煤层成因和煤相研究历史回顾及其研究现状

简要回顾了国内外煤相研究的发展历史,讨论了煤相研究的主要内容,从煤岩学、沉积学、地球化学及古植物学等4个方面总结了煤相类型划分的主要依据,在此基础上对目前煤相研究的主要方法进行了归纳。

二连盆地富气凹陷低阶煤煤层气成因及成藏机制

内蒙古低阶煤煤层气资源丰富,煤层气成因与成藏机制研究对低阶煤煤层气资源选区评价至关重要。以二连盆地重点富气凹陷低阶煤煤层气为研究目标,利用煤层气组分、碳/氢同位素、煤层水水质、氢/氧同位素及放射性同位素^(3)H和^(14)C测试等多种实验手段,分析煤层气、水地球化学特征,揭示低阶煤煤层气成因来源及成藏机制。结果表明,二连盆地煤层气组分以甲烷为主,均为干气,其中甲烷体积分数随埋深增加而增大,CO_(2)体积分数随埋深增加呈先增加后降低趋势,在300~500 m范围出现高值区。甲烷碳、氢同位素普遍偏轻,δ^(13)C(CH_(4))分布在-70.3‰~-48.0‰,δD(CH_(4))分布在-285.5‰~-189.0‰,δ^(13)C(CO_(2))在-37.6‰~1.94‰变化。煤层水化学类型主要为HCO_(3)-Na型和Cl·HCO_(3)-Na型,现今煤层水体环境较为稳定,水动力较弱,煤层水表观年龄在1020~47490 a,主要来源于第四纪大气降水,没有或较少有现今地表水补给。二连盆地煤层气主要为原生生物成因气,混有少量早期热成因气,随着埋深加大,地层环境和产甲烷古菌类型发生变化,生物甲烷生成途径发生转变。其中吉尔嘎朗图凹陷早期以乙酸发酵产气为主,晚期转变为CO_(2)还原产气为主,并混有少量低熟热成因气;巴彦花和霍林河凹陷微生物产气途径均以乙酸发酵为主,其中霍林河凹陷还混有少量甲基发酵型生物气。研究区具有适合生物气生成的低地温、低矿化度和低热演化程度的“三低”煤层条件,其中,吉尔嘎朗图凹陷属于地堑式浅部厚煤层生物气成藏模式,巴彦花和霍林河凹陷属于半地堑式中深部承压区水力封堵生物气成藏模式。寻找适合生物成因气形成和富集的有利目标区,应是二连盆地煤层气未来勘探开发的重点方向,也是二连盆地低阶煤煤层气增储上产的现实保障。

临兴-神府区块深部煤层气地球化学特征及其影响因素

查明深部煤层气成因和地球化学特征对其勘探开发具有重要意义,以鄂尔多斯盆地东缘临兴-神府区块深部煤层参数井解吸气为研究对象,系统测试了二叠系下统太原组8+9号煤层气体成分、含量和碳同位素等,结合热演化程度、含气性、煤层埋深、地质构造和水文地质条件等,分析深部煤层气地球化学特征及影响因素。结果表明,煤层气主要成分包括CH4、CO_(2)、N_(2)、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷和正戊烷,其中CH4含量最高,体积分数在75.98%~96.20%,平均86.49%;其他含量较高的为乙烷(平均5.97%)、CO_(2)(平均5.18%)及丙烷(平均1.24%),气体成分含量与浅部煤层气区块无明显差异。煤层气δ13C1(CH_(4))分布在-51.9‰~-38.2‰,平均-42.84‰;δ13CCO_(2)分布在-8.6‰~-0.63‰,平均-4.66‰;δ13C2分布在-27.36‰~-18.70‰,平均-25.27‰;δ13C3分布在-25.96‰~-14.69‰,平均-22.93‰,且煤层气主要为热成因气体;δ13C1(CH4)较浅部小,δ13CCO_(2)较浅部大。在平面上,从临兴地区东南向西北δ13C1呈增大趋势。从石炭纪起直到三叠纪末,研究区一直处于沉降状态;中侏罗世和早白垩世为主要生烃期,中侏罗世生烃持续时间较长,平均生烃速率较小,生烃产率一般;早白垩世生烃速率较大,生烃产率增加值较高,生气强度达到历史最大,是主要的生烃期。受气体分馏作用、储层孔裂隙发育特征、储层压力以及煤层顶底板密封性的控制,δ13C1随着镜质体最大反射率(Rmax)、含气量和埋深的增加而增加;在向斜核部区、断层应力集中区和褶皱两翼发育区的δ13C1值相对较大;在断层应力释放区和背斜核部δ13C1相对较大,这表明该区域的煤层气封存条件较差,不利于煤层气富集;受地下水溶解的影响,在水动力条件较强的地区δ13C1值较小;在弱流体动力学或滞流区δ13C1没有明显的变轻趋势。综合煤层气地球化学指标认为,临兴和神府地区东南部煤层气富集,且前者更有利,这对后期煤层气选区布井提供参考。

我国次生生物成因煤层气研究进展

为总结我国次生生物成因煤层气理论研究和工程实践发展现状,全面收集了我国煤层次生生物气比较丰富地区的煤层水和产气的地球化学数据,归纳总结前人研究结果,从形成机理、形成环境、产气特征和煤层气生物工程多角度进行探讨。结果表明:次生生物气在我国低煤级、中煤级以及高煤级含煤储层和煤矿区中均有存在,总体富含次生生物气地区中的地下水动力条件不强,普遍处于弱径流的水动力环境中,且水型多为Na-HCO3型和Na-Cl·HCO_(3)型;此外,煤层中次生生物气与热成因气往往混合存在,同时部分存在热成因气的生物再改造迹象,且产气途径多以CO_(2)还原为主,气体组分较干;目前,我国人工煤炭次生生物气数量尚达不到工业规模,煤层气生物工程还处于早期试验阶段,这主要受限于煤炭生物转化效率低和规模性生物气化技术不成熟;发现和培育高效产甲烷菌,将煤层气生物工程与采煤采气一体化技术相结合,实现规模性生物降解产气,是微生物增产煤层气工程可持续发展的必要之路。

先锋盆地超厚优质煤层的异地成因模式

云南先锋盆地赋存有超厚的优质褐煤。煤层中发育有着丰富的异地成因的沉积学标志。这些成因标志揭示了一种新的异地堆积亚模式,即“腐植型植物碎屑河流远源搬运→植物碎屑扇三角洲沉积+湖滨泥炭沼泽植物碎屑沉积+泥质碎屑沉积→洪水或水下重力流的混合和搬运作用→有机碎屑与无机碎屑的机械分异和再沉积”,简称为“湖相植屑扇三角洲-水下重力流二次堆积”,或者“先锋亚模式”。这种亚模式补充了作者原先所建立的中国中、新生代内陆断陷盆地超厚煤层的成因模式———“阜新亚模式”和“抚顺亚模式”,可以统称为“异地-微异地湖泊二次复合堆积模式”。

吉尔嘎郎图凹陷赛汉塔拉组沉积特征与超厚煤层异地成因分析

吉尔嘎郎图凹陷的赛汉塔拉组沉积于基底减速沉降—充填演化阶段,是凹陷进入湖泊萎缩阶段早—中期的产物,其层序地层单元属于水退体系域。自下而上由浅湖相、三角洲相和曲流河相组成。其中的超厚煤层与大量薄层浊积砂岩共生,形成于该凹陷的次级深断槽中,沉积环境应为浅湖和局部较深湖。传统的煤沉积模式难以解释其超厚煤层的成因。通过对煤层和夹矸的沉积学研究,以及凹陷充填序列分析,建立了一种陆相超厚煤层异地成因新模式——"弱风暴及水下泥质、砂质重力流亚模式",简称为胜利盆地亚模式。推测成煤物质是由远源河流搬运而来的巨量异地高灰泥炭,可能先沉积于滨湖三角洲,后经滑塌和浊流作用转移至浅湖中,并经再次分异、沉积成为超厚的低灰煤层。

煤层气成因研究

对于煤层气来自于煤及煤系地层的问题提出了不同的观点。通过观察煤层气的碳同位素组成(CH4和CO2)、煤岩及烃源岩的热模拟产物及碳同位素组成、煤层气中异常高的汞含量,分析了煤层气储集地层的大地构造环境及煤矿气体突出和森林火灾,发现气体突出和森林火灾前有卫星热红外异常。根据美国煤层气的勘探实践经验,推断煤层气可能来自深部地壳或上地幔,甲烷气体是通过上地幔脱气作用或中地壳的费托合成而生成的,而不是来自煤及其煤系地层。根据这一成因模式,可以探索预防煤矿瓦斯爆炸的新方案,重新考虑煤层气勘探目标。

富(含)CO_(2)煤层气多源多阶成因研究进展及勘探开发启示

富(含)CO_(2)煤层气承载着煤层气成因成藏的重要地质信息,与煤层气资源勘探及评价密切相关。在系统总结现阶段煤层气成因研究进展的基础上,通过解剖准噶尔盆地南缘富CO_(2)煤层气藏特殊地质范例,科学分析富(含)CO_(2)煤层气成因机制研究现状,全面梳理煤层气成因研究过程中存在的问题。结果表明,煤层气生成具有多源多阶段性,不同成因煤层气地球化学特征差异显著;现有煤层气成因判识图版及标准存在局限性,有必要建立煤层气成因多因素综合判识方法体系,结合区域地质条件及母质继承性差异,综合解释煤层气成因起源及伴生地质作用过程;富(含)CO_(2)煤层气藏含气构成、同位素组成及成藏过程,与早期煤化作用CO_(2)生成积聚、地下水参与下的CO_(2)差异溶解消耗、运移分馏、微生物后期改造等地球化学和生物地球化学作用息息相关;针对不同成因类型的煤层气藏应建立相应的资源评价指标体系,有效圈定甜点区与甜点层,对富含CO_(2)的煤层气藏需科学建立风氧化带深度界定标准,开展煤层气资源有效性评价。

生物成因煤层气实验研究现状与进展

总结了当前国内外关于生物成因煤层气生成机理及其影响因素、煤层中厌氧菌及其与煤层生物甲烷生成的关系和生物成因煤层气生成模拟实验研究方面的最新进展。细菌计数和分子生态学研究是考察煤层厌氧菌数量和生理特征的主要方法。煤抽提物的有机地球化学分析验证了煤层可作为生气基质产气,而生物模拟实验研究了煤层生物甲烷生成过程中各种影响因素的影响特征。国内对煤层厌氧菌的研究主要集中在细菌计数和富集培养上,而国外研究则更多关注煤中本源产甲烷菌的分子生态学特征和菌种的改良研究。

生物成因煤层气研究现状及对存在相关问题的思考

生物成因煤层气包括原生生物成因煤层气和次生生物成因煤层气。其中,次生生物成因煤层气是生物成因煤层气研究的重点,在主要产煤国有广泛的分布。本文主要综述以下几个方面的内容:煤阶镜质组反射率、甲烷碳氢同位素组成是划分煤层气类型的主要指标。生物成因煤层气的生成机理是重点研究内容,很多学者开展了利用微生物降解煤生成甲烷的实验研究,许多微生物及生物酶类被分离出来。研究煤降解过程的代谢物可进一步阐明生物成因煤层气的生成机理,同时,通过产甲烷菌基因工程,有望提高生物成因煤层气的产量。

生物成因煤层气生成的主控因素探讨

根据国内外学者的研究,由于生物成因煤层气持续生成,一些煤层气井的采出总量远远高于勘探阶段发现的资源总量,因此,了解生物成因煤层气的形成机理,对勘探开发这部分煤层气资源具有重要意义。然而,经过多年研究,生物成因煤层气的形成机理依然不明。本文在大量阅读国内外相关文献的基础上,对影响生物成因煤层气生成的主控因素:生成途径、鉴别标志、生成条件、与其生成相关的微生物菌群等进行了总结,指出了目前生物成因煤层气生成机理研究方面存在的问题。这对查明生物成因煤层气的形成机理,探讨煤与微生物的作用过程,指导煤层气勘探开发具有重要的理论和实际意义。

柳新煤矿山西组聚煤模式及煤层缺失成因的研究

柳新煤矿主要开采煤层为山西组7煤,配采下石盒子组2煤。矿井设计生产能力30万t/a,最高产量峰值达到41.0万t/a,2005年以来平均产量在15—20万t/a。由于矿井范围内的7煤富煤带稳定的中厚煤层已开采完毕,剩余的煤层多为深部水平的薄煤层,导致资源储量急速减少,产量下降,生产接续紧张。因此,着手总结矿井30多年生产揭露的地质资料,研究山西组沉积环境、煤层形成条件及聚煤模式,探索煤层缺失的成因,为矿井找煤扩大资源储量、深水平开拓开采布局提供技术依据。

生物成因煤层气产气原理及影响因素研究进展

生物成因煤层气是煤层气的一个重要类型,气田中的生物成因气多为次生生物成因气。文章对近年来产甲烷菌代谢煤产气研究中的各方面影响因素进行了综述,对次生生物成因煤层气的研究结果进行了分析,阐述了煤层气中产甲烷菌的产气原理,并对生物成因煤层气的发展方向作了展望,为更好地研究煤层气及利用产甲烷菌产气提供参考和依据。

生物成因煤层气的研究现状

煤层气是煤层中自生自储的以甲烷为主的气体,是一种新型清洁能源和优质化工原料。而生物成因煤层气是可开采的主要煤层气,关于生物成因煤层气的研究在煤层资源利用方面有着重要的意义。本文对生物成因煤层气煤地质微生物、生物煤层气增采实验方法、成气影响因素及生成机理进行了综述,并通过总结前人的研究成果,对生物成因煤层气成气基质类型、本源微生物特别是甲烷菌的代谢过程及条件、成气过程的实验模拟等未来研究方向进行了展望。

准南米泉地区煤层气成因及其富集成藏机理研究

准噶尔盆地南缘(下称准南)蕴含着丰富的中-低煤阶煤层气资源,但勘探程度相对较低,气体成因和气藏形成机理认识不足,一定程度上制约了开发。为探究准南米泉地区中-低煤阶煤层气成因及其富集成藏机理,基于18口煤层气生产试验井的气样及其伴生的煤层产出水样,系统开展了相关样品的稳定同位素、水文地球化学以及放射性同位素定年等室内试验,综合运用经典的天然气识别图版等手段分析数据。结果显示大部分样品点落在图版"生物成因气"、"二氧化碳还原"、"微生物产甲烷伴生CO_(2)"区域;水型表现为Na~+·HCO_(3)^(-)·Cl^(-)型,煤层水矿化度较高;煤层水放射性同位素~3H<1.0 TU及^(14)C<0.44%(现代碳百分数)。分析认为:准南米泉地区煤层气以生物成因为主,CO_(2)还原为其主要的形成途径,该区异常高浓度CO_(2)与微生物产甲烷活动密切相关。此外,米泉地区水动力场较为停滞,煤层水地质年龄较为古老,没有或较少现今地表水补给,该区现今水文地质条件不利于产甲烷菌生存及其产甲烷活动,现存的生物气资源应大多产生于较早地质历史时期。最后,综合区域构造与水文地质背景,结合古气候资料和煤层埋藏史等,研究提出米泉地区广泛发育封存性次生生物气藏,其形成分别经历了埋藏与成煤、抬升与剥蚀、地表水补给与生物气大量形成、产甲烷作用停止与水动力封存4个地质阶段。

大宁-吉县地区煤层气成因分析

本文通过大量调查国内外煤层气成因的相关资料,陈述了煤层气成因类型及煤层气在不同成因阶段的特征,总结了前人在煤层气成因方面的研究方法。同时通过对大宁-吉县区块5号、8号煤层气体成分、热成熟度以及甲烷碳同位素等的研究,结合大宁-吉县区块的构造特征、水文地质条件等分析了大宁-吉县区块煤层气的成因类型。

生物成因煤层气研究进展

煤层气作为一种非常规天然气资源,在全球能源结构中扮演着越来越重要的角色,成为从传统化石能源向清洁能源转化过程中不可逾越的桥梁。其中,生物成因煤层气在全球煤层气田开采中占有主要地位,因此,对生物成因煤层气的研究在资源利用和经济开发上都有着重要意义。对生物成因煤层气生成机理、煤级对生物甲烷形成的影响、生物煤层气成气环境要求等方面进行综述,旨在为生物成因气煤层气产业的可持续发展提供参考。

准噶尔盆地南缘煤层气井管柱腐蚀原因及防腐策略

准噶尔盆地南缘HD区块低阶煤成因煤层气井管柱腐蚀现象普遍且严重,制约煤层气井正常生产。有别于中、高阶煤成因煤层气井管柱腐蚀,HD区块井管柱腐蚀诱因复杂多样,不仅与产出流体特征相关,也与区块煤岩属性、区域地质条件以及钻完井井身结构等密切相关。基于HD区块管柱腐蚀特征,结合产出液/气、腐蚀物组分等分析数据,对管柱腐蚀的机理和管柱防腐策略进行分析和研究。研究表明:HD区块井管柱腐蚀类型以电化学腐蚀为主,应力腐蚀、荷电煤粉腐蚀、潜在CO_(2)腐蚀等为辅,而且同类腐蚀现象具有分区分片集中出现的潜在规律。根据HD区块气井管柱腐蚀特征,提出了煤层气井管柱腐蚀防治策略,现场应用取得了初步成效。研究结果可为低阶煤成因煤层气井管柱腐蚀机理分析以及防腐策略制订提供理论与技术指导。

榆林-子洲地区二叠系山西组二段气藏成因及沉积演化研究

榆林-子洲地区二叠系山西组二段(Ps2)气藏具有储层厚度大、物性好、产量高等特点,但由于其在砂体成因认识上仍存在着诸多争议,制约了该区砂体分布规律的研究,增加了气藏勘探、开发的风险。通过对古盐度判别、砂体展布特征的研究、煤层成因及指相作用的分析,恢复了该区Ps2沉积演化过程,揭示了砂体分布的控制因素,为气藏的开发提供理论依据。