煤层气藏形成条件 煤层气富集成藏条件
煤层气是煤中有机质热演化的产物。不同热演化阶段、不同的热力作用以及在不同的地质背景下所生成的煤层气的数量和质量是有差异的。因此，煤层气富集成藏的基本地质条件受很多因素控制。下面从西北地区煤层气形成的地质背景出发，探讨西北地区煤层气藏形成条件。
1.煤层发育与煤层气形成
煤层气资源的丰富程度与煤系地层的分布、煤层厚度、煤层稳定性及煤层结构关系密切。一定厚度的煤层是煤层气藏形成的基础；煤层厚度越大且稳定性越好就越有利于煤层气藏的形成。鄂尔多斯盆地石炭—二叠纪含煤沉积形成于三角洲环境，因沉降适中、厚度大，且分布广泛而有利于煤层气发育；而准噶尔盆地的石炭—二叠纪含煤沉积形成于地槽区，因沉降过快，形成的煤层多而薄，不利于煤层气发育。早、中侏罗世，整个西北地区处于挤压背景下的内陆坳陷型盆地沉积，形成如塔里木、准噶尔、吐哈、鄂尔多斯、柴达木等一系列大中型挤压盆地，湖泊相沉积发育，形成厚—巨厚煤层，为煤层气形成提供了丰富的物质基础。煤层顶板多为沼泽相或湖相细粒沉积，对煤储层的封盖能力较强，为煤层气成藏提供了有利条件。
2.煤相类型与煤层气聚集
自Teichmüller（1958，1962）提出用煤相（Coal Facies）的概念来表征煤层的形成环境以来，煤相研究在聚煤古地理恢复和再造方面发挥了极大的作用。20世纪70年代起，煤相研究方法已被广泛应用于沉积岩中分散有机质的油气潜力评价研究。本书第三章已经对煤相参数及划分方法做了详细说明，在此不再赘述。
对西北地区煤相的详细研究表明，该地区普遍发育4种类型煤相：即干燥泥炭沼泽相、森林泥炭沼泽相、活水泥炭沼泽相和开阔水体沼泽相，但在不同层位（纵向上）和不同地区（平面上）煤相存在明显差异，并发生规律性变化，且煤相纵横向上变化导致煤岩组成发生变化，进而在一定程度上影响煤储层物性及煤层气吸附量。
森林泥炭沼泽相是本区分布最广泛且面积最大的一种煤相类型，在岩相古地理图上，该煤相可分布在冲积相、三角洲和湖泊相带中。由于该煤相以基质镜质体为主，因此具有较强的生气潜力；干燥泥炭沼泽相分布范围广，但面积局限，主要分布在盆地边缘的山麓冲积相和洪积相中，煤层大多发生过氧化作用，煤显微组分以惰性组为主，该类煤相分布区域不是煤层气有利勘探区域；活水泥炭沼泽相和开阔水体沼泽相同样分布范围局限，仅在湖盆中心相带发育，有机质含量少且主要以类脂组为主，不利于煤层气生成。
在平面上，准噶尔盆地侏罗系八道湾组煤层的干燥泥炭沼泽相主要分布在盆地北缘和南缘，森林泥炭沼泽相主要分布在盆地北部和东部，活水泥炭沼泽相和开阔水体沼泽相分布在盆地中央；西山窑组沉积时期，森林泥炭沼泽相分布范围扩大，干燥泥炭沼泽相分布范围缩小，活水泥炭沼泽相和开阔水体沼泽相局限在盆地中南部。吐哈盆地侏罗系煤层主要发育于干燥泥炭沼泽相、森林泥炭沼泽相、活水泥炭沼泽相及开阔水体沼泽相，八道湾组时期，在托克逊-吐鲁番、三道岭为森林泥炭沼泽相，艾维尔沟、哈参2附近为干燥泥炭沼泽相；西山窑组时期，干燥泥炭沼泽相和森林泥炭沼泽相分布范围扩大，且明显东移，活水泥炭沼泽相和开阔水体沼泽相分布局限。
塔里木盆地侏罗系煤层在库拜煤田东段阳霞以东主要发育干燥泥炭沼泽相和过渡泥炭沼泽相；库拜煤田西部主要发育森林泥炭沼泽相，局部地区发育活水泥炭沼泽相和开阔水体沼泽相。在盆地西南部和田一带主要发育干燥泥炭沼泽相和过渡泥炭沼泽相。伊宁盆地北缘和南缘及西部侏罗系煤层主要发育干燥泥炭沼泽相和过渡泥炭沼泽相，盆地中部（B-2孔附近）和东部尼勒克发育森林泥炭沼泽相和活水泥炭沼泽相。三塘湖盆地八道湾组煤层发育活水泥炭沼泽相，西山窑组煤层发育潮湿森林沼泽相，局部发育干燥泥炭沼泽相。鄂尔多斯盆地延安组煤相分布规律较明显。盆地西缘以干燥泥炭沼泽为主，但在汝箕沟、石炭井、华亭等矿区分布有部分开阔水体相及活水泥炭沼泽相；盆地北缘主要分布干燥泥炭沼泽相；宁县、盐池一带为森林沼泽相；神木、榆林、横山一线分布活水泥炭沼泽；富县、延安、子长等盆地中部地带为开阔水体相。纵向上煤相呈规律性变化，如宁夏汝箕沟矿区及内蒙古东胜煤田主采煤层下部大多为干燥沼泽相，向上渐变为过渡沼泽或活水沼泽相，反映侏罗系煤层沉积时期覆水有增加趋势。
鄂尔多斯盆地石炭—二叠系煤层煤相有成带分布的特点，干燥沼泽相主要分布于盆地的北缘河曲、府谷至桌子山北部一带及南缘铜川；活水沼泽相分布于盆地中部柳林至横山堡一线；开阔水体相主要分布于宁夏乌鲁斯太以南地区；桌子山南部至神木一带及环县至韩城一线发育森林泥炭沼泽相。
剖面自下而上煤层形成时期的沼泽覆水深度有减低的趋势，如山西保德、庞庞塔及河津等矿煤层下部以活水沼泽相为主，向上渐变为干燥泥炭沼泽相。柴达木盆地及祁连山地区大部分地区煤相以干燥泥炭沼泽相中的高位沼泽亚相和过渡沼泽亚相为主，活水泥炭沼泽相次之，热水和木里地区则以森林泥炭沼泽相为主。
从上述煤相平面分布趋势可知，在森林泥炭沼泽相发育地带，煤层厚度大且分布稳定，是煤层气生成有利地带。同样，煤储层物性也发育良好，也是有利于煤层气聚集成藏的地带。
3.煤储层显微组成与煤层气生成富集
煤显微组分含量不仅影响煤的生气潜力，还影响煤储层对甲烷的吸附能力。按照热模拟实验（赵庆波等，1997），煤中类脂组产气能力最强，镜质组次之，惰性组最差。而根据第三章研究结果，西北地区煤显微组成以镜质组为主，侏罗系煤镜质组大多介于40%～70%，石炭—二叠系煤镜质组则介于60%～90%。因此，镜质组是煤层气的最大贡献者。而根据本次研究结果，镜质组含量与煤层气最大吸附量（兰氏体积）之间总体上具有正相关关系（图5-1a），而惰性组含量与煤层气最大吸附量（兰氏体积）之间总体上则具有负相关关系（图5-1b），这种关系在区域上也表现明显。所以，镜质组也是煤层气吸附的主要参与者，有可能通过煤显微组分分析，就可以对煤储层的储集性能进行初步预测和评价。
图5-1 西北地区煤中镜质组（a）和惰性组（b）与最大含气量的关系
在平面上，准噶尔盆地侏罗系煤中镜质组大多在50%以上，且以基质镜质体为主（40%～60%），惰性组含量较低（＜10%），壳质组大多超过10%。吐哈盆地侏罗系煤主要以镜质组为主（52%～98%）；惰性组含量较高，一般20%～30%；壳质组含量在2%～12%之间；煤中超微类脂体含量5%～12%。塔里木盆地侏罗系煤显微组分均以镜质组为主（40%～95%），且从东向西增高；惰性组含量一般在12%～20%，由东向西递减；壳质组大多小于1%。三塘湖-巴里坤煤显微组分中镜质组30%～50%，惰性组20%～30%，壳质组＞10%，三塘湖局部壳质组＞50%，富氢显微组分发育是该区的一个显著特点。伊宁盆地煤显微组分以镜质组为主，一般介于45%～70%，个别高达90%（B-2孔），半丝质组在10%以下，丝质组介于20%～35%，壳质组在2%～13%之间；在盆地南北缘煤显微组分以惰性组为主，镜质组含量明显偏低。鄂尔多斯盆地石炭—二叠系煤的显微煤岩组分以镜质组为主，含量在59.8%～83.8%，丝质组次之。盆地西缘中部镜质组含量一般大于70%左右，丝质组含量12%左右。北部府谷及南部镜质组相对较低，盆地中部及东部镜质组在80%左右，丝质组含量多低于10%。延安组煤的显微组分以镜质组含量较低，丝质组含量较高为特点。汝箕沟矿区煤的镜质组含量局部最高达96%。
在平面上，由盆地周缘向盆地中心镜质组含量增加，丝质组含量减少。盆地北缘的东胜地区煤的镜质组含量最低，一般在40%～50%之间，陕西神府、榆横地区煤的镜质组含量较高，镜质组含量在60%～70%之间。盆地西缘除汝箕沟、石炭井、华亭等矿区镜质组含量大于60%外，其他地区均在40%左右。柴达木盆地侏罗系煤的显微组成在木里和热水矿区以镜质组为主，而大通、旺尕秀、大煤沟及绿草山等矿区则以惰性组为主。
煤显微组成的上述变化趋势表明，在塔里木拜城、准噶尔昌吉、阜康、吐哈艾维尔沟、鄂尔多斯柳林、汝箕沟、韩城等地，煤显微组分以镜质组为主，而上述地区煤储层的含气量和最大吸附量也较高。因此，煤显微组成对煤层气生成富集产生明显影响。
4.煤级对煤层气生成富集的影响
煤的演化程度（煤级）不仅影响煤的生气潜力，还影响着煤储层对甲烷的吸附能力。煤级太低不利于煤层气藏的形成。对未变质的褐煤可形成生物化学气，热解气即将开始生成。由于褐煤围岩和储层固结程度差，透气性好，封闭差，致使含量低的煤层气大都散失，因此煤层含气量不高。煤级太高也失去对甲烷的储集能力，同时煤储层的孔隙度也很低，储气能力也十分有限，不能形成煤层气藏。因此，低、中、高煤级烟煤和无烟煤可以形成煤层气藏。从图5-2可知，煤储层最大含气量随煤级增高而呈阶跃式增加，在Ro，m位于0.4%～0.7%时最大含气量随煤级增加而急剧增大，在Ro，m介于0.7%～1.6%之间时，最大含气量随煤级增高缓慢增大，当Ro，m大于1.6%～2.54%时，最大含气量增加较快。煤级与煤层含气量之间的关系在区域上也表现得比较明显。总体上，高含气量矿区与高煤级分布区吻合，区域展布格局一致。如新疆塔里木库拜煤田西部赋存中—高变质煤，最大含气量达16.82 m3/t，准噶尔阜康煤级为肥煤，最大含气量达14.14 m3/t，吐哈艾维尔沟煤级达焦煤阶段，最大含气量高达24.23 m3/t，鄂尔多斯汝箕沟矿区煤级为无烟煤，最大含气量高达26.20 m3/t，柳林、韩城、铜川等地，煤级可达焦煤-贫煤，含气量10～12 m3/t。而低煤级分布区与较低含气量分布区域也较为吻合。西北地区下—中侏罗统的区域煤级普遍偏低，为长焰煤-气煤，煤储层含气量不高。
图5-2 西北地区煤层镜质组反射率与最大含气量的关系
煤层气含气量与煤级的上述变化关系与煤化作用跃变是一致的，表明煤化作用机理对煤储层含气量具有重要的控制作用。在褐煤-气煤阶段，煤层气含量急剧增高主要是由于生物地球化学作用和煤化作用共同作用结果，在这一阶段煤中水分急剧减少，大分子基本结构单元侧链不断脱落生成煤层气，煤中孔隙空间由于生气量的增加而被充填，导致煤层气含量快速增加，在此阶段生成的煤层气主要为低熟气和生物成因气。在Ro，m＞1.3%的焦煤阶段，发生煤化作用第二次跃变，煤中有机质已进入高成熟阶段，发生热裂解作用而生气，各种物理化学性质发生明显变化或转折，孔隙度、渗透率、裂隙率及比表面等继续增大，生气作用和吸附作用进一步增强。但由于孔隙空间增加与渗透性和内生裂隙增加同步，导致煤储层中气体不断扩散-运移而含气量增加缓慢。在瘦煤-无烟煤阶段，煤中含气量再度增加较快，是由于在甲烷不断生成的同时煤中孔隙空间明显增加且吸附性能明显增强的结果。
5.煤变质作用对煤层气生成富集的影响
煤变质作用对煤层气生成富集的影响主要体现在对煤的生气量、吸附能力和储集物性的控制作用。大量研究表明，煤的生气量随煤变质程度加深而增大，这是煤储层含气量增高的物质基础。实测资料也证明，煤含气量与煤变质程度呈正相关关系。在西北地区煤变质作用主要为深成变质，即随煤层埋深增加煤变质程度加深，因早—中侏罗世煤普遍埋深浅、厚度大，正常埋深仅能使煤的变质程度达长焰煤-气煤阶段，而目前在准噶尔南缘阜康、塔里木拜城、吐哈艾维尔沟及野马泉等地发育赋存肥煤、焦煤及瘦煤等；在鄂尔多斯汝箕沟还发育无烟煤。很显然，这是用深成变质作用观点难以解释清楚的。鄂尔多斯东缘三交—柳林也发育焦煤；南部澄合—韩城发育瘦煤-贫煤。从西北地区煤类分布与构造活动和区域古地热场分布可以看出，其中准噶尔南缘高变质煤分布与南侧对接带附近因活动断裂的存在导致异常热叠加变质作用有关，吐哈东西两侧野马泉矿区和艾维尔沟高变质煤则与博罗科努-阿其克库都克深大断裂活动引发中新生代岩浆侵入和深部热向浅部释放有关，塔里木库车则是由于局部上地幔隆起、隐伏岩体沿天山南坡断裂带展布以及更新世末期小型侵入岩体沿断裂分布导致早—中侏罗世煤发生异常热叠加变质，鄂尔多斯汝箕沟是由于隐伏岩体存在导致无烟煤的形成，并以汝箕沟向斜为高变质煤带由此向西北煤变质降低为肥煤（杨起等，1996）。而澄合—韩城、离柳地区则分别位于北纬36°线和北纬38°线附近，是晋城-沁水-翼城和阳泉-西山高煤级带的西延部分。因此，这两个高变质带的存在与燕山期异常高古地热场有关（叶建平等，1998）。杨起等（2000）研究表明，岩浆热变质作用可改善煤储层孔隙度和渗透率，并促进煤生气作用发生。从西北地区煤储层含气量分布可知，异常热叠加变质作用存在的地区煤层气含量高，且煤储层孔隙结构类型和低温氮吸附曲线类型都有利于煤层气扩散-解吸。因此，受异常热叠加变质作用影响的矿区（煤田）是煤层气富集成藏的有利场所，也应是煤层气勘探开发的有利地区。
6.构造作用与煤层气生成富集
煤层形成前后的构造运动对煤层气的生成、富集成藏、保存产生深刻影响。成煤前的构造背景对成煤规模、煤层分布、煤的热演化程度影响大，成煤期后的构造作用，尤其是最后一次构造活动决定了聚煤盆地现今的基本面貌和煤层气分布特征，对煤层气富集成藏控制极为明显。因此地质构造对煤层气藏起着重要的、综合性的影响作用。塔北、乌恰、焉耆、尤尔都斯、吐哈、艾维尔沟、三塘湖等含煤盆地位于天山褶皱带，煤田构造以开阔褶皱为主，逆冲推覆构造也较发育，煤层厚度大，以低变质煤为主，煤层气含量中等，具有一定的煤层气开发条件。准噶尔、伊犁等中间地块位于天山-兴蒙海西褶皱带内，分布准东、准南、准北侏罗纪煤田，这些煤田在构造上位于地块与褶皱带之间的过渡地带，以开阔褶皱、单斜或鼻状构造为主，构造简单，煤层厚度大，储量丰富，煤层含气量较高，是有利的煤层气开发地区。河西走廊、祁连侏罗系含煤盆地位于加里东褶皱带内，煤田构造变形中等，煤系赋存在北西向的不对称向斜内，向斜两翼大多被逆冲断裂切割，煤层气相对富集的矿区较少。柴北缘侏罗系含煤盆地也是位于秦祁昆褶皱带的中间地块，构造变形以走向逆冲断层切割为主，煤级以长焰煤为主，煤层含气量低。鄂尔多斯盆地南缘渭北煤田铜川、韩城矿区位于华北地台与秦岭印支褶皱带的过渡地带，煤田内的构造受秦岭褶皱带控制，总体上呈南北向发育逆冲推覆构造，具有较好的煤层气资源前景。鄂尔多斯盆地位于华北地台，构造稳定，煤层分布赋存条件简单，盆内发育石炭—二叠系和侏罗系煤，煤炭资源和煤层气资源丰度高，资源量大，是煤层气勘探开发的主要地区。
7.围岩封闭条件与煤层气保存
煤层气藏中气体是以吸附态存在，气藏压力比较低。因此，对于盖层的要求不如常规天然气苛刻。但煤层顶底板岩层的封盖性能对煤层气的保存和富集仍然起着十分重要的作用。良好的封盖层可以减少煤层气的渗流运移和扩散散失，保持较高的地层压力，维持最大的吸附量，减弱地层水对煤层气的散失。煤层围岩的封闭性主要受两方面因素的控制：一个是沉积环境；另一个是岩性、厚度及其侧向分布范围。不同沉积环境形成的不同盖层类型具有不同的封盖能力。西北地区封盖层大致可以分为5种类型：砂岩型、泥岩型、砂泥岩互层型、灰岩型及油页岩型等。鄂尔多斯盆地石炭系太原组煤层形成于陆表海碳酸岩台地，顶板发育灰岩层，对煤层气封盖起促进作用。而山西组煤层气含量较高的有利矿区均分布于滨海三角洲和潟湖-潮坪相区，展布在河流相区的矿区煤层气含量却较低。西北准噶尔、塔里木和吐哈等盆地，下—中侏罗统煤层顶底板大多为砂岩，因此在靠近顶底板附近煤层气含量明显降低。
8.地层压力与煤层气保存
地层压力对煤层气藏的影响主要体现在对煤储层物性孔隙度、渗透率和煤层气吸附量的控制作用。随压力增加，煤层气吸附量增大，在盖层条件好的承压区或煤层侧向尖灭区易于形成高压，在此区域不仅煤层气吸附量大，且游离气也较富集，这是煤层气富集成藏的主要因素。另外，随地层压力增加，煤层孔隙度和渗透率发生明显变化，煤储层渗透率随有效应力（地层压力与孔隙流体压力之差）增大而减小，孔隙度也存在类似的变化。准噶尔准东、玛纳斯、呼图壁及鄂尔多斯吴堡和离柳等矿区存在超压，对煤层气成藏极为有利。
9.水文地质条件与煤层气富集成藏
水文地质条件对煤层气具有水力封闭和水力驱替-运移的双重作用。水力封闭作用有利于煤层气的保存，而水力驱替-运移作用则引起煤层气的逸散。一般而言，地下水压力大，煤层气含量高，反之则低。地下水的强径流带煤层气含量低，而滞流带煤层气含量高。西北地区侏罗系煤田沉积在坳陷型盆地中，地下水以盆地为单元形成独立的水文系统，属于裂隙型煤田水文地质类型区。矿区地下水的循环主要为在山前接受降水补给，地下水在扇缘地区以泉或沼泽形式排泄，少数矿区可接受地表水补给，而以蒸发为其主要排泄形式。总体上该地区降水量稀少，而蒸发量却很大，因此存在水压封闭气藏的可能性较小。但鄂尔多斯盆地石炭—二叠系煤田属于孔隙-岩溶型水文地质类型区，陕北、渭北、河东及宁北石炭—二叠纪煤田及内蒙古桌子山矿区中，含水岩层为石炭系太原组及奥陶系马家沟组灰岩，地下水受岩性及构造裂隙发育程度控制。富水极不均一，地下水主要接受大气降水及地表水渗漏补给，其排泄主要沿着构造裂隙及溶蚀孔洞运动，地下水位埋藏较深，因此该区易于形成水压封闭气藏。
煤层气富集成藏条件~
煤层既是生气层，又是储集层，在煤化作用过程的各个阶段只要维持一定的地层压力就可以形成煤层气藏，但煤层气富集为具有开采价值的气藏则需要一些地质条件的共同作用，这些地质条件包括构造和成煤环境、生储性良好的煤层、上覆有效厚度、较高的地层压力、稳定封闭的水文地质条件等。下面分别论述这些地质条件对煤层气富集成藏所产生的影响。
（一）构造环境
聚煤期构造稳定、聚煤期后构造改造较弱是煤层气富集成藏的有利构造环境，如鄂尔多斯含气盆地和沁水含气盆地，是国内石炭—二叠纪煤层气富集成藏的最有利地区。这两个盆地的基底为形成最早的古板块，石炭—二叠纪聚煤期构造稳定，聚煤作用发育，沉积了一套海陆交互相含煤地层。煤层厚度较大，鄂尔多斯东缘山西组煤厚3～5m，太原组煤厚5～12m；沁水盆地山西组煤厚3～7m，太原组煤厚5～9m，煤层结构简单，分布范围遍及这两个盆地各处。聚煤期后构造改造较弱，燕山和喜山期构造运动在这两个盆地以抬升和轻微褶皱为主，断裂不发育，无推覆构造，煤体结构保存良好，煤层气藏含气性和渗透性较好，这两个盆地的含气量一般均在8m3/t以上，试井渗透率一般大于1m D。鄂尔多斯盆地东缘柳林杨家坪井组单井稳产气量约1 000～7 000m3/d，沁水盆地单井稳产气量1 800～3 000m3/d，已小型商业化生产。由此可见，有利的构造环境对煤层气富集成藏和产出有重要影响。
（二）成煤环境
聚煤环境控制着煤层的原始展布状态、宏观煤岩类型、显微煤岩组份和灰分含量等，并进而影响到煤层气的富集和产出特征。如厚而稳定的煤层有利于形成大型煤层气藏，而亮煤成分多，镜质组含量高，灰分含量低的光亮煤不仅有利于煤层气的吸附，而且有利于割理发育，使煤层具有较好的渗透性。因此，聚煤环境与煤层气藏地质特征关系密切。我国的成煤环境主要有滨海台地、海湾泻湖、三角洲、河流、冲积扇及扇三角洲前缘等环境。其中，海湾泻湖和三角洲环境有利于形成厚度大，分布范围广，灰分含量较低，镜质组含量较高的煤层，为煤层气富集的最有利聚煤环境。其次为河流及滨浅湖环境，这两类环境中形成的煤层镜质组含量低，分布不十分稳定，为其不利之处，但煤的灰分含量低，有时发育在一定范围内连续分布的巨厚煤层，因此为煤层气富集的较有利聚煤环境。滨海台地环境中形成的煤层镜质组含量虽很高，但煤层厚度薄。冲积扇及扇三角洲前缘环境常形成巨厚煤层，但煤层分布不稳定，分布范围有限，对煤层气富集来说，为两类较为不利的沉积环境。
（三）生气条件
煤作为煤层气的源岩，展布范围广、厚度大、热演化程度高的煤层是煤层气富集成藏最为有利的气源条件。沁水盆地南部山西组和太原组煤层厚度变化范围为8～12m，在深成变质作用的背景下叠加的岩浆热变质作用，使煤热演化程度大幅提高，Romax为1.9%～5.25%，以无烟煤为主，煤层的生气能力很强，达170m3/t以上，远大于煤层自身的吸附能力，生气条件十分有利，气源充足，为煤层气富集成藏奠定了雄厚的物质基础。
（四）储集条件
从煤层气藏的储集条件角度分析，有利煤层气富集成藏的内在储集条件是：煤层厚度及其稳定性和煤的热演化程度。煤层越厚、稳定性越好，越有利于煤层气的富集成藏。热演化程度越高，兰氏体积越大，煤层越倾向于吸附更多的气体。热变质作用是我国煤储层热演化程度升高的普遍地质原因，对大规模广范围煤层气藏的形成条件来说，接触变质作用一般远不如区域热变质作用更为有利，前者不仅影响范围局限，而且破坏煤层的连续性，而巨大的隐伏深成侵入体影响范围广，作用时间长，可以使煤储层的热演化程度在大范围内显著提高。研究表明沁水盆地南、北两个高变质区的形成，是晚侏罗—早白垩世深部区域岩浆侵入导致高地热作用的结果。这对改善沁水南部煤层的储集条件，形成沁水大型煤层气田起到了重要作用。
（五）煤层上覆有效地层厚度
煤层上覆有效地层厚度定义为：含煤盆地或地区对煤层含气性能起控制作用的煤层上覆地层厚度。简称上覆有效厚度。就华北多数地区（埋深＜2 000m）来说，石炭、二叠纪煤层的上覆有效厚度是煤层到三叠纪末印支运动抬升作用所造成的区域性不整合面之间的地层厚度，鄂尔多斯盆地侏罗纪煤层的上覆有效厚度是煤层到晚期燕山运动抬升剥蚀作用所形成的区域不整合面的地层厚度。
上覆有效厚度对煤层气富集成藏的控制作用，表现为随上覆有效厚度增大，煤层的储集性能变好，在气源一定的前提下，储集的气量越多。如焦作恩村井田，山西组二，煤的煤级在整个井田无变化，为无烟煤，煤层甲烷含量等值线与上覆有效厚度等值线吻合（图3-11），显示了上覆有效厚度增加含气量增加的明显趋势，这种正相关关系在图3-12上看得更清楚。
图3-11 焦作恩村井田山西组二1煤甲烷含量与上覆有效厚度平面变化图
上覆有效厚度控制煤层含气性是由早期抬升剥蚀和后期沉降作用共同造成的。煤形成后的地壳抬升导致的风化剥蚀作用使抬升前的煤层上覆地层厚度变薄，原始地层压力降低，原始的吸附平衡状态打破，煤层气的解吸扩散作用发生，煤层原始含气量开始降低。这一含气量的降低过程一直持续到地壳相对稳定，风化剥蚀作用停止，地层压力保持不变，或地壳开始下沉，沉积物开始堆积，地层压力开始上升为止。此时，残留于煤层之上的地层厚度就是煤层上覆有效厚度。煤层含气量随上覆有效厚度增大而增大，而不是随埋深增加而增大。
（六）水文地质条件
水文地质对煤层气富集成藏有明显影响，地层压力是通过煤层中水分传导至煤层孔隙中的，是煤层气以吸附状态存在于煤层中的必要条件。弱径流—阻滞的水文地质环境有利于煤层气的保存，对煤层气的富集成藏有利，而活跃的水文地质环境不利于煤层气的保存，对煤层气的富集产生不利影响。图3-13是河东煤田三交试验区太原组水文等势面图，林家坪井组和碛口井组相距约4km，林家坪井组距其南部的位势异常带较近。由图3-14可见林家坪井组位于氯根异常带，由图3-15可见林家坪井组位于地下水流量最大的部位，这些资料说明，碛口井组和林家坪井组所处的水文地质环境不同，碛口井组的水文地质环境较稳定，封闭性较好，而林家坪井组水文地质环境的稳定性和封闭性较差，地下水和地表水交替强烈，使煤层气以水溶状态不断运移出去，导致含气量和含气饱和度降低。煤层气钻井实测含气量林家坪井组为每吨煤7.5～7.9m3，而碛口井组为12～15m3，前者比后者降低4～7m3，含气饱和度前者为54%～66%，后者为78%～84%。这一实例说明了封闭的水文地质条件对煤层气富集成藏有利。
图3-12 焦作恩村井田山西组二1煤甲烷含量与上覆有效厚度关系图
图3-13 河东煤田三交试验区太原组水文等势面图
图3-14 河东煤田三交试验区太原组氯离子含量图
图3-15 河东煤田三交试验区太原组地下水流量图
总之，煤层气的储集和保存与常规天然气有很大不同，造成两者在富集成藏条件上出现很大差异，深入了解和正确认识这些差异，有益于煤层气地质研究和勘探开发实践。
（一）煤层气地质特征
1.含煤地层及煤层
鄂尔多斯盆地含煤地层主要为石炭—二叠系和侏罗系。三叠纪含煤层系瓦窑堡组，仅5号煤层为主要可采煤层，只分布在子长至蟠龙一带。本溪期，鄂尔多斯地块内部沉降幅度很小，沉积厚度仅10～25m左右。上石炭统太原组沉积厚度50～100m，含煤5～8层。各地煤层厚度变化较大，如河东煤田太原组主要可采煤层为8、9、10号煤，平均总厚6.66m。往南至乡宁一带变薄，甚至不可采。盆地西缘靖远组、羊虎沟组沉积厚度大，含薄煤层及煤线50层之多，太原期坳陷幅度减小，但沉积厚度仍比东部大，含煤10余层，是主要含煤地层之一。下二叠统山西组厚60～100m，形成较厚的可采煤层。河东煤田4、5号煤层平均总厚为7.82m。南部渭北煤田由东向西煤厚减薄，3号煤层一般0.8～5m（图6-8、图6-9）。
图6-8 鄂尔多斯盆地石炭—二叠系煤层厚度分布图
侏罗纪含煤层系延安组，自下而上分为5、4、3、2、1煤组，主要可采煤层5～7层，可采煤层累计厚度一般15～20m。主要可采煤层发育在盆地南部和北部，中部仅有煤线发育。聚煤作用受湖泊—三角洲—河流沉积体系控制，围绕盆地中心形成一个巨大的聚煤环带，煤层层数、煤层厚度均由无煤区向四周逐步增加。
图6-9 晋西挠褶带中段柳林地区石炭—二叠系煤系柱状图
2.煤岩煤质特征
（1）煤岩特征
石炭—二叠系山西组和太原组煤的镜质组含量在71%～90%之间，平均含量为79%。侏罗系延安组煤的镜质组含量变化于19.4%～95.2%之间，平均值约为58.5%左右。从两套煤层煤岩显微组分含量的变化趋势来看，山西、太原组煤岩组成特征明显好于延安组。从两套煤层的宏观煤岩类型来观察，侏罗系延安组煤质硬且暗，易污手，而石炭—二叠系山西组和太原组煤质软而亮，具金属光泽，煤质特征显然好于延安组。
（2）煤质特征
北部及东缘含煤区的石炭—二叠纪煤的灰分含量变化不大，基本都为中灰煤。中侏罗世煤在陕北含煤区以低灰煤为主，灰分一般小于10%，黄陇含煤区为低分—中低灰煤。陕北含煤区子长煤产地的晚三叠世煤为中灰煤。
鄂尔多斯盆地石炭—二叠系煤层主要为中高变质烟煤和无烟煤，不同地区煤级分布有较大差异。在盆地东部，煤层主要受深成变质作用，从北向南，煤级逐渐增高。从准噶尔煤田、河东煤田到渭北煤田，煤镜质组反射率从0.65%增大到1.95%。从东向西，随深度增加煤级呈增高趁势，到盆地中部煤级达2.8%以上。在盆地西缘，煤级分布比较复杂。从石炭井矿区—石嘴山矿区—横城矿区—韦州煤田向斜东翼，存在一条南北向展布的低变质煤分布区，镜质组反射率在1%左右。该带以西，马边滩、鸳鸯湖矿区、镜质组反射率急剧增高，汝箕沟矿区达4%以上。反映了西部在深成变质作用基础上叠加了岩浆热变质作用。
侏罗系煤变质作用强度低于石炭—二叠系煤。侏罗系延安组煤的热变质作用以区域深成热变质作用为主，煤化程度具有在盆地周缘低、中间高的特征，镜质体反射率介于0.41%～1.07%，煤阶相当于褐煤、长焰煤、气煤和肥煤。盆地中南部环县以南庆阳、合水、宁县地区以及北部乌审旗、鄂托克旗地区，镜质体反射率大于0.7%；东胜、陕北、灵盐、陇东煤田镜质体反射率为0.42%～0.61%；黄陇煤田为0.5%～0.75%。
3.含气性特征
鄂尔多斯盆地东缘、南部的渭北煤田和西缘桌贺煤田是石炭—二叠纪煤田的分布区。煤田勘探和煤层气勘探中积累了大量的煤层含气量资料，如表6-11。由表可见，鄂尔多斯盆地东缘煤层含气量由北向南随煤级升高而增高，含气量随上覆有效地层厚度增加而提高。受上覆有效地层厚度影响，渭北煤田含气量由东向西逐渐降低，韩城矿区为煤层气富集区。桌贺煤田，煤类全，含气量较高。
鄂尔多斯盆地侏罗系煤层煤级低，含气量普遍低，在局部地区和煤层埋深较大的部位含气量较高。在黄陇侏罗纪煤田，彬长矿区煤含气量0.1～6.29m3/t，黄陵矿区、焦坪矿区少数煤层含气量达4～6m3/t。
表6-11 鄂尔多斯盆地石炭—二叠纪煤层含气量
续表
（二）成藏条件
（1）煤层长期持续生气，产气率逐步增大，总生气量大
鄂尔多斯盆地石炭—二叠系主要煤系沉积后，长期持续沉降，煤变质程度逐渐加深，煤层气大量生成。东部地区大量热模拟实验资料表明，煤由褐煤演化至长焰煤阶段，累积煤气发生率达138～168m3/t，演化至肥煤阶段时，累积煤气发生率达199～230m3/t，至瘦煤阶段时，累积煤气发生率达257～287m3/t，因此本区全区的煤层生成气量均远远超出其自身的吸附能力。
（2）煤储层割理和气孔发育，构造轴部次生裂隙发育，煤层气产出条件有利
本区煤岩以光亮型、半光亮型为主，镜质组含量高，以中变质的肥煤、焦煤为主，变质程度适当，故煤层割理发育，有利地区割理密集呈网状，连通较好。据不完全统计，煤层发育2组割理：一组为面割理，密度7～25条/5cm，裂口宽0.01～0.3mm；另一组为端割理，密度7～22条/5cm，裂口宽0.001～0.05mm。本区中生代以来在南北向扭应力及东西向挤压应力作用下，产生了成排分布的压扭性断裂鼻状构造或断裂背斜构造，沿构造轴部出现少量张性断层，并在煤层中产生一组张裂隙。这些次生裂隙疏通了煤层的端割理和面割理，使煤层储集物性变好。
据煤显微组分观察，本区煤气孔特别发育，尤其基质镜质体中气孔密集，以煤化过程中气体逸出留下的生气孔为主，孔径一般为0.01～0.7mm。这些气孔不仅是煤层生气的直接标志之一，也是煤层吸附气的主要储集空间。
（3）盖层封盖能力强，水动力条件好，煤层气保存条件有利
本区成煤期后的燕山运动和喜山运动断裂和褶皱作用很弱，含煤地层保存完整，煤层顶底不管是灰岩还是泥岩封盖层，钻井所取岩心都很少见构造裂缝。上石盒子组和下石盒子组杂色泥岩、粉砂质泥岩单层厚度大（一般为5～10m），可对比性和连续性强，所取泥岩样品的孔隙度为1.17%～8.11%，而渗透率值均近于零，是本区具有较好封盖条件的区域盖层。
收集了鄂尔多斯盆地边缘17口井地下水特征的有关资料，三叠系含水层的自流量为0.5～4.19L/s，矿化度值20g/L～60g/L，水化学类型偏CaCl2型，局部含Na2SO4型。山西组和太原组含煤地层的含水层自流量0.9～8.7L/s，矿化度10～250g/L，水型以过渡成因的NaHCO3为主。马家沟组灰岩含水层的自流量28.5～61.05L/s，矿化度1～100g/L，水型为CaCl2型、MgCl2型占优。由此可见，这三套地层的地下水特征明显不同，水文地质特征具有独立性、封闭性，有利于煤层气的保存。
相关要点总结：
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笪拜答：二叠系煤层就属这种类型。总之，煤层中生成的甲烷，在一定的地质条件下可以形成煤层气藏，而煤岩在热演化的地史过程中又会有部分甲烷散失到邻近岩石中，但只要不是散失到地表，就有可能成为常规气藏的气源。可见，无论是对非常规的煤层气藏，还是对常规气藏来说，煤都是重要的气源岩。
17299843434：煤层气成藏条件、开采特征及开发适用技术分析
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17299843434：(二)沁水盆地煤层气成藏条件分析
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