煤層氣地質學內容

1、 第十二章 煤地質學在煤層氣資源評價中的應用第一節(jié) 煤層氣地質概述煤層氣又稱煤層甲烷、煤礦瓦斯，是在煤化作用過程中形成的、賦存在煤層及其圍巖中的以甲烷為主要成分的混和氣體。煤層氣在煤儲層中以吸著態(tài)、游離態(tài)和溶解態(tài)三種形式賦存，吸著態(tài)（sorption）包括吸附態(tài)（adsorption）、吸收態(tài)（absorption）和凝聚態(tài)（agglomeration）三種方式。其中，地層條件下，以吸附態(tài)方式賦存的煤層氣占8090%以上。在地下采煤過程中，煤層氣長期被視為有害氣體，上世紀70年代末以來，由于能源危機的出現(xiàn)，美國等國家從能源的高度，對煤層氣資源的開采實施了一系列優(yōu)惠政策，從而推動了煤層氣的研究和

2、開發(fā)試驗，并于上世紀80年代初取得重大突破，成為第一個進行大規(guī)模商業(yè)性生產煤層氣的國家，也帶動了煤層氣研究的全球性熱潮。從災害角度轉向資源角度來認識煤層氣，并進行相關的研究和勘探開發(fā)、利用，是當今能源開發(fā)史上的一大重要事件，將對一個國家的能源結構構成具有重大的理論和實踐意義。我國是世界上煤層氣較為豐富的國家，同時也是煤礦瓦斯災害最為嚴重的國家。因此，進行煤層氣地質研究，分析煤層氣的成因、含氣性、儲層物性特征、成藏模式以及資源評價，進而促進煤層氣資源的勘探開發(fā)和利用，對于緩解我國能源危機、加強國家能源安全，降低煤礦瓦斯災害事故，保護人民生命財產安全和社會穩(wěn)定，改善我國大氣環(huán)境，促進環(huán)保事業(yè)發(fā)展都

3、具有重要的意義。第二節(jié) 煤儲層含氣性含氣性是是煤層氣資源評價的首要基礎，指地層條件下，儲層中煤層氣含量大小、質量的參數(shù)。含氣性因素由若干要素組成，如含氣量、資源量、資源豐度、含氣梯度、氣體組成等。其中，含氣量、甲烷濃度、資源豐度和含氣飽和度是其四個基本要素。含氣量制定煤層氣勘探計劃，進行煤層氣資源量計算和評價不可缺少的參數(shù)，一般用儲層條件下的單位質量的煤中煤層氣的體積大小來表示（換算為標準狀態(tài)下的體積），單位是cm3/t或m3/t?；诓煌谋磉_基準，含氣量對應著不同的值。下文將對其進行詳細描述。甲烷濃度表示儲層條件下甲烷氣體占總的煤層氣體的百分比。它是評價煤層氣質量的重要依據(jù)，單位是%。資源

4、豐度是煤層氣含量和煤層厚度綜合結果的反映，其高低直接影響煤層氣勘探開發(fā)的成功與否。是指單位面積的氣田中煤層氣的資源量大小。單位一般為m3/km2。含氣飽和度是指煤儲層在原位溫度、壓力、水分含量等儲層條件下，煤層含氣總量與總容氣能力的比值。在實際操作中，人們往往用吸附氣飽和度來近似表示煤儲層含氣飽和度。其單位是%。一、含氣量如何準確地確定含氣量和查明含氣量控制因素，已成為人們關注的焦點。但截至目前，還沒有一個關于煤層含氣量測試的國際標準，不同國家或出于不同的研究目的，采用不同的測試標準。其中，大多數(shù)人所接受的是美國礦業(yè)局（USBM）的直接法。目前在我國瓦斯地質和煤層氣地質領域普遍采用的是在此基礎

5、上作了大量修改，由撫順分院等單位制定的“煤層瓦斯含量和成分測定方法”（MT-77-84、MT-77-94）。1、含氣量的表達基準（蘇現(xiàn)波，5960）2、含氣量的構成（蘇現(xiàn)波，5455）基于不同的含氣量測試方法，其構成有所差異。1）階段含氣量（1）USBM直接法USBM直接法測定時，煤儲層含氣量由測試過程中的三個階段的實測氣量構成，即逸散氣量、解吸氣量和殘余氣量。逸散氣量：指從鉆頭鉆遇煤層到煤樣放入解吸罐這一過程中解吸出的氣量。這部分氣體無法直接測得，通常依據(jù)前兩小時的解吸數(shù)據(jù)來推測。逸散氣的體積取決于鉆孔揭露煤層到把煤樣密封于解吸罐的時間、煤的物理特性、鉆井液特性、水飽和度和游離態(tài)氣體含量?？s

6、短取心時間是準確計算逸散氣的有效途徑之一，如采用繩索取心對于600m的井深只需幾分鐘，這就大大降低了逸散氣的體積。不同物理特性的煤具有不同的解吸速率，如碎裂煤、糜棱煤由于擴散距離短造成逸散氣體積大。鉆井液的比重較大時對于煤層氣的逸散有阻滯作用。如果煤儲層被水飽和，游離態(tài)煤層氣含量低，則逸散氣體積??；相反如果煤儲層未被水飽和，游離態(tài)煤層氣含量高，則逸散氣體積較大。解吸氣量：指在正常大氣壓和儲層溫度下，煤樣置于解吸罐后，自然脫出的氣量。這一過程以解吸速度在一周內平均每天小于10cm3或在一周內每克煤樣的解吸量平均小于0.05 cm3為止。這部分氣體是由實驗室直接測得的。殘余氣量：指煤樣充分解吸后仍

7、殘留在煤中的氣量。將樣品罐加入鋼球后密封，放在球磨機上磨2h，然后按測試解吸氣的程序測殘留氣。殘余氣或者是由于擴散速率極低所致，或者是在一個大氣壓下煤層氣處于吸附平衡狀態(tài)，不再解吸。根據(jù)Diamond對美國1500個煤樣的統(tǒng)計，殘留氣體積在低煤級煤中可占總含氣量的40%-50%，而中高變質煙煤的殘留氣僅占總含氣量的10%以下。我國晉城無煙煤中殘留氣量介于1.82%10.15%之間，平均為6.0%。在煤層氣開發(fā)中要特別注意殘留氣的含量，因為這部分氣體是目前經濟技術條件下難以回收的。2、MT-77-84解吸法我國MT-77-84測定的煤層含氣量由四部分組成，包括損失氣量（V1）、現(xiàn)場2h解吸量（V

8、2）、真空加熱脫氣量（V3）以及粉碎脫氣量（V4）。國內、外解吸氣中逸散氣量（損失氣量）所指部分是相同的，但國內2h解吸氣量只是美國解吸氣量的一部分，且不是在儲層溫度下進行的，盡管氣體體積校正到標準狀態(tài)，但不同溫度條件下，煤層氣的解吸速度不同。因此，由2h解吸氣量推算的逸散氣量（損失氣量）也存在差別。解吸溫度低時，逸散氣量（損失氣量）偏少；解吸溫度高時，逸散氣量（損失氣量）偏大。在現(xiàn)場把出井的煤心或煤屑立即裝罐密封，以樣品罐密封起計時測量。解吸氣量的測定及求取過程中需要進行精確的時間記錄。包括：開始鉆遇煤層時間（t0）、開始取芯時間（t1）、開始起鉆時間（t2）、煤芯提至井深一半時間（t3）、

9、煤芯提出井口時間（t4）、完成煤心封罐時間（t5）、開始解吸時間（t6）。USBM法測試要求解吸開始按每小時計量45次，壓力不超過2834KPa，含氣量高的樣品計量要求加密，幾天過后氣量已經很小，氣壓發(fā)生波動，要防止發(fā)生倒吸現(xiàn)象，當解吸速率降為一周內平均每天低于10ml時，停止現(xiàn)場解吸。國內煤層瓦斯解吸儀進行解吸測定時要求煤芯提出井口時間(t4)與完成煤芯封罐時間(t5)間隔小于15min，密封時間與解吸時間間隔小于2min，現(xiàn)場解吸2小時后，停止解吸。在美國應用USBM法測定含氣量時一般不測定殘余氣量，因為解吸周期長，殘余氣體難以解吸，對采收率幾乎沒有影響。國內進行現(xiàn)場2h解后，必須測定殘余

10、氣量。將經過解吸測定的煤樣，在密封狀態(tài)下盡快送到試驗室進行加熱脫氣，加熱脫氣后將煤樣粉碎，再進行一次脫氣（簡稱粉碎脫氣）。即要經過以下兩個步驟： 加熱脫氣：開罐之前抽真空，加熱至95ºC，一直進行到每半小時內脫出氣量小于10ml為止（一般持續(xù)5h左右）。粉碎脫氣：煤樣密封在球磨罐中到球磨機上粉碎45h，使煤樣粒度磨到0.25mm以下，然后再進行抽真空、加熱脫氣5h左右。3、含氣量的控制因素現(xiàn)今煤層中保存的氣體，是長期的煤化過程中，氣體生成、逸散后保存于煤層及其周邊圍巖中的那部分氣體。因此，其含量大小不僅與成煤環(huán)境、生烴史有關，更受后期的構造運動、水文條件以及圍巖的封閉性有關。1）成煤

11、演化的地質歷史成煤有機物沉積以后直到現(xiàn)今經歷了漫長的地質年代。其間地層多次下降或上升，覆蓋層加厚或受剝蝕，陸相與海相交替變化，遭受地質構造運動破壞等，這些地質過程的不同使煤層氣流失排放的過程也不同，對現(xiàn)今的煤層煤層氣含量有巨大影響。從沉積環(huán)境看，海陸交替相含煤系，往往巖性與巖相在橫向上比較穩(wěn)定，沉積物粒度細，煤系地層的透氣性差，這種煤層的煤層氣含量可能很高；陸相沉積與此相反，煤層煤層氣含量一般較低。2）成煤條件和煤化程度成煤的原始物質為植物。高等植物在成煤過程中形成腐殖質，進而成為腐植煤。腐殖質的成分以芳香族化合物為主，脂類化合物較少，其元素特征是貧氫富貿。腐殖質產生的甲烷量較多，可達氣體成分

12、的90一95。低等植物在成煤過程中形成腐泥質，進而成為腐泥煤。腐泥質中脂類化合物相當豐富，元素組成特征是氫高氧低，產生的甲烷量相對較少，一般為形成的氣體成分的4770%。左右。成煤的條件不同，生成的煤層氣量也不同，成煤條件好、含有機質越多、含雜質越少，煤層氣的生成量就越大，含量就越高。如前文所述，煤化程度越低，成煤過程中生成的煤層氣就越少，煤層氣含量就少；反之，煤化程度越高，成煤過程中生成的煤層氣就越多，煤層氣含量就大。但由于成煤后或成煤期間，由于長期的地質時期發(fā)生的復雜地質變化，成煤過程中產生的煤層氣氣體大量逸散，使得僅有少量的煤層氣保存在現(xiàn)有煤層中。國內外大量測定結果表明，煤層原始煤層氣含

13、量大多不超過2030m3/t，僅為成煤過程生成煤層氣量的1/5一1/10或更少。3）煤層的埋藏深度煤層的埋藏深度增加不僅加大了地應力，使煤層與巖層的透氣性變差，而且加大了煤層氣向地表運移的距離，有利于煤層氣的儲存。在不受地質構造影響的區(qū)域，當深度不大時，煤層的煤層氣含量隨深度呈線性增加，如焦作煤田，在煤層氣風化帶以下煤層氣含量與深度的統(tǒng)計關系式：X6.580.038H（X為煤層氣含量，襯/t；H為埋深，m）；當深度很大時煤層氣含量趨于常量。4）煤層與圍巖的透氣性煤層與圍巖的透氣性對煤層煤層氣含量有很大影響，其圍巖的透氣性越大、煤層煤層氣越易流失、煤層氣含量?。环粗?，煤層氣易于保存，煤層煤層氣含

14、量大。通常泥巖、頁巖、砂頁巖、粉砂巖和致密的灰?guī)r等透氣性差，易于形成高煤層氣壓力，煤層氣含量大；若地層中巖石以中砂巖、粗砂巖、礫巖和裂隙或溶洞發(fā)育的灰?guī)r為主時，其透氣性好，煤層煤層氣含量小。5）煤層傾角和露頭煤層傾角大時，煤層氣可沿著一些透氣性好的地層向上運移和排放，煤層氣含量低；反之，煤層傾角小時，一些透氣性差的地層就起到了封存煤層氣的作用，使煤層煤層氣含量升高。煤層露頭是煤層氣向地面排放的出口，露頭存在時間越長，煤層氣排放越多；反之，地表無露頭時，煤層氣含量較高。6）地質構造地質構造是影響煤層氣儲存的重要條件。煤系地層為沉積地層，各種巖石的透氣性有很大差別，在地層與地質構造的共同作用下，可

15、能形成封閉型地質構造或開放型地質構造。封閉型地質構造有利于煤層氣儲存，開放型地質構造有利于煤層氣排放。閉合而完整的背斜或彎窿又覆蓋有不透氣的地層是良好的儲存煤層氣構造，其軸部煤層內往往積存高壓煤層氣，形成“氣頂”。在傾伏背斜的軸部，煤層氣濃度通常也高于翼部。但是當背斜軸頂部因張力形成連通地表的裂隙時，煤層氣易于流失，軸部煤層氣含量反而低于翼部。向斜構造存在兩種情況：一種情況下，因軸部受到強力擠壓，透氣性差，使軸部的煤層氣含量高于翼部；另一種情況下，由于向斜軸部煤層氣補給區(qū)域縮小，當軸部裂隙發(fā)育，透氣性好時，有利于煤層氣流失，開采至向斜軸部時，相對煤層氣涌出量反而減少。受構造影響形成局部變厚的大

16、煤包時，也會出現(xiàn)煤層氣含量增高的現(xiàn)象。這是因為煤包在構造應力作用下，周圍煤層被壓薄，上下透氣性差的巖層形成對大煤包的封閉條件。斷層對煤層氣含量的影響，一方面要看斷層的封閉性，另一方面要看與煤層接觸的對盤巖層的透氣性。開放性斷層（張性、張扭性、導水性）不論是否與地表直接相通，都會引起附近煤層煤層氣含量的降低；封閉性斷層（壓性、壓扭性、不導水性）與煤層接觸的對盤巖層透氣性差時，可以阻止煤層氣的排放，可能形成高煤層氣區(qū)域。7）煤的吸附特性煤是天然的吸附體，其煤化程度越高，存儲煤層氣的能力越強，在其他條件相同時，煤的變質程度越高，煤層煤層氣含量就越大。在同一煤田，煤吸附煤層氣的能力隨著變質程度的提高而

17、增大，故在同一煤層氣壓力和溫度條件下，變質程度高的煤層往往能保存更多的煤層氣。但由無煙煤向超級無煙煤過渡時，煤的吸附能力急劇減小，煤層煤層氣含量也大大減少。8）水文地質條件煤層和巖層的水文地質條件是影響煤層氣含量的另一個主要因素。盡管煤層氣的主要組成氣體在煤中的溶解度很小，但如果煤層中水處于開放或暢通的流水環(huán)境，水體的長期流動，會從煤層中帶走大量的煤層氣，也會降低煤層氣含量。因此，地下水活躍的地區(qū)，煤層氣含量通常較小。9）巖漿活動 巖漿侵入煤系煤層，使煤、巖層產生脹裂及壓縮，巖漿的高溫烘烤可使煤的變質程度升高。另外，巖漿巖體有時使煤層局部被覆蓋或封閉。但也有因巖脈蝕變帶裂隙增加，造成風化作用加

18、強，逐漸形成裂隙通道。所以說，巖漿侵入煤層對煤層氣賦存既有形成、保存煤層氣的作用，在某些條件下又有使煤層氣逸散的可能。因此，在研究巖漿巖對煤層煤層氣的影響時，要結合地質條件作具體分析。還值得注意的是，火山作用所形成的大量二氧化碳，在一些礦井中可造成二氧化碳突出的威脅。 巖漿侵入煤層對煤層氣生成和保存有利的影響比較普遍，如遼寧北票煤田東西兩翼有強烈的巖漿活動，而中部相對較弱，這與煤系地層呈“S”型構造有關。位于煤田來翼的三寶礦一井和位于西翼的臺吉四井，巖漿呈巖墻、巖床、巖脈、，巖株等產新詩侵入煤系煤層，其中沿煤層呈巖床侵入的巖漿巖對煤層氣賦存和突出發(fā)生影響顯著，主要表現(xiàn)在下列幾個方面：1）使煤受

19、熱變質，碳化程度增高，進一步生成煤層氣；2）由于巖漿巖處在煤層頂板部位，對排放煤層氣通道起著封閉作用，易于保存煤層氣；3）使煤層受力揉搓粉碎，造成煤結構的破壞，形成軟分層煤；4）巖漿侵入使局部煤系地層處于不均衡應力緊張狀態(tài)，積蓄了彈性潛能。上述四個方面都是有利于煤層氣生成和賦存的良好條件，也是突出發(fā)生的基礎。在某些礦區(qū)和礦井中，由于巖漿侵入煤層以，亦造成煤層氣逸散或煤層氣含量降低的情形。如福建永安礦區(qū)屬暴露式煤田，巖漿巖呈巖墻、巖脈侵入煤層，對煤層有烘烤、蝕變現(xiàn)象。因巖脈直通地表，巷道揭開巖漿巖時有淋水現(xiàn)象，反映裂隙通道良好，有利于煤層氣逸散。該礦區(qū)煤層氣含量普遍很小，均屬低沼氣礦井。第二節(jié)

20、煤儲層圍巖物性及封蓋能力圍巖物性，包括孔隙性、滲透性和節(jié)理發(fā)育等特征，它們直接決定著突破壓力這一重要物性，從而影響圍巖對煤儲層的封蓋性能，決定煤層氣的保存和逸散條件。圍巖的上述物性特征，與圍巖的巖石類型及其組合密切相關。即是說，對圍巖巖石類型及其組合的了解，有助于從宏觀上把握煤層氣的封蓋特征。一、煤儲層頂?shù)装宓膸r石類型煤層頂?shù)装迨欠舛旅簩託獾牡谝坏榔琳?，是煤儲層圍巖組合中最重要的巖層。其主要巖石類型有碳酸鹽巖、砂巖、泥巖、油頁巖及砂泥巖互層組合。1、碳酸鹽巖類型中國含煤地層碳酸鹽巖，除華北盆地本溪組有薄層白云巖以外，其余幾乎均是石灰?guī)r?；?guī)r作為煤儲層直接頂?shù)装?，較常見于華北盆地的太原組和華南地

21、區(qū)的合山組，主要為生物碎屑灰?guī)r。華北盆地南部的太原組灰?guī)r，約占該組垂向剖面厚度的20%40，一般分為1013層，薄者不到1 m，厚者可達18 m，分布比較穩(wěn)定；北部太原組灰?guī)r的層數(shù)明顯減少，且以泥晶致密灰?guī)r為主，除風暴滯積層外，生物碎屑含量比較低，孔隙度一般小于1.5，滲透率一般小于0.05×103m2。只有在構造運動較弱的地區(qū)，溶洞、縫合線不發(fā)育的致密灰?guī)r才可形成一定的封蓋能力。含煤地層中的灰?guī)r普遍含有一定數(shù)量的生物碎屑，溶洞和縫合線一般較為發(fā)育，平均孔隙度為46，滲透率為1.52.5×103m，普遍含水，對煤層氣的保存十分不利。一方面煤層氣通過煤儲層頂?shù)装寤規(guī)r中的孔隙和

22、裂隙發(fā)生運移，另一方面它又被灰?guī)r中地下水徑流帶走。因此，華北盆地南部太原組灰?guī)r的封蓋能力極弱，盡管華北盆地北部灰?guī)r由于泥質含量增高而封蓋能力有所增強，但華北盆地仍表現(xiàn)出太原組煤儲層含氣量一般低于山西組煤儲層的規(guī)律性。在華南地區(qū)，與灰?guī)r共生組合的合山組煤儲層含氣量普遍較低。在川南黔北一帶南桐礦區(qū)的紅巖礦和硯石臺礦，盡管龍?zhí)督M不含灰?guī)r，但因地層褶皺倒轉致使茅口灰?guī)r成為煤儲層的“頂板”，因而煤層氣大部分逸散，從而使這兩個礦成為南桐礦區(qū)僅有的未發(fā)生過瓦斯突出的礦井。豐城礦區(qū)長興組灰?guī)r是龍?zhí)督M上部C煤組的頂板，該組灰?guī)r巖溶發(fā)育，巖溶裂隙含水層含水豐富，兩者之間水力聯(lián)系密切，地下水徑流攜帶煤層氣運移出煤系

23、，因而造成C組煤層的含氣量普遍低于下部的B組煤層。2、砂巖類型砂巖頂?shù)装?，總體上不利于煤層氣的保存，但因其成分、結構的不同及成巖后生作用的差異，對于煤儲層的封蓋能力變化極大。我國含煤地層的沉積相和構造演化歷史的差異，導致我國煤儲層頂?shù)装迳皫r的巖性特征差別很大，但其結構成熟度從下石炭統(tǒng)到第三系具有逐漸變差的趨勢。下石炭統(tǒng)到上二疊統(tǒng)煤層的頂?shù)装迳皫r，在長期成巖、后生作用中經歷了壓實、壓溶、石英次生加大、長石增生、粘土礦物重結晶、碳酸鹽交代膠結等填塞孔隙的作用，許多砂巖中原生孔隙已被全部充填。同時，砂巖中一些組分如碎屑長石、粘土基質、碳酸鹽膠結物等也經歷了溶解淋濾和溶蝕作用，形成了一定數(shù)量的次生孔隙

24、。在華北盆地鄂爾多斯北部及西部的石炭二疊系砂巖的孔隙率大于5，滲透率超過2×103m2，不僅對煤儲層毫無封蓋能力，而且還可直接作為天然氣的儲層；其他地區(qū)頂?shù)装迳皫r的平均孔隙率為3.57，平均滲透率為0.56×103m2。煤儲層含氣量與上覆砂巖厚度呈指數(shù)下降關系。圖5-4所示為淮北宿南向斜山西組10號煤層上覆砂巖厚度與煤層甲烷含量的關系。2圖5-43、砂泥巖互層類型細砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖和泥巖互層，是煤儲層常見的頂?shù)装鍘r石組合類型。按泥巖在互層組合中所占比例可分為非均質圍巖和較均質圍巖兩類，在前者組合中泥巖所占比例小于50，在后者組合中泥巖所占比例為50%75

25、。我國南方二疊紀含煤地層大都屬較均質圍巖類型。泥質含量通過對巖石結構的影響控制著互層類型圍巖的孔滲特征。砂泥巖互層組合中泥質含量增加，最大孔隙直徑和優(yōu)勢孔徑減小，突破壓力隨之增大。顯然，較均質圍巖的封蓋能力要相對強于非均質圍巖，在其他條件的有利配合下可對煤儲層起到一定程度的封蓋作用。4、 泥巖類型泥巖是碎屑海岸相和湖泊相成因煤儲層的常見頂?shù)装鍘r石類型，在區(qū)域上往往具有一定的穩(wěn)定性和連續(xù)性，故又被稱為區(qū)域性蓋層。在裂隙不發(fā)育的情況下，泥巖是非滲透性蓋層，有極好的封蓋能力。泥巖的物性與其成巖演化階段有關，隨著其成巖程度加深，塑性降低，脆性增強，裂隙發(fā)育程度增大，封蓋能力有所減弱（表5-3）。泥巖的

26、封蓋能力還與粘土礦物的組成密切相關。以高嶺石或伊利石為主的泥巖，吸水膨脹性和可塑性較高，其封蓋能力較強。例如，峰峰、開灤等礦區(qū)在鉆孔鉆至鋁土泥巖（高嶺石泥巖）時常見氣體顯示，鋁土泥巖對于煤儲層的良好封蓋作用是其重要的原因。當綠泥石含量增高時，泥巖脆性變大，封蓋能力變差。在我國近海相含煤地層中，泥巖大多含有綠泥石，在陸相含煤地層中則以高嶺石泥巖為主。因此，華北盆地太原組和華南地區(qū)龍?zhí)督M泥巖的封蓋能力要弱于華北盆地山西組，而華北盆地的下石盒子組泥巖的封蓋能力則進一步強于上述三組。表5-3 泥巖成巖演化及其與封蓋能力和煤化作用階段的關系煤化作用階段泥巖成巖特征及封蓋能力褐煤塑性強，無張開的裂隙，為非

27、滲透性蓋層長焰煤塑性減弱，脆性增強，但仍為非滲透性蓋層氣煤肥煤形成張開裂隙，導致巖石封蓋能力有所降低，但巖石發(fā)生一定膨脹可使部分裂隙閉合，有利于保持封蓋能力焦煤不膨脹，張開裂隙較為發(fā)育，封蓋性能明顯降低瘦煤無煙煤脆性較大，張開裂隙較為發(fā)育，封蓋能力進一步降低5、油頁巖類型油頁巖致密度高、韌性大、裂隙不發(fā)育，含油率和水分含量高，其孔隙率低、滲透率小，是煤儲層最理想的封蓋層。我國含煤地層中的油頁巖多見于西北、東北、兩廣和云南等地區(qū)的中新生代小型盆地，分布局限，不具普遍意義。在撫順礦區(qū)，油頁巖直接覆蓋于煤層之上，其孔隙率為3.09%6.07%，平均含油率達5%6%，水和油充填了孔隙空間，致使巖石滲透

28、率很低（10-8×103m2級），突破壓力大（>6 MPa），對下伏煤儲層具有良好的封蓋作用。盡管撫順第三系煤的煤級為長焰煤至氣煤，但其甲烷平均含量卻達到9.83 m3/t。二、圍巖的封蓋能力圍巖封蓋能力與圍巖的巖性、韌性、厚度、連續(xù)性及埋深有關。從巖性來說，圍巖的封蓋能力隨碎屑含量減少、顆粒變細和泥質含量增高而增強。由此可知，由砂巖、碳酸鹽巖、砂泥巖互層組合、泥巖、煤層到油頁巖，其封蓋能力依次增強。泥質巖類具有一定的韌性，在構造變形過程中產生較少的裂隙，封蓋能力較強。此外，致密巖層越厚、連續(xù)性越穩(wěn)定，封蓋能力越強。據(jù)淮北礦區(qū)統(tǒng)計資料：頂板為砂巖的煤儲層，其甲烷含量最高不超過6

29、 m3/t（daf）；頂板為粉砂巖的煤儲層，甲烷含量最高不超過10m3/t（daf）；凡甲烷含量大于10m3/t（daf）的煤儲層，其頂板幾乎均為泥巖（圖5-4）。表5-4 圍巖的封閉類型 （轉引自龐雄奇等，1993）封蓋類型封蓋機理圍巖類型薄膜封閉毛細管壓力封閉泥巖、油頁巖、部分致密灰?guī)r和砂巖水力封閉孔隙流體壓力和毛細管壓力封閉含水泥巖、含液態(tài)烴油頁巖壓力封閉厚層泥巖欠壓實造成流體排出不暢，導致地層壓力異常增高巨厚泥巖濃度封閉圍巖本身的生烴強度能阻止煤層氣的擴散作用油頁巖、碳質泥巖三、圍巖的封閉機理圍巖的封閉機理，可以分為薄膜封閉、水力封閉、壓力封閉和濃度封閉幾種類型（表5-4）。煤層氣聚集

30、是煤層氣不斷散失與深部煤層氣補給并在某種程度上達到相對平衡的結果，擴散作用只要存在濃度差就能發(fā)生，擴散作用在煤化作用的各個階段始終存在。煤層氣通過圍巖的擴散作用大于補給作用，則煤儲層氣體不飽和。圍巖的厚度和質量是影響煤層氣逸散和聚集的重要因素。在我國，除局部地區(qū)存在油頁巖或厚層碳質泥巖的濃度封閉使煤儲層基本上處于飽和狀態(tài)之外，大多數(shù)地區(qū)煤層氣均不同程度地向圍巖擴散，煤儲層含氣飽和度普遍較低。第三節(jié) 控氣地質因素煤層氣富集的必要前提是生成、儲集、封蓋、運移、聚集、保存六方面條件及其動態(tài)發(fā)展過程的有利配置，是構造因素控制之下諸多地質因素綜合作用的結果。探討有關地質因素的控氣作用特征，分析控氣因素制

31、約下的煤層氣聚集規(guī)律，有利于煤層氣區(qū)帶的評價和優(yōu)選，并能為煤層氣資源勘探開發(fā)部署提供決策依據(jù)。一、煤級控氣煤層含氣量隨煤級的增加呈現(xiàn)出急劇增高緩慢增高急劇增高急劇降低的階段性演化特征，某一煤級階段最高含氣量的連線附近的礦區(qū)或井田均為煤儲層封蓋條件極好或煤儲層滲透率極差的地區(qū)（圖5-5）。第一階段終止于鏡質組最大反射率1.3%處附近，相當于褐煤至焦煤初期階段，最大含氣量隨煤級的增高而呈線性急劇增大，最大含氣量在褐煤階段不超過6m3/t，在氣煤階段不超過11m3/t，在肥煤階段小于15m3/t。第二階段介于鏡質組最大反射率為1.3%2.8%之間，包括焦煤、瘦煤、貧煤和無煙煤初期階段，隨煤級增高，最

32、大圖5-5 中國煤層含氣量隨煤級的演化趨勢圖(每一數(shù)據(jù)點代表一個礦區(qū)或井田的平均值，據(jù)秦勇等，1999)含氣量從18m3/t緩慢增至20m3/t左右。第三階段為無煙煤早期階段，介于鏡質組最大反射率為2.8%3.5%之間，統(tǒng)計單元煤層最大含氣量急劇增至25m3/t以上。第四階段的鏡質組最大反射率大于3.5%，包括無煙煤的中后期階段，最大含氣量隨煤級的增高而急劇降低，在鏡質組最大反射率5.0%左右處降至4m3/t以下，在鏡質組最大反射率6%左右朗氏體積接近于零，反射率大于7%的煤層中幾乎沒有甲烷存在。煤層含氣量階段性演化與煤化作用的階段性和躍變性高度一致，也與煤吸附性的演化特征密切相關，揭示出煤化

33、作用機理對煤層含氣性具有重要的控制作用。在褐煤至焦煤初期階段，煤中水分顯著減少，大分子基本結構單元邊基側鏈不斷脫落生成油氣，煤中微孔增多和孔比表面積不斷增大，煤對甲烷的吸附性增強，特別是早期未被甲烷充滿的孔隙空間由于生氣量的增大而被快速充填，從而導致該階段煤層含氣量急劇增大。在鏡質組最大反射率為1.3%處附近，煤化作用出現(xiàn)第二次躍變，沉積有機質的生油階段結束、進入熱裂解氣生成階段，鏡質組的物理化學特性發(fā)生轉換或轉折，濕潤熱、內在水分、芳香性大分子環(huán)縮合度等達到極小值。隨煤級進一步增高，大分子基本結構單元甲基側鏈及先期生成并充填在煤孔隙中的石油發(fā)生熱裂解，孔隙率、總孔容、微孔孔容、孔比表面積等繼

34、續(xù)增大，生氣作用和吸附性進一步增強，但由于含氣量的增高主要依賴于新生成孔隙增大的空間，而使得含氣量的增高速率變緩。在鏡質組最大反射率為2.7%和3.7%處附近，分別發(fā)生第三次和第四次煤化作用躍變，前者以甲基大量脫落和大分子結構有序化程度明顯增強為特征，后者則表現(xiàn)為孔隙率、孔容、孔比表面積、基本結構單元延展度和堆砌度等達到極大值。在這兩次煤化作用躍變之間，物理和化學性質上的演化導致在甲烷不斷生成的同時煤的孔隙空間和吸附性極度增強而使含氣量急劇增高。在第四次煤化作用躍變之后，沉積有機質的生氣作用基本停止，由于大分子化學結構的調整使得鏡質組的孔隙率、總孔容、微孔孔容、孔比表面積等顯著變少，氣源消失，

35、儲集空間減小，先期儲集于煤中的甲烷在煤化熱力作用下大量逸散，致使含氣量急劇降低。在鏡質組最大反射率為6.0%附近，鏡質組化學結構再次發(fā)生重大調整，大分子定向性極度增強，內在水分從增大變?yōu)闇p小的現(xiàn)象暗示吸附熱開始急劇降低。京西無煙煤（鏡質組最大反射率為7.0%）的朗氏體積變?yōu)榱?，表明對甲烷的吸附能力趨于消失。綜上所述，褐煤焦煤初期階段，煤層含氣量的急劇增高主要依賴于煤中微孔的增多、孔比表面積的加大和生氣量的增高；焦煤無煙煤初期階段，含氣量僅緩慢增高的主要原因是新生成孔隙增大的空間有限；而無煙煤早期階段含氣量的再度急劇增高，則是起因于在甲烷不斷生成的同時煤中孔隙空間明顯增多和吸附性極度增強；無煙煤

36、中后期階段，含氣量的急劇降低則是生氣作用停止、鏡質組化學結構再次發(fā)生重大調整而導致吸附能力趨于消失的結果。從更寬的演化角度來看，以鏡質組最大反射率4%為分劃性界線，煤化作用早中期為“煤層氣生成吸附性增強煤層氣儲集”階段，煤化作用后期則為“生成作用停止吸附性消失煤層氣殘留或逸散”階段，這是鏡質組反射率大于5.0%的地區(qū)煤層含氣量極低的根本性地質原因。二、構造類型控氣不同類型的地質構造，在其形成過程中構造應力場特征及其內部應力分布狀況的不同，均會導致煤儲層和封蓋層的產狀、結構、物性、裂隙發(fā)育狀況及地下水徑流條件等出現(xiàn)差異并進而影響到煤儲層的含氣特性。根據(jù)形態(tài)和動力學特征，與煤層氣有關的構造可歸納為

37、向斜構造、背斜構造、褶皺逆沖推覆構造和伸展構造四個大類。在此基礎上，考慮構造形態(tài)和不同類型構造的組合關系，并結合斷層運動學特征可進一步總結出10種基本構造類型以及與其相應的14種構造形態(tài)。1、向斜構造該大類包括寬緩向斜和不對稱向斜兩種構造類型，每種類型依據(jù)與斷層類型的組合關系又可各分為兩種情況（圖5-6）。單純從構造角度來看：向斜兩翼地層傾角越大，張性斷裂越發(fā)育，煤層氣就越易逸散；反之，兩翼傾角越緩，斷裂不發(fā)育或發(fā)育逆斷層，就越有利于煤層氣的保存。因此，斷層不甚發(fā)育的向斜（特別是寬緩向斜）、兩翼發(fā)育逆斷層的寬緩向圖5-6 褶皺構造控氣特征（據(jù)葉建平，1998）斜和有逆斷層發(fā)育的不對稱向斜陡翼，

38、煤層氣的保存條件在總體上比較好。在大型寬緩向斜中，由于兩翼有縱向正斷層和次級褶曲發(fā)育，煤層氣易于順兩翼斷層和次級背斜頂部裂隙運移逸散，故含氣性最好的地段往往位于向斜的仰起端和次級向斜部位，沁水大型寬緩向斜就屬于這種情況。但是，如果向斜中存在一個完整的地下水補給排泄系統(tǒng)，即地下水由一翼露頭處補給而由另一翼露頭處排泄，則地下水補給翼的煤層含氣性往往要相對比較好，如開平向斜。3、褶皺逆沖推覆構造該大類又分為褶皺推覆和逆沖推覆兩種基本類型（圖5-7），其共同特征是有較大規(guī)模的推覆體發(fā)育。褶皺推覆構造與陡翼發(fā)育逆斷層的不對稱向斜具有相似之處，二者形成于相近的構造動力學機制下，均是在擠壓應力作用下形成的，

39、有利于煤層氣的保存；其不同之處在于，褶皺推覆構造中逆斷層面的傾角極緩，呈波狀起伏，上盤逆沖巖席規(guī)模往往較大，對推覆體下伏地層和煤層的構造破壞作用更為強烈。褶皺推覆通常與強烈褶皺伴生，逆沖推覆則只是構造相對簡單的巖席推覆和逆沖。因此，褶皺推覆構造一方面既可形成區(qū)域性封蓋的構造條件而有利于煤層氣保存，另一方面又強烈破壞了煤層的原生結構而使煤儲層滲透性降低，從而導致煤儲層含氣量較高而物性又較差，例如豫西、淮南、大青山等目標區(qū)的某些地段。逆沖推覆構造共生于單斜構造背景，逆沖斷層面同樣是阻隔煤層氣逸散的良好構造界面，有利于煤層氣的大面積保存。在某些情況下，褶皺逆斷層與褶皺逆沖推覆構造共生，致使控氣構造背

40、景復雜化，如鄂爾多斯盆地西部。圖5-7 斷裂構造類型及其控氣特征（據(jù)葉建平，1998）4、伸展構造該大類包括單斜斷塊、斷陷盆地和滑動構造三種基本類型（圖5-7）。它們均為拉張構造應力作用的產物，但由于發(fā)育的地質時期不同和運動學特征的差異，對煤層氣保存條件影響的特征和程度亦有所不同。我國斷陷型含煤盆地多形成于中新生代，同沉積盆緣斷裂的發(fā)育往往導致煤層本身及上覆地層厚度巨大，其特點是以高角度正斷層為主體,大都呈在斷裂基礎上發(fā)育起來的地壘、地塹、半地塹和復式斷陷盆地等組合形式。其在總體上是煤層氣富集區(qū)，但煤層氣賦存存在不均一性，煤層的連續(xù)性很差，構造簡單的塊段面積小，而使單井有效抽排面積小，如阜新、

41、撫順、鶴崗、雞西、雙鴨山等礦區(qū)。單斜斷塊大都發(fā)育在大型盆地邊緣或大型隆起區(qū)外緣地帶，斷塊之間發(fā)育高角度張性正斷層，破壞了煤儲層的連續(xù)性，煤層氣沿斷層大量逸散，或使含氣性整體變差（如蘇北地區(qū)），或造成含氣性區(qū)域分布具極大的不均一性（如太行山東麓各礦區(qū)）?；瑒訕嬙煊职ㄉ煺够摵椭亓瑒觾煞N形式，變形強度相對較低但剪切應變作用較強，作用于滑動面下伏煤層或有關地層的是壓剪性構造應力機制。如果滑動面發(fā)育在煤層頂板附近或煤層之中，則可導致構造巖或構造煤發(fā)育，在增進封蓋能力的同時幾乎毫無例外地造成煤儲層滲透性變差，豫西的大部分礦區(qū)、漣邵礦區(qū)等均屬此種類型；而滑動面若遠離煤層，則對煤層氣保存條件沒有直接的影

42、響。三、沉積作用的控氣特征聚煤特征、含煤巖系的巖性、巖相組成及其空間組合均受控于沉積環(huán)境?；谶@種因果關系，沉積作用便在很大程度上決定煤層氣生成的物質基礎以及煤儲層、蓋層的幾何特征和物性，并通過煤層與圍巖之間的組合關系影響到煤層氣的保存條件。沉積體系研究應用于石油和常規(guī)天然氣儲蓋特征的歷史由來已久，煤田地質工作中在含煤性預測方面也有成功應用的經驗。形成于一定沉積體系中的煤系具有一定的煤儲層與蓋層組合關系，不同組合中圍巖的巖性差異對于煤儲層的封蓋潛勢的影響亦有所不同。因此，借鑒含煤沉積研究的有關成果，結合煤層氣地質的具體特征，有可能對煤儲層圍巖的封蓋潛勢進行區(qū)域性預測。含煤地層發(fā)育于克拉通內部盆

43、地、陸內坳陷盆地和裂谷型盆地，沉積體系有淺海障壁海岸、淺海無障壁海岸、三角洲、河流、湖泊和沖積扇六種。在不同的沉積體系中，煤層賦存于成因地層單元（旋回）中的不同位置，與頂板甚至頂板之上一定距離內的圍巖構成各式各樣的組合關系，形成了在區(qū)域上具有一定展布規(guī)律的儲蓋組合的六種基本成因類型（表5-5）。1、淺海障壁海岸沉積體系成因地層單元主要由臺地、障壁島、瀉湖、潮坪相的碳酸鹽巖、中細碎屑巖和泥巖組成。根據(jù)作用營力，可進一步分為以潮汐作用為主的潮坪型和以波浪作用為主的濱海平原型。潮坪型見于華北盆地的下二疊統(tǒng)山西組、華南地區(qū)的下石炭統(tǒng)測水組和上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M以及東北三江穆棱河平原的下白堊統(tǒng)城子河組。旋回結

44、構多較完整，煤層位于單元的中部或上部，發(fā)育于潮坪或潮上坪環(huán)境，頂、底板往往均為沼澤相或潮坪相泥巖和粉砂質泥巖，因此對煤儲層的封蓋能力較強。2、淺海無障壁海岸體系成因地層單元由局限海臺地相碳酸鹽巖、沼澤相泥巖和泥炭沼澤相煤組成，在旋回完整的情況下煤層上覆沼澤相泥巖。但是，在多數(shù)情況下由于海侵作用的影響，臺地相碳酸鹽巖往往與煤層直接接觸、形成煤儲層的直接頂板，從而導致封蓋條件極度惡化、封蓋能力變差，如華北部分地區(qū)的太原組、華南桂中和桂北的合山組等。同時，煤儲層底部的沼澤相泥巖一般較薄，亦無法有效地阻隔煤儲層與下伏臺地相灰?guī)r含水層之間的水力聯(lián)系，致使圍巖條件進一步變差。3、近海三角洲體系近海三角洲體

45、系是華北山西組、華北南部上、下石盒子組、華南滇東黔西和湘南龍?zhí)督M等的主要沉積體系。三角洲平原和分流間灣是重要的聚煤場所，煤儲層連續(xù)性沿沉積傾向較好、平行于走向變差。其成因地層單元具有逆粒序正粒序的垂向組合層序，中下部為前三角洲相泥巖或粉砂質泥巖以及巨厚的三角洲前緣相砂巖，煤層位于單元上部或頂部，上覆沼澤相或瀉湖海灣相泥巖，因此封蓋的沉積條件較好。在部分地段，煤層被分流河道、決口扇砂巖覆蓋，圍巖的透氣性增高而使封蓋能力變弱。表5-5 煤層氣儲蓋組合的基本類型及其主要特征沉積體系儲 蓋 組 合 巖 相 巖 性 特 征封蓋能力巖相組合巖性組合煤層在組合中的位置淺海障壁海岸臺地相沙壩相障壁島瀉湖相潮坪

46、相沼澤相泥炭沼澤相瀉湖相碳酸鹽巖細砂巖粉砂巖或泥巖泥巖或碳質泥巖煤泥巖或粉砂質泥巖中部或上部完整，強淺海無障壁海岸臺地相瀉湖或潮坪相沼澤相泥炭沼澤相臺地相碳酸鹽巖粉砂巖或泥巖泥巖或碳質泥巖煤碳酸巖鹽中部或上部完整，弱三 角 洲前三角洲相三角洲前緣相三角洲平原相（分流河道相/沼澤相/泥炭沼澤相/分流河道相）泥巖或粉砂質泥巖砂巖泥巖或粉砂質泥巖或砂巖煤泥巖或粉砂質泥巖或砂巖上部或頂部較強或弱河流河床相河漫相泥炭沼澤相沼澤相砂巖砂質泥巖或泥巖煤砂質泥巖或泥巖上部完整，較弱河床相河漫相泥炭沼澤相河床相砂巖砂質泥巖或泥巖煤砂巖頂部不完整，弱湖泊濱湖三角洲或淺湖或濱湖相沼澤相泥炭沼澤相沼澤相或深湖相細砂巖

47、或粉砂巖或粉砂質泥巖泥巖或粉砂質泥巖煤泥巖或粉砂質泥巖或油頁巖上部或頂部強或極強沖 積 扇扇頂相扇中相扇尾相礫巖或砂巖(碳質泥巖)煤（砂質泥巖或砂巖或礫巖）上部或頂部較弱或弱4、河流體系聚煤作用發(fā)生在河流沖積平原上。其成因地層單元具有雙層結構特征，下層結構為厚度較大的河床相砂巖和砂礫巖，上層結構由河漫相和沼澤相的細粒沉積、泥炭沼澤相的煤層及洪水成因的天然堤相、決口扇相砂巖和粉砂巖等組成，有時煤層被湖相泥巖直接覆蓋，煤層位于單元的上部或頂部。如果單元結構完整，則煤層為細粒碎屑沉積覆蓋，封蓋條件較好；若河道發(fā)生決口或側向遷移，一方面沖刷作用使煤儲層變薄甚至缺失，河道相或決口扇相粗中粒砂巖往往形成煤

48、儲層的直接頂板，為煤層氣垂向運移提供了通道，另一方面使煤層與河道相粗中粒砂體側向相連，造成煤層氣側向運移散失，對煤層氣的保存十分不利。這種情況較常見于四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組、華北（特別是中部和北部）山西組、上、下石盒子組以及我國中、新生代煤系地層。5、湖泊體系沉積相帶往往呈環(huán)帶狀展布，湖泊三角洲和濱湖平原是聚煤作用最有利的場所，煤層由陸向湖方向變薄、分岔和尖滅。成因地層單元的下、中部由淺湖相、濱湖相或濱湖三角洲相的中細粒沉積組成，往上發(fā)育沼澤相泥巖或碳質泥巖及泥沼相煤層，煤層頂板多為沼澤相或湖相細粒沉積，對煤儲層的封蓋能力較強，如鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)含煤地層。在我國某些中、新生代小中型陸相盆

49、地中，深湖相巨厚油頁巖直接覆蓋于煤層之上或與煤層過渡，一方面形成封蓋能力極強的煤層頂板，另一方面由油頁巖生成的天然氣往往輸入煤層而成為煤層氣的氣源之一，如西北民和（窯街）、東北撫順、沈北、華北黃縣等盆地。6、沖積扇體系沖積扇體系是斷陷聚煤盆地的重要沉積特征，在某些中大型坳陷型聚煤盆地邊緣也極為發(fā)育。前者如東北早白堊世的斷陷盆地，沖積扇在空間上與湖泊相急劇過渡，兩者沉積呈舌狀交互；后者如華北晚古生代的盆地北緣、西北準噶爾早中侏羅世盆地的周緣等，沖積扇沿下傾方向過渡為河流體系。扇頂區(qū)為含礫粗砂巖沉積，扇中區(qū)朵體之間、廢棄扇體間灣地帶和扇尾區(qū)（沖積扇前緣）是聚煤場所。煤層沿傾向方向連續(xù)性較好，但分岔

50、十分普遍，在垂向上由細粗碎屑巖夾煤層組成，煤層氣向上、向下都有便利的運移通道，圍巖的封蓋能力在總體上極差。四、煤層厚度控氣作用煤儲層的幾何特征，系指煤層在三維空間的展布形式，包括煤層厚度、煤層穩(wěn)定性、煤層結構等。這些特征對煤儲層含氣性和物性有一定影響，同樣是控氣系統(tǒng)中的重要地質因素。煤層氣的逸散以擴散方式為主，空間兩點之間的濃度差是其擴散的主要動力。根據(jù)費克定律和質量平衡原理建立的煤層甲烷擴散數(shù)學模型可知，在其他初始條件相似的情況下，煤儲層厚度越大，達到中值濃度或者擴散終止所需要的時間就越長（韋重韜，1998）。進一步分析可知，煤儲層本身就是一種高度致密的低滲透性巖層，上部分層和下部分層對中部

51、分層有強烈的封蓋作用，煤儲層厚度越大，中部分層中煤層氣向頂?shù)装鍞U散的路徑就越長，擴散阻力就越大，對煤層氣的保存就越有利，這也許就是一些地區(qū)煤厚與含氣量之間具有正相關趨勢的根本原因。五、水文地質的控氣特征水文地質是影響煤層氣賦存的一個重要因素。煤層氣以吸附狀態(tài)賦存于煤的孔隙中，地層壓力通過煤中水分對煤層氣起封閉作用。因此，水文地質條件對煤層氣保存、運移影響很大，對煤層氣的開采至關重要。水文地質的控氣特征可概括為三種作用：一是水力運移逸散控氣作用；二是水力封閉控氣作用；三是水力封堵控氣作用。其中，第一種作用導致煤層氣散失，后兩種作用則有利于煤層氣保存。1、水力運移逸散控氣作用水力運移逸散控氣作用常

52、見于斷層發(fā)育地區(qū)。其斷層呈導水性質，通過導水斷層或裂隙而溝通煤層與含水層。水文地質單元的補、徑、排系統(tǒng)完整，若含水層富水性、水動力強、強徑流，含水層與煤層水力聯(lián)系較好，則地下水在運動過程中攜帶煤層中氣體運移而逸散（圖5-8）。與煤層有水力聯(lián)系的含水層，包括煤系下伏灰?guī)r巖溶裂隙含水層、煤系中灰?guī)r巖溶裂隙含水層、砂巖裂隙含水層和第四系松散孔隙含水層。圖5-8（據(jù)葉建平，1998）例如開平向斜為一不對稱向斜，西北翼陡，東南翼緩，向斜軸面向北西傾斜，兩翼巖層露頭為西北翼高而東南翼低，新生界松散含水層厚600余米，含水豐富，滲透性好，其單位涌水量北部為311L/s.m，南部為0.2861.704L/s.

53、m，滲透系數(shù)為0.89620.626m/d，礦化度290.0386.0mg/L，水化學類型為HCO3Ca+Mg型。新生界松散含水層直接覆蓋于煤系地層之上，與煤系地層的主要含水層相接觸。即12煤以下砂巖和5煤以上砂巖裂隙含水層。而該含水層在西北翼接受新生界松散含水層地下水補給，然后向東南方流動，又補給東南翼新生界松散含水層形成其較完整的補、徑、排條件（圖5-9）。在向斜東南翼煤層氣的運移方向現(xiàn)地下水的流動方向相同，地下水的流動一方面對煤層氣在靜壓力作用下向上的移動提供動力，加快運移速度，另一方面在流動過程中又可攜帶溶解的部分煤層氣，至淺部逸散。這是造成開平向斜東南翼煤層含氣量低的主要原因之一。2

54、、水力封閉控氣作用水力封閉控氣作用常發(fā)生在構造簡單的寬緩向斜或單斜中，其斷裂不甚發(fā)育?？梢姷臄嗔褬嬙於酁椴粚再|斷裂，特別是一些邊界斷層，多具有擠壓、逆掩性質而成為隔水邊界。煤系地層上部和下部存在良好的隔水層，或者說，煤系地層含水層與上覆第四系松散含水層、下伏灰?guī)r巖溶裂隙含水層并無水力聯(lián)系，區(qū)域水文地質條件相對簡單。煤層直接充水含水層即是煤系中砂巖裂隙含水層。砂巖裂隙含水層含水性微弱，滲透系數(shù)低，地下水徑流緩慢甚至停滯。含水層補給只限于淺部露頭的大氣降水，補給量小。地下水以靜水壓力、重力驅動圖5-9方式流動。地下水呈封閉狀態(tài)，對煤層氣有封隔作用。煤層氣受水力封閉作用而富集，煤層含氣量比較高。

55、3、水力封堵控氣作用當煤儲層和煤系圍巖含水層地下水流向與煤層氣運移方向相反時，地下水的流動一方面可以對煤層甲烷在靜壓力作用下順層向淺部的運移產生一定的阻力，減緩煤層氣的運移速度。另一方面又可攜在流動過程中溶解的部分煤層氣向深部聚集，因而有利于煤層氣富集。水力封堵控氣作用常見于不對稱向斜或單斜中。含水層從露頭接受補給，地下水順層由淺部向深部運動，將煤層中向上擴散的氣體封堵，致使煤層氣聚集。水力封堵控氣作用常見于不對稱向斜或單斜中。含水層從露頭接受補給，地下水順層由淺部向深部運動，將煤層中向上擴散的氣體封堵，致使煤層氣聚集。如開平向斜新生界松散含水層接受大氣降水和地表逕流補給后，把充足的水量從西北

56、翼的巖層隱伏露頭區(qū)補給石炭、二疊系和奧陶系地層，接受補給后的煤儲層地下水順層向深部流動，而煤儲層中的甲烷則是由深部高壓區(qū)順層沿兩翼巖層向上運移，具體在西北翼是逆傾向向北西朝上運移，至使地下水的流動方向與煤層氣的運移方向相反，地下水的流動一方面對煤層氣在靜壓力作用下向上的移動產生阻力，減緩運移速度，另一方面又可攜帶在流動過程中溶解的部分煤層氣，至深部隨壓力的增大，吸附能力增強，使煤層氣富集（圖5-9）。這是造成開平向斜西北翼馬家溝等井田含氣量高的主要原因之一。水力運移逸散控氣作用貫穿于煤層氣演化史的全過程，尤其在生物氣階段、地層抬升階段更為突出，現(xiàn)代水動力運移逸散控氣作用分布于盆地邊緣或基巖埋藏

57、較淺地區(qū)；水力封堵控氣作用分布于盆地斜坡地帶；水力封閉控氣作用分布于盆地中心。對于一個沉積盆地而言，從盆緣到盆地中心地下水徑流能力由強到弱，可相應劃分為“強徑流”、“緩流”和“滯流”三種控氣類型。強徑流型控氣作用對煤層氣的保存不利；緩流型控氣作用對煤層氣的保存較為有利；滯流型控氣作用對煤層氣的保存十分有利。第四節(jié) 煤層含氣性的預測方法未采動區(qū)（原位煤層）與采動影響區(qū)影響煤層含氣量的因素不同，其預測方法也不一樣。一、原位煤層含氣量煤儲層原位含氣量大多依靠煤田地質勘探實測的集氣法資料、MT77-84解吸法資料（真空罐資料均不采用），一般將集氣法數(shù)據(jù)乘以一個系數(shù)（通常采用1.2）換算成MT77-84解吸法資料，有時也用礦井相對瓦斯涌出量乘以一個系數(shù)（通常采用1/3），少數(shù)到井下用瓦斯罐采樣進行實測。煤層氣井大多采用美國礦業(yè)局的直接法或“史威法”，石油系統(tǒng)也進行過保壓取芯嘗試，但沒有在全國推廣應用。1、含氣梯度法 含氣梯