两淮煤田煤层气成藏过程分析

吕海峰

摘 要：安徽省煤层气资源丰富，开发和利用煤层气对缓解常规油气供应紧张状况、改善煤矿安全生产条件、实施国民经济可持续发展战略、保护大气环境等均具有重要作用。文章在系统分析煤层沉降埋藏史的基础上，深入探讨两淮煤田煤层气成藏过程，为我省科学合理开发利用煤层气资源奠定基础。

关键词：煤层气；成藏；两淮煤田

引言

安徽省煤层气资源丰富，在全国煤层气勘查开发格局中占有重要的位置。国家和省政府陆续出台了一系列促进两淮煤田煤层气产业发展的政策，对两淮地区煤层气勘探、开发与利用都进行了战略上的布局。“十二五”期间，我省煤炭产量出现了先增后减的趋势，与华东乃至我国经济发展形势密切相关，同时我省还面临着高能耗、高污染、高排放以及能源供应安全等能源环境重大问题。开发和利用煤层气对缓解常规油气供应紧张状况、改善煤矿安全生产条件、实施国民经济可持续发展战略、保护大气环境等均具有重要作用。因此，煤层气资源的合理开发对保障我省能源发展战略具有重要意义。

两淮地区石炭-二叠成煤期后经历了多期构造运动，构造作用下煤系的沉降和抬升以及构造-热事件共同控制着煤的受热-成熟-生烃-散失过程，是煤层气成藏的关键所在。下面在系统分析煤层沉降埋藏史的基础上，进一步探讨两淮煤田煤层气成藏过程。

1 煤层沉降埋藏史

淮北煤田和淮南煤田在晚古生代属于同一聚煤环境，后期又具有相似的沉降埋藏历史。因此，本次工作选取淮南新集地区煤层沉降埋藏史来说明两淮地区煤层沉降埋深过程。

由图1可以看出，淮南二叠纪煤层形成的地质年代大致为295-253Ma，之后沉积了石千峰组和下三叠统，均为整合接触关系。早三叠世期间，两淮地区煤系快速沉降，根据杨起等人研究分析，两淮二叠纪煤层在侏罗纪前（约230Ma）已达到最大埋藏深度，在新集地区为3500m左右。中晚三叠世-侏罗纪期间，两淮地区缓慢抬升，至120-23Ma前发生强烈隆升作用和长时期的剥蚀作用，煤系上覆地层及煤系本身蚀顶卸压，致使主要煤层的埋深小于1000m，有的地方煤层已出露古地表，煤系埋藏变浅，对煤层气成藏是十分不利的，受煤层气垂向分带规律控制，在煤层露头以下的一定深度内形成瓦斯风化带。经历强烈抬升和长期剥蚀后，自23Ma前以来，淮南煤田再次沉降、接受了50-700m厚的新近系和第四系沉积，使二叠纪煤层再次被埋藏。

2 煤层气成藏过程

根据两淮地区煤系构造-沉积演化历史，结合两淮地区古地热特征，可以大致说明两淮地区煤层气成藏过程。

前人在华北其他地区的研究表明，两淮地区中燕山期即J3-K1时期地温梯度为（5-7）℃/100m，此时发生了强烈的构造-热事件，对两淮地区煤层气成藏具有重要的控制作用，其他时期属正常古地温场，地温梯度约为2.5℃/100m。

在250Ma前，即石炭-二叠纪成煤期后不久，在生物-化学作用下，两淮煤田产生生物气。但是，这种生物气由于后期经历了较为复杂的演化过程，至今已全部逸散。其后，煤系急剧沉降埋藏（图1），最大埋深可达3200m左右，煤发生深成变质作用。两淮煤田大部分地区经受深成变质作用，煤变质程度普遍达到气煤阶段、1/3焦煤阶段。此后，盆地虽缓慢抬升，至120Ma前，二叠纪主要煤层的埋深均保持在2500-3000m之间，古地温在80-130℃之间，使煤化作用得以继续进行，煤变质程度达到气、肥煤阶段，同时有大量热成因气体生成。中燕山期的构造-热事件使两淮地区的煤层叠加了区域岩浆热变质作用，煤化作用进一步进行，煤级提高到焦煤，局部地区见有天然焦发育。构造-热事件不仅产生大量的热成因气，而且可以促进煤储层孔裂隙发育，有效地改善了煤储层渗透性和吸附性能。中燕山期后，两淮煤田构造抬升，煤化作用终止，煤变质格局基本定型，煤的热成因生气作用也在这期间终止。

晚白垩世至古近纪期间，即110Ma-60Ma之间，华北地区整体发生强烈隆升作用，两淮煤田煤系整体埋藏变浅，地层压力急剧降低，局部地区煤系已抬升至地表，煤层中的气体通过解吸、扩散、渗流等方式大量逸散，并且煤系与大气、地下水等外界进行了快速的物质交换，严重破坏了煤层气藏的完整性。新近纪以来，两淮煤田再次沉降，由于埋藏浅，古地温较低，不可能形成二次热成因气。但是，由于大气降水沿露头下渗，煤系地层由于淡水和甲烷菌的渗入，在生物化学作用下生成次生生物气，而且由于距今时间短，次生生物气得以大量保存。热成因气与次生生物气共存的现象在两淮煤田普遍存在，也得到了有机地化试验的证实，对提高两淮煤田煤层气含量具有积极的作用。

韦重韬等（2007）运用盆地数值模拟技术，建立了煤层气地质演化史动态平衡动力学模型，分析结果认为，宿南地区煤层气成藏过程基本上经历了4个阶段，即：煤层气低水平聚集阶段（第一第二阶段）、煤层气大量聚集且散失阶段（第三阶段）和以散失作用为主阶段（第四阶段）。该研究成果与上述两淮地区煤层气成藏过程分析基本吻合，总体来说，两淮地区煤系形成后，在晚古生代至中侏罗世期间，煤有机质成熟度低，生成煤层气量少，煤层含气量很低；晚侏罗世至早白垩世期间，燕山运动中期，全区古地热场异常增高，煤化作用快速推进，煤变质程度迅速提高，奠定了现今煤化作用格局。同时，由于构造-热事件的参与，大量热成因气生成的同时，煤储层物性得到了有效的改善，两淮地区煤层气地质演化也达到了最活跃的时期；晚白垩世后，古地热场恢复正常，煤层仅生成少量的次生生物气，煤层气散失作用强烈。

参考文献

[1]窦新钊，朱文伟，俞显忠，等.安徽两淮地区煤层气勘探开发现状及建议[J].安徽地质，2014，25（2）：115-118.

[2]窦新钊，俞显忠，朱文伟，等.两淮煤田煤层气勘查开发条件与前景分析[A].安徽省煤炭学会学术研讨会[C].2015.

[3]韦重韬，姜波，傅雪海，等.宿南向斜煤层气地质演化史数值模拟研究[J].石油学报，2007，28（1）：54-57.

[4]姜波，秦勇，范炳恒，等.淮北地区煤储层物性及煤层气勘探前景[J].中国矿业大学学报，2001，30（5）：11-15.

[5]李伟，吴建光.淮北矿区煤层气抽采技术与实践[A].煤矿瓦斯治理与利用[C].2008.

[6]劉春，李建设.安徽省煤层气资源开发现状和后续发展思考[J].安徽地质，2008，18（3）：161-163.

[7]刘华民.两淮煤层气开发前景初评[J].煤矿现代化，1997（24）：8-11.

[8]龙王寅.两淮煤田煤层含气性特征及甲烷富集机制探讨[J].安徽地质，1999，9（1）：54-58.

[9]袁亮.淮南矿区煤矿煤层气抽采技术[J].中国煤层气，2006，3（1）：7-9.