新的调整。

2.封盖条件

封盖条件是煤层气藏不可缺少的地质因素(桑树勋等，1999)。在原始有机物质成煤过程中，与煤岩层同时沉积的泥页岩层，往往成为煤层气藏良好的区域盖层或局部盖层。区域性盖层也是良好的隔水层，能将不同的煤系地层分隔成各自独立的水动力系统，使煤岩层处于封闭的状态，致使吸附在煤岩中的烃类气体不会溶于水中或逸散。以吸附状态储集在煤岩层中的煤层气，并不遵循常规天然气藏的重力分异原理，无须受势区和圈闭的控制。只要有较好的封盖条件，能够形成相当的地层压力和温度，煤岩能够生成足量的甲烷等烃类气体，煤岩层发育有较好的孔隙、裂隙渗滤通道，煤岩孔隙、裂隙中的水溶解气或孔隙、裂隙空间游离气的浓度能使煤岩中的吸附烃不被解吸而扩散，就可能形成较好的煤层气藏。煤层气藏可以完好的较大面积储集在含煤盆地的复式向斜之中。

保存条件不单是煤岩层的封盖层，水动力条件亦是煤层气重要的聚集和封盖条件。经过构造变形的含煤盆地水动力系统依然完好，含煤岩层处于封闭状态，煤层甲烷在煤层中吸附、溶解和游离状态的平衡未遭到破坏，含煤盆地就能形成较好的煤层气藏(张新民，2002)。