拜城盆地急倾斜煤层煤层气赋存情况浅析

拜城盆地急倾斜煤层煤层气赋存情况浅析

王晓声薛超张震

陕西省一三一煤田地质有限公司陕西韩城715400

摘要：拜城盆地北缘，区域构造线方向呈近东西向展布，煤系地层为一不对称的膝状饶曲构造。北部因抬升遭受剥蚀，仅有部分保留。所保留部分总体为一向南倾斜的单斜构造，并发育有一定数量的断裂构造及褶曲构造。岩层倾角61°-72°左右，且局部地层发生倒转，具有西缓东陡的特征。在勘探过程中，煤层气含量高，本文论述了该地层煤层的成因类型及存储情况。

关键词：煤层气；赋存；成因类型；褶曲构造；沉积作用

拜城盆地位于塔里木地台最北边的四级构造单元－库车山前坳陷中西部。库车坳陷是一个以上古生界为基底的中新代沉积坳陷，均为陆相沉积，形成了自下三叠统至第三系厚度近万米的陆相碎屑建造，其中下侏罗统为含煤建造，整个沉积所形成的地层经燕山期和喜马拉雅构造运动发生了强烈褶皱断裂。形成目前的构造格局。煤系地层位于拜城盆地北缘，区域构造线方向呈近东西向展布，煤系地层为一不对称的膝状饶曲构造。北部因抬升遭受剥蚀，仅有部分保留。所保留部分总体为一向南倾斜的单斜构造，并发育有一定数量的断裂构造及褶曲构造。

煤层为具有特低全水分，低、中灰，中、中高挥发分，特低硫，特低磷，中高软化温度灰，中高、高热值的含油或富油煤。上部煤层以1/3焦煤（1/3JM35）为主，逐渐过渡为焦煤25号（JM25）。

在煤形成与演化的全过程中，固相煤物质演化的同时产出气体称为煤层气。煤层气的主要成分是甲烷（CH4），又称“沼气”；其次为二氧化碳（CO2）和氮（N2）。

其主要成因有原生生物成因、次生生物成因、热解成因和裂解成因。

1煤层气的生产理论

1.1原生生物成因

原生生物成因瓦斯产生在生物地球化学煤化作用阶段。此时由于成煤物质埋藏浅、所处环境温度低、热力作用尚不足以造成有机质结构的显著变化，因而以CH4为主要成分的生物成因气是通过各类微生物参与下的生物化学反应而产生。

煤化作用早期，煤层通过厌氧菌的生物作用产生大量甲烷气体，成煤物质中一些类脂组分在低演变阶段也产生甲烷等烃类气体为煤层瓦斯提供气源。

1.2次生生物成因

煤层在后期抬升阶段，煤层温度等环境条件有适宜微生物生存。此类微生物主要通过位于补给区的煤层露头由大气降水带入，在相对低温条件下代谢湿气、正烷烃和其他有机物而生成CH4和CO2。一般在盆地的边缘及中浅部次生生物作用过程活跃。

该矿位于拜城盆地北部边缘，此类成因为煤层气一主要气体来源。

1.3热解成因

在热力作用下，有机质中各种官能团和侧链分别按活化能大小依次发生分解，主要转化为具不同分子结构的烃类和非烃类气体，形成的部分液态烃类则以渗出沥青形式产生出但其多数会被煤基质束缚和吸收。该过程按反应程度可分为早、中、晚三阶段。

1）早期

以含氧官能团的断裂为主，产生CO2，煤中壳质组易于受热变化产生液态烃类，煤的基本结构单元的烷族支链部分断裂形成少量CH4和C2H6以上重烃。

2）中期

有机质主要通过树脂体、孢子体、角质体等稳定组分的降解初期所形成沥青的转化和芳核结构上烷烃支链的断裂，形成富含重烃的气体，成煤物质经历沥青化高峰期。

3）晚期

沥青质、液态残余烃等较大分子烃类裂解、芳核支链近一步断裂而形成含CH4较多的气体。

热解成因过程相当于长焰煤-贫煤阶段。

1.4裂解成因

煤的基本结构单元上的大部分烷烃支链在成熟阶段已经消耗，化学反应由裂解为主转为芳香核之间的缩合为主，并由此产生大量CH4气体。

该区域煤层气主要成因类型以原生生物成因、次生生物成因和热解成因为主。

2煤层气的存储

煤层内存在的孔隙和裂隙为气体的存储和运移创造和空间和通道。气体在煤层内有三种基本赋存状态。被吸附于煤的孔隙、裂隙内表面上的吸附气；以游离状态存在于煤的孔（裂）隙中的游离气；溶解于煤层水中的气体的溶解气。在一定温度和压力条件下，这三种状态的气体处于统一动态平衡体系中。煤层气总量中以吸附气占绝大部分，游离气占少部分，溶解气占极少部分。

3煤层气的存储条件

煤层气在煤层中的赋存条件不是一成不变的，而是处于动态平衡。不同煤层部位的地质条件不同，储存的煤层数量也不相同。煤层气的形成、储存及运移与所处的地质因素有着密切的关系。如褶曲构造、沉积作用、煤层厚度、水文地质等。

3.1褶曲构造对煤层气赋存的影响

向斜构造比背斜构造对煤层气的保存有利。向斜构造两翼地层的倾角越大煤层气越容易逸散，反之，倾角越小、断层不发育或发育逆冲断层，有利于煤层气的保存，煤层气保存最好的地段往往位于向斜的次级向斜部位。

拜城盆地北缘的单斜构造构造中发育的次级向斜为煤层气的储存提供了良好的地质条件，有利于煤层气很好的保存。

3.2沉积作用对煤层气赋存的影响

沉积作用在很大程度上决定煤层气生成的物质基础以及煤储层、盖层的几何和物性特征，并通过煤层与围岩之间的组合关系而影响煤层气的保存。

该区域煤系地层为一套河湖沼泽相的含煤碎屑岩建造，岩性主要为炭质泥岩、泥岩、砂岩及煤层。煤层位于含煤建造的中、下部，上部岩层的封盖能力强，有利于煤层气的保存。

3.3煤层厚度对煤层气赋存的影响

煤层气的逸散以扩散方式为主，空间的浓度差是其扩散的主要动力。在其他条件相同时，煤层厚度约大，达到中值浓度或者扩散终止所需的时间越长。煤储层为高密度低渗透性的岩层，上部分层和下部分层对中部分层具有强烈封盖能力，煤层越厚，中部分层的煤层气向上部及底板扩散的路径就越长，扩散阻力就越大，对煤层气的保存越有利。

该含煤建造中塔里奇克组地层共含煤约19层，其中A3、A4、A5、A7、A9等煤层均为厚-特厚煤层。在急倾斜煤层煤层的煤层的伪厚度远大真厚度，此类情况对煤层气的保存提供了有利条件。

3.4水文地质对煤层气赋存的影响

水文地质是影响煤层气赋存的一个重要因素。而其对煤层的影响主要体现在水力运移、逸散作用，水力封闭作用和水力封堵作用。

当煤层及其围岩含水层地下水流向与煤层气运移方向相反时，地下水的流动一方面可以对煤层气向浅部的运移产生一定的阻力，减缓煤层气的运移速度，另一方面可携带溶解的部分煤层气向深部聚集，有利于煤层气的富集。

拜城盆地位于天山地槽褶皱系的前缘。含煤地层位于拜城盆地的北部，整体地形北高南底。其大面积的补给区使含煤地层从露头接受补给，地下水顺层由浅部向深部运动，将煤层中向上扩散的煤层气封堵，并携带部分溶解的煤层气向深部运移聚集。

4结论

在褶曲构造、沉积作用、煤层厚度、水文地质等因素的共同影响，使拜城盆地含煤地层中煤层气难于扩散，造成煤层地层煤层气聚集。煤层中煤层气含量过高不利于煤矿的安全生产。

参考文献：

[1]张予敏：瓦斯地质学，中国矿业大学出版社，2009.5

[2]李增学：煤成（型）气地质学，地质出版社，2007.10

[3]单士平：地质因素对瓦斯赋存和运移的影响，甘肃科技，2006.6

作者简介：

王晓声（1983～），男，汉族，陕西富平人，地质工程师，2008年毕业于河北工程大学，资源学院，勘查技术与工程专业。现在陕西省一三一煤田地质有限公司从事煤田地质、工程地质及水文地质工作。