中國煤層氣賦存特點(diǎn)與勘探方向

摘 要

摘要：中國煤層氣資源十分豐富，特點(diǎn)表現(xiàn)為含煤盆地多、含煤層系多、煤種全、煤層氣藏類型多。埋藏深度淺于1000m的資源量達(dá)14.27×1012m3，是目前煤層氣開發(fā)的主要對(duì)象。當(dāng)
摘要：中國煤層氣資源十分豐富，特點(diǎn)表現(xiàn)為含煤盆地多、含煤層系多、煤種全、煤層氣藏類型多。埋藏深度淺于1000m的資源量達(dá)14.27×1012m3，是目前煤層氣開發(fā)的主要對(duì)象。當(dāng)前國家配套扶持政策基本到位，是我國發(fā)展煤層氣的重要機(jī)遇期。加快煤層氣發(fā)展，首先要認(rèn)識(shí)其賦存特點(diǎn)，選準(zhǔn)富集區(qū)，探好目標(biāo)區(qū)。近年來的研究成果表明，中國煤層氣主要富集在5類地區(qū)：區(qū)域含煤區(qū)構(gòu)造高點(diǎn)、直接蓋層穩(wěn)定分布的上斜坡區(qū)、凹中隆構(gòu)造的火山巖活動(dòng)區(qū)、淺層封閉條件好的低煤階與厚煤層發(fā)育區(qū)、斷裂活動(dòng)次生割理發(fā)育區(qū)。目前，我國尚處于煤層氣開發(fā)的初期，勘探開發(fā)前景廣闊。通過對(duì)不同煤階具體指標(biāo)的分析并結(jié)合上述5類富集區(qū)的特點(diǎn)，提出了Ⅰ類目標(biāo)區(qū)6個(gè)、Ⅱ類目標(biāo)區(qū)5個(gè)、Ⅲ類目標(biāo)區(qū)7個(gè)。其中沁水盆地南部晉城地區(qū)、鄂爾多斯盆地東南部吉縣-韓城地區(qū)、準(zhǔn)噶爾盆地東南部昌吉-大井地區(qū)是近期3個(gè)千億立方米煤層氣儲(chǔ)量規(guī)模的有利區(qū)；Ⅱ類和Ⅲ類目標(biāo)區(qū)將成為中國煤層氣中長期發(fā)展的重要領(lǐng)域。
關(guān)鍵詞：中國；煤層氣；富集區(qū)；勘探開發(fā)；目標(biāo)區(qū)；賦存特點(diǎn)；資源量
    煤層氣是煤層中吸附的甲烷和少量的其他氣體。我國煤層氣勘探和開采試驗(yàn)始于20世紀(jì)90年代，經(jīng)過近20年的探索，已在煤層氣資源評(píng)價(jià)、地質(zhì)理論和勘探技術(shù)等方面取得了豐碩的成果，初步儲(chǔ)備了煤層氣開采的工藝技術(shù)，特別是實(shí)用的淺層空氣鉆井技術(shù)和先進(jìn)的定向羽狀水平井技術(shù)，大大提高了煤層氣勘探開發(fā)效益。
    截至2009年底，全國探明煤層氣地質(zhì)儲(chǔ)量為1852.4×108m3，其中沁水盆地南部為1317×108m3，占總量的67%。全國地面開采共鉆煤層氣井3600余口，投產(chǎn)1682口，其中水平井100余口，已建成產(chǎn)能25×108m3，年產(chǎn)氣量為10×108m3。開發(fā)主要集中在沁水盆地南部和鄂爾多斯盆地東部[1]。另外，井下抽采已達(dá)61.7×108m3，但利用量僅17.7×108m3，利用率為28.7%。當(dāng)前國家的配套扶持政策基本到位[2]，是發(fā)展煤層氣的重要機(jī)遇期。加快煤層氣發(fā)展，首先要認(rèn)識(shí)其賦存特點(diǎn)，選準(zhǔn)富集區(qū)，探好目標(biāo)區(qū)。
1 中國煤層氣賦存的特點(diǎn)
據(jù)國土資源部2006年全國油氣資源評(píng)價(jià)成果，45個(gè)主要含氣盆地埋深淺于2000m的煤層氣資源量約為36.8×1012m3，其中可采資源量為10.9×1012m3，沁水、鄂爾多斯等8個(gè)主要盆地每個(gè)盆地的煤層氣資源量均大于1×1012m3，資源量共約26×1012m3，占全國總量的70%，主要位于我國中西部地區(qū)。埋藏深度淺于1000m的資源量達(dá)14.27×1012m3，是目前煤層氣開發(fā)的主要對(duì)象。
    煤層的含氣性通常用噸煤含氣量、吸附飽和度、甲烷濃度和資源豐度等4個(gè)要素來衡量：①含氣量是噸煤所具有的氣體量，它是煤層氣資源量的決定要素；②資源豐度是煤層含氣量與煤層厚度的綜合反映；③吸附飽和度是與煤層氣可采性有關(guān)的一個(gè)含氣性要素：④甲烷濃度是評(píng)價(jià)含氣質(zhì)量的主要標(biāo)準(zhǔn)[3]。
    從地域分布分析，煤層平均含氣量以華南聚氣區(qū)為最高，其次為東北聚氣區(qū)和華北聚氣區(qū)，西北聚氣區(qū)最低；各區(qū)的甲烷濃度較為接近，由高到低依次為華南、華北、西北和東北聚氣區(qū)；各聚氣區(qū)的平均資源豐度相差比較懸殊，西北聚氣區(qū)顯著高于其他地區(qū)，其次為東北聚氣區(qū)，華北略低于東北，華南最低；平均吸附飽和度以東北聚氣區(qū)為最高，華南次之，再為華北，西北最低(表1)。
 

    從含氣層系分析，石炭-二疊系、上二疊統(tǒng)、中-下侏羅統(tǒng)含氣性數(shù)據(jù)較多，具有較好的代表性；其他時(shí)代則相對(duì)較差。綜合分析結(jié)果認(rèn)為，北方主要盆地的石炭-二疊系含氣性較好，是主要盆地最重要的含氣層系。
    對(duì)深度分布的研究結(jié)果表明，控制煤層含氣量的主要因素是煤巖組分、上覆地層的有效厚度、煤級(jí)和斷裂等。其中前3個(gè)因素制約作用普遍，是區(qū)域性的控制因素；斷裂等構(gòu)造因素在較小范圍內(nèi)作用顯著。在一定的地區(qū)內(nèi)，處于埋深較小的瓦斯風(fēng)化帶內(nèi)，煤層含氣量與埋深的關(guān)系密切。深部煤層含氣量與煤階有著密切的關(guān)系，而與深度關(guān)系則不明顯。
    按煤階分布情況分析，高煤階貧-無煙煤Ⅲ類煤(Ro=1.9%～2.5%)資源量為7.8×1012m3；占21.1%；中煤階氣-瘦煤(Ro=0.7%～1.996%)資源量為14.3×1012m3，占38.9%；低煤階-長焰煤(Ro＜0.7%)資源量為14.7×1012m3，占40%。
含氣量大于6m3/t是煤礦瓦斯爆炸的引發(fā)點(diǎn)，以含氣量6m3/t作為界限，大于6m3/t的煤層氣資源量約為19.76×1012m3，占全國煤層氣資源量的54%，其煤炭資源量為1.62×1012t，僅占29%。如果以含氣量大于6m3/t作為實(shí)施“先采氣，后采煤”的界線，既不影響“十一五”煤炭產(chǎn)量，又可遏制瓦斯災(zāi)害(表2)。
 

2 中國煤層氣的主要聚集類型
    從當(dāng)前已經(jīng)開展工作的煤層氣區(qū)煤層氣分布特點(diǎn)看，主要有以下5種聚集類型：
    1) 區(qū)域含煤區(qū)構(gòu)造高點(diǎn)是高產(chǎn)富集有利部位。處于盆地后期構(gòu)造抬升部位，次生割理發(fā)育，滲透性好，煤層埋藏相對(duì)較淺，壓實(shí)作用較弱；在上覆有利蓋層條件下，滯水環(huán)境中煤層割理裂隙尚未礦化，煤層氣藏未被水打開；兩翼是烴類供給的指向區(qū)，易形成高滲透率、高含氣量、高飽和度的高產(chǎn)富集區(qū)。
    2) 直接蓋層穩(wěn)定分布的上斜坡煤層氣高產(chǎn)條件優(yōu)越。煤層后期埋藏淺，抬升幅度大，次生割理發(fā)育，壓實(shí)作用弱，滲透性好，發(fā)育區(qū)域分布穩(wěn)定的直接蓋層，處于滯水封閉環(huán)境，煤層割理尚未被方解石等礦化充填，甲烷風(fēng)化帶寬度窄，處于承壓水封閉狀態(tài)；下傾部位有充足的烴類補(bǔ)給，具備形成高滲透率、高含氣量、高飽和度的有利條件，如沁水盆地南部、寧武盆地南部。
    3) 封閉條件好的淺層，低煤階、厚煤層有利于煤層氣富集。盡管煤層煤階低，生氣量和含氣量低，但巨厚煤層彌補(bǔ)了低含氣特點(diǎn)，只要有好的蓋層條件，阻止上覆水沿煤層割理形成動(dòng)力流，上傾部位壓實(shí)作用減小，煤層吸附飽和度高，可形成高滲透率、高飽和度氣藏。盆地陡坡中淺部煤層埋深適中，位于煤層氣運(yùn)移指向區(qū)，吸附飽和度較高，煤層滲透性較好。另外，經(jīng)構(gòu)造抬升，煤層埋藏適中的向斜區(qū)，也是煤層氣高產(chǎn)富集的有利部位，如二連盆地霍林河地區(qū)。
    4) 斷裂活動(dòng)次生割理發(fā)育區(qū)是煤層氣聚集有利場所。盡管煤層埋藏深，但在局部構(gòu)造高部位斷層活動(dòng)使得煤層次生割理發(fā)育，滲透性好，存在高滲透帶，游離氣與吸附氣并存，如準(zhǔn)噶爾盆地五彩灣地區(qū)。
    5) 凹中隆構(gòu)造的火山巖活動(dòng)區(qū)有利于煤層氣高產(chǎn)。區(qū)域火山巖侵入煤層，加劇了煤層的生氣作用；火山巖墻又起到了有利的遮擋作用。后期火山巖體冷卻，導(dǎo)致煤體收縮，有利于次生割理形成，滲透性變好；火山巖直接接觸帶多變成天然焦，不利于煤層氣富集；在有利的直接蓋層條件下，甚至后期構(gòu)造抬升，煤層變淺，形成高產(chǎn)富集有利區(qū)塊，如遼寧阜新盆地劉家區(qū)塊。
    此外，也不能忽視煤層氣解析形成的游離氣運(yùn)移到煤系地層其他沉積巖中(如砂巖、碳酸鹽巖等)形成的天然氣聚集?？碧竭^程中，注意兼探。
3 煤層氣重點(diǎn)有利勘探目標(biāo)區(qū)
    在總結(jié)煤層氣富集規(guī)律及含氣特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，首先建立了一套不同煤階選區(qū)評(píng)價(jià)技術(shù)指標(biāo)體系(表3)。
 
    通過對(duì)不同煤階具體指標(biāo)的分析，根據(jù)5類富集區(qū)的特點(diǎn)，在全國共優(yōu)選出18個(gè)有利目標(biāo)區(qū)：分別是晉城、吉縣-韓城、神木、橫山堡、寧武南、盤關(guān)、格目底、萍樂、昌吉、大井、烏爾禾、烏審旗、三江穆棱河、霍林河、伊敏等。其中Ⅰ類目標(biāo)6個(gè)，Ⅱ類5個(gè)，Ⅲ類7個(gè)，總面積5.47×108km2，煤層氣資源量6.48×1012m3，這些地區(qū)將是下一步煤層氣的有利勘探方向。其中Ⅰ類區(qū)塊資源量為3.63×1012m3，資源量大，分布在沁水、鄂爾多斯、準(zhǔn)噶爾和寧武盆地，煤層氣地質(zhì)條件較好，是煤層氣近中期儲(chǔ)量和產(chǎn)量的現(xiàn)實(shí)目標(biāo)區(qū)；Ⅱ類和Ⅲ類區(qū)塊共有資源量2.87×1012m3，分布在吐哈盆地、三塘湖盆地、二連盆地、滇東黔西地區(qū)和萍樂盆地，具備中遠(yuǎn)期儲(chǔ)量增長潛力，是儲(chǔ)量后備接替區(qū)塊。其中沁水盆地南部晉城地區(qū)、鄂爾多斯盆地東南部吉縣-韓城地區(qū)、準(zhǔn)噶爾盆地東南部昌吉-大井地區(qū)是近期3個(gè)千億立方米煤層氣儲(chǔ)量規(guī)模有利區(qū)。
4 結(jié)論
    我國煤層氣資源十分豐富，其特點(diǎn)表現(xiàn)為含煤盆地多、含煤層系多、煤種全、煤層氣藏類型多。由于中國含煤盆地類型和聚煤環(huán)境差異大，后期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)改造強(qiáng)烈，使我國十分豐富的煤層氣資源蘊(yùn)藏在非常復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中。主要有5種類型的煤層氣富集：區(qū)域含煤區(qū)構(gòu)造高點(diǎn)、直接蓋層穩(wěn)定分布的上斜坡區(qū)、凹中隆構(gòu)造的火山巖活動(dòng)區(qū)、淺層封閉條件好的低煤階與厚煤層發(fā)育區(qū)、斷裂活動(dòng)次生割理發(fā)育區(qū)。目前，我國尚處于煤層氣開發(fā)的初期，勘探開發(fā)前景廣闊。通過分析提出的18個(gè)有利目標(biāo)區(qū)將成為我國未來煤層氣展開工作的主戰(zhàn)場。
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(本文作者：翟光明 何文淵 中國石油天然氣集團(tuán)公司咨詢中心)