中國煤層氣賦存特點與勘探方向

摘 要

摘要：中國煤層氣資源十分豐富，特點表現為含煤盆地多、含煤層系多、煤種全、煤層氣藏類型多。埋藏深度淺于1000m的資源量達14.27×1012m3，是目前煤層氣開發的主要對象。當
摘要：中國煤層氣資源十分豐富，特點表現為含煤盆地多、含煤層系多、煤種全、煤層氣藏類型多。埋藏深度淺于1000m的資源量達14.27×1012m3，是目前煤層氣開發的主要對象。當前國家配套扶持政策基本到位，是我國發展煤層氣的重要機遇期。加快煤層氣發展，首先要認識其賦存特點，選準富集區，探好目標區。近年來的研究成果表明，中國煤層氣主要富集在5類地區：區域含煤區構造高點、直接蓋層穩定分布的上斜坡區、凹中隆構造的火山巖活動區、淺層封閉條件好的低煤階與厚煤層發育區、斷裂活動次生割理發育區。目前，我國尚處于煤層氣開發的初期，勘探開發前景廣闊。通過對不同煤階具體指標的分析并結合上述5類富集區的特點，提出了Ⅰ類目標區6個、Ⅱ類目標區5個、Ⅲ類目標區7個。其中沁水盆地南部晉城地區、鄂爾多斯盆地東南部吉縣-韓城地區、準噶爾盆地東南部昌吉-大井地區是近期3個千億立方米煤層氣儲量規模的有利區；Ⅱ類和Ⅲ類目標區將成為中國煤層氣中長期發展的重要領域。
關鍵詞：中國；煤層氣；富集區；勘探開發；目標區；賦存特點；資源量
    煤層氣是煤層中吸附的甲烷和少量的其他氣體。我國煤層氣勘探和開采試驗始于20世紀90年代，經過近20年的探索，已在煤層氣資源評價、地質理論和勘探技術等方面取得了豐碩的成果，初步儲備了煤層氣開采的工藝技術，特別是實用的淺層空氣鉆井技術和先進的定向羽狀水平井技術，大大提高了煤層氣勘探開發效益。
    截至2009年底，全國探明煤層氣地質儲量為1852.4×108m3，其中沁水盆地南部為1317×108m3，占總量的67%。全國地面開采共鉆煤層氣井3600余口，投產1682口，其中水平井100余口，已建成產能25×108m3，年產氣量為10×108m3。開發主要集中在沁水盆地南部和鄂爾多斯盆地東部[1]。另外，井下抽采已達61.7×108m3，但利用量僅17.7×108m3，利用率為28.7%。當前國家的配套扶持政策基本到位[2]，是發展煤層氣的重要機遇期。加快煤層氣發展，首先要認識其賦存特點，選準富集區，探好目標區。
1 中國煤層氣賦存的特點
據國土資源部2006年全國油氣資源評價成果，45個主要含氣盆地埋深淺于2000m的煤層氣資源量約為36.8×1012m3，其中可采資源量為10.9×1012m3，沁水、鄂爾多斯等8個主要盆地每個盆地的煤層氣資源量均大于1×1012m3，資源量共約26×1012m3，占全國總量的70%，主要位于我國中西部地區。埋藏深度淺于1000m的資源量達14.27×1012m3，是目前煤層氣開發的主要對象。
    煤層的含氣性通常用噸煤含氣量、吸附飽和度、甲烷濃度和資源豐度等4個要素來衡量：①含氣量是噸煤所具有的氣體量，它是煤層氣資源量的決定要素；②資源豐度是煤層含氣量與煤層厚度的綜合反映；③吸附飽和度是與煤層氣可采性有關的一個含氣性要素：④甲烷濃度是評價含氣質量的主要標準[3]。
    從地域分布分析，煤層平均含氣量以華南聚氣區為最高，其次為東北聚氣區和華北聚氣區，西北聚氣區最低；各區的甲烷濃度較為接近，由高到低依次為華南、華北、西北和東北聚氣區；各聚氣區的平均資源豐度相差比較懸殊，西北聚氣區顯著高于其他地區，其次為東北聚氣區，華北略低于東北，華南最低；平均吸附飽和度以東北聚氣區為最高，華南次之，再為華北，西北最低(表1)。
 

    從含氣層系分析，石炭-二疊系、上二疊統、中-下侏羅統含氣性數據較多，具有較好的代表性；其他時代則相對較差。綜合分析結果認為，北方主要盆地的石炭-二疊系含氣性較好，是主要盆地最重要的含氣層系。
    對深度分布的研究結果表明，控制煤層含氣量的主要因素是煤巖組分、上覆地層的有效厚度、煤級和斷裂等。其中前3個因素制約作用普遍，是區域性的控制因素；斷裂等構造因素在較小范圍內作用顯著。在一定的地區內，處于埋深較小的瓦斯風化帶內，煤層含氣量與埋深的關系密切。深部煤層含氣量與煤階有著密切的關系，而與深度關系則不明顯。
    按煤階分布情況分析，高煤階貧-無煙煤Ⅲ類煤(Ro=1.9%～2.5%)資源量為7.8×1012m3；占21.1%；中煤階氣-瘦煤(Ro=0.7%～1.996%)資源量為14.3×1012m3，占38.9%；低煤階-長焰煤(Ro＜0.7%)資源量為14.7×1012m3，占40%。
含氣量大于6m3/t是煤礦瓦斯爆炸的引發點，以含氣量6m3/t作為界限，大于6m3/t的煤層氣資源量約為19.76×1012m3，占全國煤層氣資源量的54%，其煤炭資源量為1.62×1012t，僅占29%。如果以含氣量大于6m3/t作為實施“先采氣，后采煤”的界線，既不影響“十一五”煤炭產量，又可遏制瓦斯災害(表2)。
 

2 中國煤層氣的主要聚集類型
    從當前已經開展工作的煤層氣區煤層氣分布特點看，主要有以下5種聚集類型：
    1) 區域含煤區構造高點是高產富集有利部位。處于盆地后期構造抬升部位，次生割理發育，滲透性好，煤層埋藏相對較淺，壓實作用較弱；在上覆有利蓋層條件下，滯水環境中煤層割理裂隙尚未礦化，煤層氣藏未被水打開；兩翼是烴類供給的指向區，易形成高滲透率、高含氣量、高飽和度的高產富集區。
    2) 直接蓋層穩定分布的上斜坡煤層氣高產條件優越。煤層后期埋藏淺，抬升幅度大，次生割理發育，壓實作用弱，滲透性好，發育區域分布穩定的直接蓋層，處于滯水封閉環境，煤層割理尚未被方解石等礦化充填，甲烷風化帶寬度窄，處于承壓水封閉狀態；下傾部位有充足的烴類補給，具備形成高滲透率、高含氣量、高飽和度的有利條件，如沁水盆地南部、寧武盆地南部。
    3) 封閉條件好的淺層，低煤階、厚煤層有利于煤層氣富集。盡管煤層煤階低，生氣量和含氣量低，但巨厚煤層彌補了低含氣特點，只要有好的蓋層條件，阻止上覆水沿煤層割理形成動力流，上傾部位壓實作用減小，煤層吸附飽和度高，可形成高滲透率、高飽和度氣藏。盆地陡坡中淺部煤層埋深適中，位于煤層氣運移指向區，吸附飽和度較高，煤層滲透性較好。另外，經構造抬升，煤層埋藏適中的向斜區，也是煤層氣高產富集的有利部位，如二連盆地霍林河地區。
    4) 斷裂活動次生割理發育區是煤層氣聚集有利場所。盡管煤層埋藏深，但在局部構造高部位斷層活動使得煤層次生割理發育，滲透性好，存在高滲透帶，游離氣與吸附氣并存，如準噶爾盆地五彩灣地區。
    5) 凹中隆構造的火山巖活動區有利于煤層氣高產。區域火山巖侵入煤層，加劇了煤層的生氣作用；火山巖墻又起到了有利的遮擋作用。后期火山巖體冷卻，導致煤體收縮，有利于次生割理形成，滲透性變好；火山巖直接接觸帶多變成天然焦，不利于煤層氣富集；在有利的直接蓋層條件下，甚至后期構造抬升，煤層變淺，形成高產富集有利區塊，如遼寧阜新盆地劉家區塊。
    此外，也不能忽視煤層氣解析形成的游離氣運移到煤系地層其他沉積巖中(如砂巖、碳酸鹽巖等)形成的天然氣聚集。勘探過程中，注意兼探。
3 煤層氣重點有利勘探目標區
    在總結煤層氣富集規律及含氣特點的基礎上，首先建立了一套不同煤階選區評價技術指標體系(表3)。
 
    通過對不同煤階具體指標的分析，根據5類富集區的特點，在全國共優選出18個有利目標區：分別是晉城、吉縣-韓城、神木、橫山堡、寧武南、盤關、格目底、萍樂、昌吉、大井、烏爾禾、烏審旗、三江穆棱河、霍林河、伊敏等。其中Ⅰ類目標6個，Ⅱ類5個，Ⅲ類7個，總面積5.47×108km2，煤層氣資源量6.48×1012m3，這些地區將是下一步煤層氣的有利勘探方向。其中Ⅰ類區塊資源量為3.63×1012m3，資源量大，分布在沁水、鄂爾多斯、準噶爾和寧武盆地，煤層氣地質條件較好，是煤層氣近中期儲量和產量的現實目標區；Ⅱ類和Ⅲ類區塊共有資源量2.87×1012m3，分布在吐哈盆地、三塘湖盆地、二連盆地、滇東黔西地區和萍樂盆地，具備中遠期儲量增長潛力，是儲量后備接替區塊。其中沁水盆地南部晉城地區、鄂爾多斯盆地東南部吉縣-韓城地區、準噶爾盆地東南部昌吉-大井地區是近期3個千億立方米煤層氣儲量規模有利區。
4 結論
    我國煤層氣資源十分豐富，其特點表現為含煤盆地多、含煤層系多、煤種全、煤層氣藏類型多。由于中國含煤盆地類型和聚煤環境差異大，后期構造運動改造強烈，使我國十分豐富的煤層氣資源蘊藏在非常復雜的地質環境中。主要有5種類型的煤層氣富集：區域含煤區構造高點、直接蓋層穩定分布的上斜坡區、凹中隆構造的火山巖活動區、淺層封閉條件好的低煤階與厚煤層發育區、斷裂活動次生割理發育區。目前，我國尚處于煤層氣開發的初期，勘探開發前景廣闊。通過分析提出的18個有利目標區將成為我國未來煤層氣展開工作的主戰場。
參考文獻
[1] 胡文瑞，翟光明，李景明.中國非常規油氣的潛力和發展[J].中國工程科學，2010，12(5)：25-29.
[2] 趙慶波，田文廣.中國煤層氣勘探開發成果與認識[J].天然氣工業，2008，28(3)：16-18.
[3] 李五忠，田文廣，陳剛，等.不同煤階煤層氣選區評價參數的研究與應用[J].天然氣工業，2010，30(6)：45-47.
 
(本文作者：翟光明 何文淵 中國石油天然氣集團公司咨詢中心)