寧夏煤層氣的富集控制因素淺析

魏有寧+岳濤

摘 要：煤層氣是以甲烷為主要成份賦存在煤層中的一種非常規(guī)天然氣。煤層氣的富集程度由含煤地層有機質(zhì)含量、沉積相、地質(zhì)構(gòu)造、煤層特征、變質(zhì)程度、煤層埋深、水文地質(zhì)條件及蓋層巖性等主要控制因素決定。綜合研究表明認(rèn)為同一含煤地層中，泥巖分布區(qū)煤層氣含量高于砂巖分布區(qū)；淺層高變質(zhì)煤層也可具超級含氣量；控煤構(gòu)造以逆沖斷層為主，易于煤層氣蘊藏。通過研究煤層氣賦存地質(zhì)特征，可對煤層氣資源的分布以及資源潛力進(jìn)行評價。

關(guān)鍵詞：煤層氣；沉積環(huán)境；構(gòu)造；變質(zhì)；水動力

通過研究寧夏煤層氣賦存地質(zhì)特征，可對寧夏煤層氣資源的分布以及資源潛力進(jìn)行評價，提出有效建議。侏羅紀(jì)煤層氣資源量比重較大，有著很好的資源發(fā)展?jié)摿Α?/p>

1 沉積環(huán)境對煤層氣的影響

煤層中的有機質(zhì)含量是煤層氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)；研究煤層的沉積環(huán)境是分析煤層氣富集情況的因素之一，煤層氣的富集程度和保存條件與煤層沉積建造和構(gòu)造演化關(guān)系密切。就研究區(qū)二疊紀(jì)山西組和侏羅紀(jì)延安組煤層煤層氣成氣條件做簡要分析。

1.1 山西組煤層

二疊紀(jì)山西組煤層的沉積環(huán)境為是沖積平原環(huán)境，沼澤的種類主要有三種，即河道邊緣沼澤、分流河道充填沼澤、三角洲朵葉廢棄平原化沼澤。覆水較淺，兩岸洪水漫延沉積對其產(chǎn)生影響，使得鏡質(zhì)組含量降低。石嘴山、馬蓮灘等地的煤層在上三角洲平原泥炭沼澤中形成，覆水深，煤層的鏡質(zhì)組含量相比于其他地區(qū)要高很多。垂向上，煤層沉積環(huán)境為上三角洲平原-沖積平原相，[1]自上而下鏡質(zhì)組的含量降低，而無機質(zhì)和惰質(zhì)組的含量增高。

1.2 延安組煤層

侏羅紀(jì)延安組煤層沉積環(huán)境為湖泊三角洲平原；沼澤為三角洲分流河道、平原化沼澤和分流河道邊緣沼澤。主要分布于銀川寧東地區(qū)中部和汝箕溝礦區(qū)，橫向上巖性有很明顯的變化規(guī)律，泥炭沼澤的覆水深度大，煤層中有較高的鏡質(zhì)組含量。銀川寧東地區(qū)西北部沉積環(huán)境為沖積平原，為河道廢棄沼澤和河道邊緣沼澤，泥炭沼澤的環(huán)境比較干燥，能夠持續(xù)很長時間，煤層中有含量較高的惰質(zhì)組，鏡質(zhì)組的含量比較低。固原含煤區(qū)和寧東含煤區(qū)的中南部成煤環(huán)境為湖濱平原和三角洲，泥炭沼澤的覆水深度大，有著比較開闊的水域，煤層中的鏡質(zhì)租含量比較高。[2]

在垂直方向上，煤系的建造環(huán)境處于均衡沉降環(huán)節(jié)，有著比較明顯的沉積層序。沖積平原形成的煤組中惰質(zhì)組含量比較高，鏡質(zhì)組的含量較低。而三角洲環(huán)境中的煤組中，鏡質(zhì)組的含量比較高，惰質(zhì)組的含量比較低。早期形成的分流河道邊緣沼澤，覆水深度比較淺，晚期的廢棄河道和平原化沼澤成煤環(huán)境沼澤覆水深度比較深，其中的鏡質(zhì)組含量比較少，而惰質(zhì)組的含量高。

2 構(gòu)造對氣體蘊藏影響

構(gòu)造演化是對煤層氣富集成藏的最主要的因素，是聚煤盆地回返抬升和后期演化綜合疊加的結(jié)果。研究區(qū)屬鄂爾多斯盆地西緣的逆沖構(gòu)造帶，主要控煤構(gòu)造為逆沖構(gòu)造，具有明顯的分帶性，階梯狀構(gòu)造群是煤層氣儲藏的有利地帶。

由于受多期次構(gòu)造運動以及巖石物性差異的影響形成了不同的賦煤構(gòu)造。銀川寧東含煤區(qū)地處鄂爾多斯西緣拗陷帶中段，屬鹽池臺陷和陶樂臺拱兩個三級構(gòu)造單元，中西部構(gòu)造多為走向近南北的弧形斷裂和軸向近南北的褶皺。

根據(jù)我區(qū)構(gòu)造單元特征推測，在橫山堡、劉家莊等地氣源保留較好；根據(jù)賀蘭山東西兩麓大斷裂逆沖斷層及黃河大斷裂構(gòu)造特征分析認(rèn)為在汝箕溝、石炭井、白箕溝等老礦區(qū)有利于煤層氣成藏。汝箕溝礦區(qū)內(nèi)的煤層氣分布受不同地段次一級小型構(gòu)造影響，使含氣載體的結(jié)構(gòu)發(fā)生了改變，煤層氣的吸附能力增強了，但是煤層氣在載體中的運移能力降低了；因此，煤層氣的分布特征因受小的羽狀斷層、裂隙發(fā)育等的影響造成煤層氣含量增高，煤層氣吸附力增強，但滲透率降低。

3 封閉條件、變質(zhì)及埋深影響

良好的封閉條件才能使煤層氣得以保存，尤其是可塑性好的泥巖、炭質(zhì)泥巖都具有良好的閉氣性。由于泥巖、炭質(zhì)泥巖是致密層且柔韌性好，不易在構(gòu)造演化過程中產(chǎn)生裂隙，減少了游離氣的逸散。作為有效的蓋層（封閉層），既控制著地下水的運移，又驅(qū)動著裂隙和孔隙中的吸附氣隨水流進(jìn)行運移。地下水活動的過程中水被吸附在裂隙和孔隙的表面，降低了載體對煤層氣的吸附能力，從而增大了煤層氣的排泄能力，煤層氣向外部的滲流運移和擴散也同時減少，保證了地下較高的氣層壓力，減少了地下水滲流而引起的煤層氣損失。若蓋層滲透能力好，氣體則會向滲透性好的地層中運移，尤其是砂巖，加之水動力的影響，煤層中吸附氣也會被解吸出來轉(zhuǎn)移到滲透層中去?？偠灾?，煤層氣含量在泥巖分布區(qū)高于砂巖分布區(qū)。

含氣載體所經(jīng)受的氣體壓力是決定煤層氣含量大小的基本要素之一，在相同深度的壓力條件下，含氣載體變質(zhì)程度越高，煤層氣含量可能越大，即隨著揮發(fā)成份的變化，含氣載體對煤層氣的吸附量隨之增大。

結(jié)合煤層埋藏深度，煤層氣勘查開發(fā)的實際需要，將煤層氣的儲存深度劃分成三個區(qū)間，分別是小于1000米，1000到1500米和1500米以上。有7成左右的煤層氣資源量存在于小于1500米的區(qū)間中。[3]

4 結(jié)束語

煤層氣的富集成藏是很復(fù)雜的演化過程，是多種地質(zhì)因素綜合作用的結(jié)果。上述僅是對寧夏地區(qū)煤層氣富集情況各種控制因素的概略綜合分析?？偠灾?，構(gòu)造沉降作用有利于煤層氣賦存，逆斷層為有利構(gòu)造類型；隨煤層埋深增加，煤層氣吸附量增加，臨界埋深后則降低；水利封堵和水利封閉控氣具有保護(hù)作用。三角洲環(huán)境中的煤組中，鏡質(zhì)組的含量比較高，惰質(zhì)組的含量比較低，特別是侏羅紀(jì)煤層氣資源量比重較大，有著很好的資源發(fā)展?jié)摿?。泥巖分布區(qū)煤層氣含量高于砂巖分布區(qū)。煤變質(zhì)的程度比較高，能夠很好地吸附甲烷，煤層氣含量比較大，成藏條件也比較優(yōu)越，有著很好的開發(fā)前景。

參考文獻(xiàn)

[1]黎水寶，張麗勤，蔣晨，等.碳交易促進(jìn)寧夏煤層氣綜合利用的研究[J].環(huán)境工程，2016，02：159-163.

[2]逄建東，汪雷，臧曉琳，等.古交地區(qū)煤層氣地質(zhì)條件及資源潛力分析[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2015，33：155-160+165.

[3]戈雙武，龍如銀.我國煤層氣CDM項目的潛力與對策研究[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報（社會科學(xué)版），2010，03：19-25.