山西省煤层气资源分布特点及控气因素

２０１４年５月　山西煤炭管理干部学院学报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｓｈａｎｘｉ　Ｃｏａｌ－Ｍｉｎｉｎｇ　Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｏｒｓ　Ｃｏｌｌｅｇｅ　Ｍａｙ．，２０１４　Ｖ０１．２７　Ｎｏ．２　第２７卷第２期　・煤电技术研究・　山西省煤层气资源分布特点及控气因素　龚杰立　（山西省地质调查院，山西太原０３０００６）　【摘要】山西省煤层气资源丰富，主要形成于晚古生代石炭一二叠纪，主要分布于高、中煤阶沁水盆地和鄂尔　多斯盆地东缘，从煤层厚度、变质、埋深、构造背景、水文地质条件、岩浆火山作用等方面对煤层气生储、赋存、运移进　行了论述和评价，认为沁水、鄂尔多斯盆地东缘是煤层气资源赋存有ｉｆ，４区和勘查工作重点，对后续煤层气勘查选区　具有一定指导意义。　【关键词】煤层气山西生储　【文献标识码】Ａ　【文章编号】１００８—８８８１（２０１４）０２—００１２—０２　【中图分类号】ＴＤ８４５　山西省是我国煤炭资源大省，煤层气资源亦十分　丰富，全省埋深２０００ｍ以浅资源量约ｌ０．３９万亿ｍ　，　约占全国总量近１／３，资源量、探明储量均位列全国第　一煤阶煤层气（鄂尔多斯盆地东缘）中。　＜１５００ｍ　煤田　面积　１　５００—２０００ｍ　合计　，煤层气勘查、开发和利用均处于全国领先地位。近　资源量　面积　资源量　面积　资源量　（ｋｍ　）　（亿ｍ，）　（ｋｍ　）　（亿ｍ，）　（ｋｍ　）　（亿Ｆ［Ｉ３）　沁水　１５５５７．５　３４６３６．９　ｌ　６９２７．５　２２４８６．５６　２２４８５．０　５７１２３．４７　年来随着“气化山西”战略实施，山西煤层气产业发展　河东　１００９０．０　３０８７０．３８　２８０２．５　９１３５．９４　ｌ２８９２．５　４０００６－３２　注入新的活力，系统分析和总结全省煤层气资源分布　宁武　９５７．５　２４４５．７４　３００．０　ｌ３【）４－３１　ｌ２５７．５　３７５０．０５　０　５８５．７６　１６２．５　ｌｌ８．３４　１０７２．５　７０４．１０　特点和控气因素对于煤层气勘查选区具有一定的指　霍西　９１０．导和借鉴意义。　一西山　１３０４．３　２３６８．５８　ｌ３０４．３　２３６８．５８　、山西省煤层气资源分布特点　合计　２８８１９３　７０９０７．３５　１０１９２．５　３３０４５．１５　３９０ｌ１．８　ｌ０３９５２．５０　表１　山西省煤层气资源分布表　山西省共有沁水、河东、宁武、霍西、西山、大同　六大煤田，含煤总面积约６２２５４ｋｍ　，分布广、产量　大、煤类全，从褐煤、长焰煤到无烟煤均有分布，变　质程度总体呈现北低南高特征，除大同煤田为石炭　一二、山西省煤层气资源控气因素　众所周知，我国煤层气赋存具有低饱和度、低　渗透性、低储层压力、高变质程度“＿一低一高”地质　特征。煤层气起源于两类原始成因：泥炭一软褐煤　二叠纪和侏罗纪双纪煤田外，其他煤田均沉积形　成于石炭一二叠纪。沁水煤田主要以生产优质无烟　煤、贫煤为主，河东、西山、霍西煤田以焦煤、肥煤、　瘦煤为主，宁武、大同煤田以长焰煤、气煤、弱粘煤　阶段的原始生物成因，烟煤一无烟煤阶段的正常热　成因，其富集本质是生成、储集、封盖、迁移、聚集、　保存等条件的配置一体化过程。山西煤层气资源主　要赋存于华北克拉通板块晚古生代煤系地层之中，　受中生代燕山期构造热事件影响，煤阶普遍较高，　吸附能力和含气性较大，煤层气资源主要集中于　高、中煤阶含煤盆地中。因此深入分析含煤层气煤　系盆地基底性质、大地构造位置及属性、沉积古地　理条件，对于煤层气生储、富集、运移具有决定性意　义。　为主。除大同煤田为贫ＣＨ　区几乎不含煤层气资源　外，其他煤田均赋存有煤层气资源（见表１），其中沁　水煤田（沁水盆地煤层气）和河东煤田（鄂尔多斯盆　地东缘煤层气）煤层气资源占全省总量９３．４％。从时　空配置关系考虑，山西省煤层气资源主要形成于晚　古生代石炭一二叠纪，沉积环境主要为海陆过渡性　和陆相沉积系列环境，煤层气含煤盆地主要位于沁　水盆地和鄂尔多斯盆地东缘，宁武盆地少量，煤层　气资源主要集中于高煤阶煤层气（沁水盆地）和中　（一）煤变质程度，一般而言随着变质程度增加　含气量提高，一方面是随着煤变质程度提升，累计　收稿日期：２０１４—０３—０９　作者简介：龚杰立（１９８０一），男，山西稷山人，山西省地质调查院Ｔ程师。　ｌ２　生气机理延长，生气量增大，气源更加充足，另一方　面是变质程度提高可以显著改善煤质结构和吸附　性能，从而提高含气性。为此通常而言下煤系比上　煤系含气性好，含气量高，垂向上具有一定分带性。　另外煤的割理（内生裂隙）和构造节理（外生裂隙）　与煤变质程度、煤岩组成紧密相关，决定着煤层的　渗透率和含气性。　（二）煤层厚度及埋藏深度，煤层作为生气层和　储气层，煤层厚度对煤层气含量有一定控制作用，　煤层气厚度大则生气量大且资源丰度高，利于煤层　气赋存。在一定埋藏深度范围内，随煤埋藏深度增　加含气能力增强，孔隙率降低，含气量提高，二者呈　一定正相关性，但到达一定深度后含气性则接近于　一定值，即为其极限值，是煤体储存能力本身所决　定的，且煤层气涌出量随煤层埋藏深度增大而增　加。需要说明的是该处所言埋藏厚度仅代表煤沉积　之时同期沉积地层有效剩余残留厚度，与后期渐新　地层累计厚度覆加关系不大。　（三）沉积岩相古地理条件形成的煤层顶底板　圈闭条件、储盖组合。对于山西晚古生代含煤盆地　而言，绝大部分沉积环境均为海陆过渡性（三角洲）　和陆相（河流相）沉积环境，数煤层顶板为砂岩、灰　岩等，显示沉积之时沉积间断现象，其主要为分流　河道频繁改道冲刷煤炭的泥炭沼泽沉积抑或是海　侵活动短暂侵入停留影响。以砂岩为顶板的岩性因　渗透率高对煤层气赋存不利，而以泥岩、泥灰岩、灰　岩为顶板的煤层则有利于煤层气储存。可以说含气　煤系封闭性各异是储气、迁移能力差异重要原因之　一０　（四）水文地质条件影响含气性，适当的水文动　力地质条件可形成水压封闭，交替的水动力条件则　破坏煤层气的储气状态和能力，煤层气运移逸散，　为此经常可以看到水文地质条件处于汇水、滞水等　弱交替区，含气量高，煤层气易于产出。因此水动力　强的地区受相似相容原理影响煤层气甲烷的碳同　位素变轻的程度较大，煤层气含量较低，如霍州矿　区下组煤层覆盖在奥陶灰岩之上，受奥陶系岩溶水　影响，太原组煤系地层地下水动力条件强于山西组　煤层，因此太原组下组煤含气量均低于上组煤层山　西组含气量。同时水化学场亦影响着含煤岩系煤层　气含气性，其本质为水文、地质、物化条件下水一岩　一气之间化学平衡综合作用结果，对煤层气生储产　生一定影响。　（五）构造活动对煤层气含气性有重要影响。矿　区构造中断层特别是正断层断层面倾角大往往形　成煤层气迁移逸散通道，附近煤层气含气性则降　低。一般而言，张性断层利于煤层气排放，压性断层　阻碍煤层气排放。褶皱构造对煤层气含气性赋存也　有重要影响，从煤层气分布规律看，背斜和向斜轴　部及附近煤层气含量较高，两翼倾角越大则煤层气　逸散多，含气量低，而倾角较小，断层不发育或仅有　逆断层则含气性好，含气量高，煤层气富集最好地　段多是在向斜构造的次级向斜部位，即位于盆地斜　坡，有时富集区呈南北向带状组合，富集区与贫气　区相间分布。如沁水盆地中部来源一左权以南，襄　垣～沁水以北地区，南部安泽以南地区煤层气含量　高。　（六）岩浆火山活动有利于煤层气富集，促使煤　变质程度增高，促进煤层气形成，因岩浆火山活动　侵人位置不同，促使煤变质程度和结构构造也发生　带状变化，影响区内煤层气储存和运移，后期火山　岩体冷却，煤体收缩，新的次生割理形成，渗透性变　好。此外陷落柱也会影响局部煤层气赋存状态，因　其往往形成开放性断层，附近煤层气含量会急剧增　大，比如西山、汾西等地区，勘查开采应引起高度注　意和重视。　三、结论　山西省煤层气资源主要为高、中级煤阶煤层　气，分布面积广，主要煤层含气性好，煤层气资源勘　查开发潜力较大。当然煤层气评价是个系统工程，　需要从煤层厚度、变质、埋深、构造背景、水文地质　条件等多方面因素综合考虑，同时随着勘查、开采、　理论研究等基础工作进展，煤层气资源认识也会不　断深化和完善。沁水、鄂尔多斯盆地东缘仍是今后　勘查工作重点，同时积极开展宁武、霍西盆地煤层　气资源调查评价工作。　【参考文献】　…秦胜飞，宋岩，唐修义等．水动力条件对煤层气含量　的影响　天然气地球科学．２００５．（２）．　【２】吴剑超，吴琼，吴欢欢．沁水盆地煤层气赋存规律研　究和分布预测ＵＪ，商品与质量・科学理论．２０１１，（８）．　【３ｌ李贵中．煤层气向斜控气论Ｕ１．天然气工业．２０｛｝５，（１）．　１３