1、浅谈陕北侏罗纪煤田煤层气资源量及其赋存规律摘要：陕北煤炭资源和煤层气资源丰富，含煤面积广，种类全，地质条件由简单到复杂，为探讨煤层气资源的赋存规律提供了丰富的素材。在陕北侏罗纪煤田煤层气开发中，应选择煤层厚度大，变质程度高，含气量大的区域，并要考虑有利于煤层气的存储和排采的条件。 关键词：陕北侏罗纪煤田；煤层气；赋存规律；地质构造；开采 中图分类号：F407.1 文献标识码：A 煤层气概述 煤层气俗称“瓦斯” ，它是成煤过程中生成、并以吸附状态赋存于煤层的自储式天然气体。最新的全国煤层气资源预测结果显示，中国煤层气资源总量约为 31.46 万亿立方米，与陆上常规天然气资源量相当，是继俄罗斯、加
2、拿大之后的第三大煤层气储量国。煤层气是近二十年在世界上崛起的新型能源，具有采收率较高（一般 30%60%，最高可达 80%） 、发热量高（达 33.4437.62MJ/m3）等优点，但是目前勘探开发成本较高，开发利用技术还有待于进一步提高。开发煤层气这一新型能源对缓解国民经济发展中能源的供求矛盾，改善我国的能源结构，减少煤矿瓦斯灾害，改善大气环境，以及促进我国社会与经济的协调可持续发展等方面都具有重大的现实意义和战略意义。 陕北侏罗纪煤田煤层气资源特征 （一）煤层气资源量 一直以来，陕北侏罗纪煤田煤层气单层可采烃类气体含量达不到4m3/t 且矿井瓦斯涌出量低的矿区或勘探区，没有开发价值。但是在
3、2012 年，地质人员在钻探中首次发现陕北侏罗纪煤田的煤层气，该层段地质层位为侏罗纪延安组含煤地层。这一发现打破了上世纪 80 年代以来认为侏罗纪煤田基本没有瓦斯赋存的论断。 黄陵矿区、焦坪矿区及彬长矿区，在小范围内，有少数孤立点甲烷含量达到 48m3/t，对这部分煤层资源量进行了估算，三矿区估算煤层气资源量计为 26 亿 m3。 表侏罗纪煤田煤层气资源量 （二）煤层气的特征 侏罗纪煤田煤类为长焰煤和不粘煤，是良好的动力用煤、气化用煤和水煤浆用煤。煤层气分带呈南北展布，即矿区东西部大面积范围内为煤层气风化带(CO2-N2 带)，中部为 N2-CH4 带，局部地段甲烷富储为 CH4带。煤层埋藏深
4、度、煤变质程度、镜质组含量、煤层的顶、底板泥岩厚度与煤层气含量呈正相关关系。在顶、底板泥岩厚度4 m 时，其甲烷含量2.5 ml/gdaf，当泥厚度4 m，其甲烷含量2.5 ml/gdaf。 煤气层赋存规律及影响因素 （一）煤气层赋存规律 本区煤层气为干气，所有样品测试结果，重烃含量均小于 5%。煤层气含量随着埋藏深度加深而增大，其变化梯度为煤层埋深增加 54.18m，含量增加 1mL/gr。其赋存规律受诸多地质因素控制，与成煤环境、煤化程度、煤层厚度、沉积构造及围岩性质等关系密切，构成了本区煤层气含量的分布格局。其成分在横向上的分带表现为南北向，即矿区东、西部为氧化带，中部为甲烷带，以路家小
5、灵台背斜鞍部的 CO2-N2 带将中部地区分为南、北两部分，南部大佛寺向斜区煤层气相对富集，值得注意的是，上述数值均为钻孔煤芯瓦斯样测试值，比生产矿井实测值偏低。但由于勘查方法所限，目前尚无可靠的换算方法来得到准确的数据。因此，在应用数据时，应充分考虑到其误差。 （二）煤层气赋存影响因素 通过近年来对煤层气勘探与研究，主要影响陕北侏罗纪煤田煤层气赋存因素如下： 地质构造的控制作用 煤层气的富集规律受多种因素控制，其中构造因素是很重要的。它控制了成煤作用的整个过程。成煤期前的构造控制了聚煤的范围及类型;成煤期的构造从区域上控制了沉积环境的分布特征，造成不同煤田的组成及其煤层与厚度的差异;成煤期后
6、的构造控制了煤的变质程度，而产生了不同变质阶段的煤，进而控制了煤层的立气能力;晚期的构造对煤层气的运移、保存和散逸起主导作用。张性正断层的发育可大大提高煤层气的逸散性能，甲烷可沿着发育的裂隙逸散至煤层以外的岩层中或地表。 本区中侏罗世延安早期基底隆起比较发育，如矿区北部的七里铺西坡隆起及南部的两亭太峪隆起等，其间尚有次级隆起发育。矿区南部在近 EW 及 NEE 向基底隆起背景之上迭加近 SN 向构造，使其呈古垄岗与洼地地貌，具有一定的等间距性。成煤前期构造，形成了煤系基底，控制了煤系地层及煤层的沉积厚度即气源岩的厚度分布，背斜部位沉积薄或无沉积，向斜部位沉积厚，为生成煤层气提供了物质基础；至延
7、安中晚期地壳大部已被夷平，多数基底隆起消失，煤层亦不甚发育。 2、聚煤环境及煤厚因素 （1）聚煤环境 区内延安期沉积环境变化较大。早期隆起相对较低，为洼地沼泽，河流环境发育于东南部郑家及西南部的普化一带，呈南北向注入北部的古宝塔河，中部为彬县湖泊三角洲、长武亭口湖湾区。中期彬县一带为湖泊三角洲区。晚期中部为浅湖沉积残留区，范围及厚度均较小。 煤层沉积厚度从中部低洼的低位潮湿森林沼泽还原环境向东、西两侧及古高地方向，有周期性流水的高位沼泽弱还原环境逐渐变薄、尖灭。因此，矿区中部向斜区厚度大、夹矸少而薄，古河道影响区及背斜部位煤层薄、夹矸层数多，处于煤层气氧化带。 （2）煤层厚度 煤层气含量与煤层
8、厚度呈正相关关系，是与煤层气在煤层中的赋存状态有关。矿区煤层孔隙率一般为 7%-11%，最大可达 15.15%。压汞试验表明，4 煤层孔容为 0.066ml/g。在煤体内部微孔的表面可形成很大的表面积，这样就可使大量的煤层气分子被吸附在煤体的微孔表面。由于煤层及邻近的炭质泥岩在成煤和成岩过程中，均可形成煤层气，而煤层相对于炭质泥岩具有较大的比表面积和较强的吸附能力。矿区煤层中煤层气含量相对较低，但由于煤层厚度巨大，其所储积的煤层气资源量也相对较大。 3、煤层埋深因素 矿区煤层气含量与煤层埋藏深度基本上呈正相关关系。随着煤层埋藏深度的增加，煤层气主要成分甲烷的浓度也在增高，含量也增大。在不同的构
9、造部位有一定的差异，南部大佛寺向斜与彬县背斜之间的倾斜带部位，甲烷含量随深度的增加而增加比较快；北部的雅店背斜南翼也相对较高；中部孟村向斜部位煤层埋深 600m 以浅，甲烷含量随深度的增加变化不大；在煤层埋藏深度 600m 以深，有比较明显地增加。 煤层气与煤层顶底板的关系 煤层顶底板岩性及其构造发育是影响煤层气富集的关键因素，以砂岩类为顶板的岩性对煤层气的富集不利，而以泥岩、泥灰岩灰岩为顶板的煤层则有利于煤层气的储集。 地下水活动 地下水活动对煤层气含量也有一定影响。主要表现在：地下水可驱动裂隙和孔隙中的煤层气运移；地下水可带动微溶于水的煤层气一起流动；水分子被吸附在孔隙、裂隙表面，减弱了煤
10、层对甲烷的吸附能力；水体占据了煤层孔隙的空间，排挤了煤层中的游离甲烷。因此，地下水活动比较强烈的地区，煤层中的煤层气含量比较小。反之，地下水活动微弱的地区，煤层中的煤层气含量比较大。矿区延安组含煤地层富水性微弱，煤层含水率 1.07%-2.83%，矿井反映的煤巷几乎无水，因此，矿区地下水活动对煤层气含量无大的影响。 四、陕北侏罗纪煤田煤层气的开采 矿区煤层气埋藏深度适中，钻井成本比较低；煤层结构较好，大多数地区为块状，不易坍塌，且厚度巨大。不仅适宜于套管完井工艺，同样也适宜于裸眼完井工艺。只是对于不同的构造部位、煤层分布特征，要有针对性地采用不同地工艺。所存在的问题是，矿区煤层气储层压力较低，
11、需要人工升举，抽出煤层中的水，使产层压力降低后才能产气。矿区主采 4 号煤层中部裂隙比较发育，且含少量裂隙水。正适宜采用此种方法抽排。同时，应注意到本区煤层气含量的不均一性，即在煤层裂隙发育地带，煤层气相对富集。因此，选择合理的布井方案，也十分重要。 参考文献 1叶建平，范志强.中国煤层气勘探开发开发技术进展M.北京:地质出版社，2006.9. 2张玉平，王国柱，冯勤科.陕西省高瓦斯煤矿勘查与地面抽采的应用方向 J.陕西煤炭，2006.3. 3龙玲，王兴.陕西彬长矿区煤层气赋存特征及资源利用J.中国煤田地质， 2005.17. 4王兴.陕西黄陇侏罗纪煤田优质富煤带及其构造因素A.煤田地质可持续发展研究C.西安：陕西科学技术出版社，2003.
