关于煤层气赋存地质控制因素与聚集类型的探析

王健翔

（安徽省煤田地质局第一勘探队安徽淮南232000）

关于煤层气赋存地质控制因素与聚集类型的探析

王健翔

（安徽省煤田地质局第一勘探队安徽淮南232000）

探讨了构造演化和水动力条件对煤层气赋存的影响机理，根据地质控制因素的影响，认为在5类地区易形成煤层气富集区，可为我国开发利用煤层气资源提供现实依据。

煤层气地质控制因素聚集类型

0　前言

煤层气是一种自生自储型的非常规天然气，主要以吸附状态赋存于煤层孔隙的表面。研究表明，煤层气赋存受地质构造、煤层埋深、煤层厚度、气成含气量、渗透率等地质因素的影响。本文主要研究影响其赋存的两大地质控制因素，即地质构造与水动力特征。在地质控制因素综合影响下，形成了5种聚焦类型，以下将一一进行表述。

1　煤层气赋存的两大地质控制因素

1.1构造对煤层气赋存的控制

1.1.1构造演化

（1）构造演化控制煤层上覆盖层厚度。煤层沉积埋藏后，能否形成煤层气藏，主要取决于后期构造演化条件。上覆盖层有效厚度是地质构造发展史留下的最直接的证据，在煤层气勘探选区中承担着重要的作用。它不仅通过控制煤层的压力而影响煤层气的吸附量，而且控制着游离气的散失；而构造演化控制着成藏过程中上覆盖层厚度的变化。

（2）构造的回返抬升对煤层气富集的控制。现今埋深相同的煤层，其经历的回返抬升的时间早晚和长短不同，煤层气的富集程度也不同。抬升回返时间晚且短，煤层气散失的时间就短，对煤层气藏的保存有利。

1.1.2构造形态

不同形态的地质构造，地质构造的不同部位，不同力学性质和封闭情况形成了有利于煤层气赋存或逸散的不同条件。封闭性地质构造有利于煤层气赋存，开放性地质构造有利于煤层气逸散排放。

（1）褶皱。在褶皱的不同部位，围岩的封闭能力有较大差别。在背斜轴部，节理以张性为主，围岩封闭能力明显减弱；但如果背斜闭合而完整且盖层不透气，则为良好的储存煤层气储集场所，在其轴部煤层内往往聚集高压气，形成“气顶”。在向斜轴部，节理以压性或压扭性为主，围岩封存能力较强。理论研究和实践亦表明，向斜为煤层气富集的主要构造形态［28］。

（2）断层。断层保存煤层气的能力随断裂性质的不同而具有显著的差异。压性、压扭性断层因其受到较大压应力作用，煤层及围岩结构致密，透气性差，沿断层和垂直断层面方向上的煤层气运移都相对困难，对煤层中煤层气的保存有利；张性断层则相反，煤层及围岩结构松散，透气性好，易于煤层气逸散。

1.2水动力特征对煤层气赋存的控制

煤储层和顶板含水层构成一个完整的地下水系统，在高储层压力、高含水层势能的地区，煤层气富集；而在地下水排泄区，储层压力和含水层势能降低，煤层气逸散。从现有资料分析，可将水文地质控气作用概括为3种特征：

（1）水力运移逸散作用。在导水性强的断层构造发育区，这种作用较常见，导水断层或裂隙沟通了煤层与含水层。地下水的流动促进了煤层气的解吸，使煤层气由吸附状态转化为游离状态，溶解于地下水中运移散失。

（2）水力封闭控气作用。我国很多井田断裂不甚发育，构造特征表现为宽缓向斜或单斜，而且断裂构造主要为不导水性断裂，这些井田常发生水力封闭控气作用，特别是一些发育有挤压、逆掩性质的边界断层的井田。水力封闭控气作用中一般发生在深部，地下水通过压力传递作用，使煤层气吸附于煤中，煤层气相对富集而不发生运移，煤层含气量较高。在华北

地区这种水力封闭作用分布广泛，具有普遍意义。

（3）水力封堵控气作用。水力封堵控气特征常见于不对称向斜或单斜中，由于压力差的存在使得煤层气由深部向浅部渗流。压力降低使煤层气解吸，煤层露头及浅部成为煤层气逸散带。如果含水层或煤层从露头接受补给，地下水顺层由浅部向深部流动，则煤层气向上扩散被阻碍，致使煤层气聚集。第1种作用导致煤层气的运移、散失，后2种作用有利于煤层气的保存、富集。

2　中国煤层气的主要聚集类型

从当前已经开展工作的煤层气区煤层气分布特点看，主要有以下5种聚集类型：

（1）区域含煤区构造高点是高产富集有利部位。处于盆地后期构造抬升部位，次生割理发育，渗透性好，煤层埋藏相对较浅，压实作用较弱；在上覆有利盖层条件下，滞水环境中煤层割理裂隙尚未矿化，煤层气藏未被水打开；两翼是烃类供给的指向区，易形成高渗透率、高含气量、高饱和度的高产富集区。

（2）直接盖层稳定分布的上斜坡煤层气高产条件优越。煤层后期埋藏浅，抬升幅度大，次生割理发育，压实作用弱，渗透性好，发育区域分布稳定的直接盖层，处于滞水封闭环境，煤层割理尚未被方解石等矿化充填，甲烷风化带宽度窄，处于承压水封闭状态；下倾部位有充足的烃类补给，具备形成高渗透率、高含气量、高饱和度的有利条件，如沁水盆地南部、宁武盆地南部。

（3）封闭条件好的浅层，低煤阶、厚煤层有利于煤层气富集。尽管煤层煤阶低，生气量和含气量低，但巨厚煤层弥补了低含气特点，只要有好的盖层条件，阻止上覆水沿煤层割理形成动力流，上倾部位压实作用减小，煤层吸附饱和度高，可形成高渗透率、高饱和度气藏。

（4）断裂活动次生割理发育区是煤层气聚集有利场所。尽管煤层埋藏深，但在局部构造高部位断层活动使得煤层次生割理发育，渗透性好，存在高渗透带，游离气与吸附气并存，如准噶尔盆地五彩湾地区。

（5）凹中隆构造的火山岩活动区有利于煤层气高产。区域火山岩侵入煤层，加剧了煤层的生气作用；火山岩墙又起到了有利的遮挡作用。后期火山岩体冷却，导致煤体收缩，有利于次生割理形成，渗透性变好；火山岩直接接触带多变成天然焦，不利于煤层气富集；在有利的直接盖层条件下，甚至后期构造抬升，煤层变浅，形成高产富集有利区块，如辽宁阜新盆地刘家区块。

3　结语

（1）构造演化及其特征和水动力条件是现今煤层气赋存的主要控制因素。构造演化控制着煤层气生成、聚集、产出过程的每一环节；煤层水含有一定量的溶解气，同时控制着煤储层的压力。水的流动将直接影响煤层气的吸附解吸程度。

（2）受地质控制因素的影响，我国主要有5种类型的煤层气富集:区域含煤区构造高点、直接盖层稳定分布的上斜坡区、凹中隆构造的火山岩活动区、浅层封闭条件好的低煤阶与厚煤层发育区、断裂活动次生割理发育区。

P618.11[文献码]B

1000-405X（2015）-7-484-1

王健翔（1986～），男，2011年毕业于河北工程大学。

[1]孟召平,田永东,李国富.煤层气开发地质学理论与方法[M].北京:科学出版社,2010.

[2]姜文利,赵素平,张金川,等.煤层气与页岩气聚集主控因素对比[J].天然气地球科学, 2010,21(6).