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浅谈山西省煤层气资源量及其赋存规律

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浅谈 山西省 煤层气 资源 及其 规律
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增   刊 山 西 焦 煤 科 技   月     2008 · 专 题 综 述 ·浅 谈 山 西 省 煤 层 气 资 源 量 及 其 赋 存 规 律杨 海 平 ①(山 西 省 煤 炭 地 质 148勘 查 院 )摘   要   山 西 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 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   煤 层 气 ;资 源 量 ;赋 存 规 律 ;影 响 因 素山 西 煤 炭 资 源 丰 富 ,根 据 山 西 煤 田 地 质 局 完 成的 “ 山 西 省 煤 层 气 资 源 评 价 ” 项 目 成 果 ,山 西 省 煤 层气 资 源 量 约 为 4. 7万 亿 约 占 全 国 的 36. 5% ,由 此可 见 ,山 西 在 中 国 煤 层 气 工 业 中 所 处 的 特 殊 地 位 。 巨大 的 资 源 量 引 起 世 界 各 国 及 我 国 对 山 西 煤 层 气 开 发的 重 视 。1  山 西 煤 层 气 资 源 特 征1) 资 源 量 巨 大 。 山 西 是 煤 炭 资 源 大 省 ,拥 有 沁水 、 河 东 、 西 山 、 霍 西 、 大 同 、 宁 武 六 大 煤 田 及 浑 源 ,五台 山 、 垣 曲 、 平 陆 、 繁 峙 5个 煤 产 地 ,含 煤 面 积 64 824占 全 省 总 面 积 的 40. 4% ,煤 炭 资 源 的 丰 富 ,决 定了 煤 层 气 资 源 的 丰 富 ,根 据 山 西 省 煤 层 气 资 源 评 价 结果 ,全 省 煤 层 气 资 源 量 共 计 为 46 625. 108 其 中 远景 储 量 为 3 811. 108 各 煤 田 煤 层 气 资 源 量 见 表1。表 1  煤 层 气 资 源 量 汇 总 表煤 田 煤 层 气 资 源 量 / 田 煤 层 气 资 源 量 / 28 316 108 宁 武 1 028 108河 东 14 689 108 霍 西 900 108西 山 1 067 108 大 同 625 108合 计 46 625 1082) 煤 类 齐 全 。 山 西 煤 炭 资 源 不 仅 数 量 巨 大 ,而且 煤 种 齐 全 ,从 低 变 质 的 褐 煤 、 长 焰 煤 到 高 变 质 的 无烟 煤 ,全 省 均 有 赋 存 ,各 煤 田 煤 类 分 布 情 况 大 致 为 :沁水 煤 田 以 优 质 无 烟 煤 为 主 ;西 山 、 河 东 、 霍 西 煤 田 以 炼焦 煤 为 主 ;宁 武 、 大 同 煤 田 石 炭 、 二 叠 系 、 侏 罗 系 为 长焰 煤 、 气 煤 类 。 在 探 明 储 量 中 ,炼 焦 用 煤 为 1 439. 78亿 t,占 探 明 储 量 的 56. 06% ,各 类 煤 的 储 (资 源 )量 见表 2 。表 2  预 测 各 煤 类 储 (资 源 )量 汇 总 表煤 类 储 资 源 量 /亿 t 煤 类 资 源 量 /亿 168. 40 75. 69 128. 10 0. 5069. 40 62. 5803. 43 分 类 不 明 1. 4012. 55 合 计 7 312. 052  山 西 煤 层 气 的 赋 存 规 律 及 其 影 响 因 素煤 层 气 也 称 瓦 斯 ,在 煤 矿 生 产 中 危 害 极 大 ,严 重威 胁 着 矿 工 的 生 命 。 同 时 它 又 是 洁 净 的 能 源 。 通 过近 年 来 对 煤 层 气 勘 探 与 研 究 ,主 要 影 响 山 西 煤 层 气 赋存 因 素 如 下 :1) 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 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① 作 者 简 介 :杨 海 平   男   1964年 出 生   1986年 毕 业 于 大 同 煤 炭 工 业 学 校   助 理 工 程 师   太 原   030053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 。 例 如 ,河 东 煤 田 、 沁 心 煤 田 中 南 部 、 霍 西 煤田 都 因 张 性 断 裂 发 育 ,而 造 成 局 部 地 段 煤 层 中 甲 烷 含量 大 幅 度 降 低 。 在 褶 曲 构 造 中 ,背 斜 顶 部 不 利 于 煤 层气 的 聚 焦 和 储 存 ,这 是 因 为 背 斜 顶 部 的 张 性 纵 裂 发育 ,这 些 裂 隙 产 状 陡 立 ,延 伸 远 ,甲 烷 很 容 易 穿 过 其 顶板 的 岩 石 面 向 上 扩 散 ,从 而 造 成 背 斜 顶 部 煤 层 中 的 甲烷 含 量 降 低 。2) 煤 岩 组 成 、 煤 类 差 异 和 煤 层 气 的 生 储 关 系 。从 长 焰 煤 到 无 烟 煤 ,总 体 趋 势 是 煤 层 甲 烷 含 量 随 着 变质 程 度 的 增 高 而 增 高 ,而 山 西 省 甲 烷 含 量 最 高 的 煤 类是 贫 煤 和 无 烟 煤 。煤 的 显 微 组 分 有 镜 质 组 、 半 镜 质 组 、 丝 质 组 和 壳质 组 ,各 种 煤 岩 组 分 的 含 量 顺 序 为 镜 质 组 、 壳 质 组 、 惰质 组 。 镜 质 组 含 量 高 的 煤 吸 附 的 气 量 大 。 不 同 的 煤岩 组 分 解 吸 脱 气 量 差 值 很 大 ,丝 质 体 的 细 胞 腔 若 被 充填 ,气 的 脱 出 率 很 高 。 若 形 成 顺 层 通 道 ,甲 烷 可 在 丝质 体 含 量 占 比 例 大 的 部 位 喷 出 。 在 山 西 各 煤 田 中 煤岩 组 分 镜 质 组 含 量 都 比 较 高 , 一 般 为 30. 3% ~75. 6% ,平 均 生 烃 能 力 为 100~ 120 t。3) 埋 深 与 煤 层 气 的 关 系 。 埋 藏 深 度 是 控 制 煤 层气 富 集 的 重 要 因 素 ,当 前 研 究 分 析 ,在 其 它 变 化 不 大的 情 况 下 ,一 般 随 埋 深 的 增 大 甲 烷 含 量 增 高 ,但 达 2000 则 维 系 在 一 个 水 平 上 。a) 随 着 深 度 的 增 大 ,煤 的 变 质 程 度 加 深 ,从 而 导致 甲 烷 含 量 增 高 。b) 随 着 储 层 埋 深 增 大 ,储 层 压 力 相 应 增 加 ,从 而加 大 了 煤 层 的 吸 附 能 力 ,使 煤 层 的 甲 烷 含 量 增 高 。 如大 同 煤 田 侏 罗 纪 地 层 埋 藏 较 浅 ,甲 烷 含 量 普 遍 较 底 。而 河 东 煤 田 、 沁 水 煤 田 则 埋 藏 较 深 ,甲 烷 含 量 相 对 较高 。 在 同 一 煤 田 ,在 其 他 条 件 相 同 或 近 似 的 情 况 下 ,一 般 随 煤 层 埋 藏 深 度 加 深 ,含 气 量 增 加 。 在 垂 向 上 ,下 组 煤 一 般 比 上 组 煤 含 量 高 。4) 煤 层 厚 度 与 煤 层 气 的 关 系 。 煤 层 孔 隙 发 育 尤其 是 微 孔 隙 的 发 育 ,其 储 气 能 力 通 常 是 砂 岩 的 2~ 3倍 ,煤 层 厚 度 越 大 ,分 布 面 积 越 广 ,其 富 气 程 度 和 煤 层气 量 也 就 越 大 。5) 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 ,山西 省 煤 田 不 同 的 顶 底 板 的 煤 层 气 含 量 相 差 很 大 。 其顶 板 岩 性 为 砂 岩 类 时 ,下 部 的 煤 层 气 含 量 较 低 ;顶 板为 泥 岩 类 时 ,煤 层 气 不 易 向 外 逸 散 ,甲 烷 含 量 便 偏 高 。6) 地 下 水 流 动 与 煤 层 气 的 关 系 。 煤 层 气 可 溶 于水 中 ,在 水 动 力 和 浮 力 的 多 重 作 用 下 ,煤 层 气 一 般 向上 倾 方 向 移 动 ,聚 集 在 圈 闭 能 力 较 好 部 位 ,在 其 它 条件 相 同 的 情 况 下 ,水 压 低 势 区 是 煤 层 气 的 富 集 区 。 如西 山 煤 田 由 于 地 下 水 运 动 的 总 趋 势 是 由 北 向 南 ,从 而造 成 煤 层 气 藏 的 分 散 晕 向 南 偏 移 。7) 层 气 放 散 指 数 和 压 力 的 关 系 。 煤 的 坚 固 性 系数 一 般 介 于 0. 38~ 0. 1之 间 ,如 河 东 煤 田 各 煤 层 坚 固性 系 数 小 ,一 般 在 0. 38~ 0. 8之 间 ,平 均 为 0. 66,其煤 层 气 含 量 高 。煤 层 气 的 放 散 指 数 介 于 2. 0~ 11. 0之 间 。 如 河东 煤 田 4#煤 层 为 3. 5~ 7. 0、 5#煤 层 为 2. 0~ 3. 5、 8#煤层 为 2. 5~ 5. 0、 9#煤 层 为 2. 0~ 2. 5;沁 水 煤 田 3#煤 层为 3. 5~ 11. 0、 15#煤 层 为 10。 通 常 放 散 指 数 越 高 ,其含 量 也 越 大 。煤 层 气 的 压 力 受 多 种 因 素 控 制 ,重 要 的 因 素 是 埋藏 深 度 ,其 次 是 地 质 构 造 。 通 常 埋 藏 深 度 越 深 ,其 压力 越 大 ,含 量 也 就 越 大 。3  煤 层 气 勘 探 区 的 选 择 评 价综 上 所 述 ,煤 层 气 勘 探 区 应 选 择 在 含 气 量 高 ,煤层 厚 度 大 ,变 质 程 度 较 高 ,水 文 地 质 条 件 有 利 于 煤 层气 的 赋 存 和 开 采 的 煤 层 气 资 源 丰 富 较 大 的 地 区 。 如沁 水 煤 田 和 河 东 煤 田 都 是 比 较 理 想 的 ,沁 水 煤 田 晋 城至 阳 城 段 ,煤 层 气 的 开 发 已 经 初 具 规 模 。 在 今 后 的 煤层 气 资 源 勘 探 中 ,这 两 个 大 煤 田 仍 是 重 点 。收 稿 日 期   2008 - 04 - 28·18·2008年 增 刊 杨 海 平 :浅 谈 山 西 省 煤 层 气 资 源 量 及 其 赋 存 规 律
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