最新1煤层气地质前言剖析教学讲义PPT.ppt

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1、1煤层气地质前言剖析天然气的形成及分类（一）概念及分类所谓天然气，广义上是指自然界中存在的一切气体。它们可有不同的成因和产状。前苏联学者V.A.Cokolov（1971）根据天然气存在的环境和化学成分将其分为8类：大气、地表气、沉积岩中的气体、海洋中气体、变质岩中的气体、岩浆岩中的气体、火山气体、宇宙气。但是，生气过程又以多成因、多来源和多阶段为特色区别于生油过程。所谓多成因就是既有无机成因，又有有机成因，既可是微生物生物化学作用的产物，又可是热催化-裂解和热裂解作用的产物。多来源是指成气的原始有机质比成油物质多样，腐泥型有机质、腐植型有机质、煤都可以生成天

2、然气。多阶段性是生气过程的另一特征。液态烃的形成局限在深成作用阶段，而天然气的生成却贯穿于成岩阶段、深成阶段直至准变质阶段的始终。因此，生气过程是在更为广泛的热动力条件下进行的自然过程。然而由于天然气更易运移，难于保存，也给研究带来了一定困难。对于无机成因的甲烷气形成聚集的可能性也是不可忽视的。（二）煤系气的成因1、概念煤系气是指煤系地层在煤化作用过程中生成的天然气。我国有着极为丰富的煤炭储量，因此煤系气的勘探有着巨大的潜力。煤系气经过运移，呈游离状态聚集在浅部沉积岩储层中，称为煤成气，也叫浅层天然气。煤系气生成之后，基本没有经过运移或只经过少量运移，呈吸附

3、状态赋存在煤层中，就是煤层气，也叫瓦斯。煤层瓦斯灾害是我国最主要的煤矿灾害之一。瓦斯气就是煤层气，它是以甲烷为主的混合气，一般甲烷含量达到90%以上，其次是氮气和二氧化碳，其它气体含量很少。2．煤系气的成因煤系地层含有丰富的腐植型有机质（Ⅲ型干酪根），它们可呈高度集中状态，如煤层、煤线或透镜状的煤；也可呈分散状态存在于炭质页岩或泥岩中。这两类有机质在成煤过程中都可形成天然气，这就是煤系气。腐植煤的生气过程，也就是煤成气和煤层气的形成过程。从古代植物遗体埋藏后直到形成煤系列，大致可以分为两个阶段：泥炭化阶段和煤化作用阶段。泥炭化阶段对应于生油岩的成岩阶段，形成

4、的天然气属于生物气范畴。煤化作用阶段是从泥炭向褐煤、烟煤、无烟煤以至半石墨方向演化的全过程，与生油过程平行。随着埋深加大，在温度、压力和时间因素的作用下，以腐植型为主的有机质经历了一系列的物理化学变化，形成了不同类型的煤。随着煤阶的升高，依次为褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤。煤是由稠环芳香核、桥键和烷基侧链组成的大分子聚合物。成煤的有机质主要是富含杂原子的纤维素和木质素。煤化作用的实质就是腐植型有机质脱氧、去氢、富集碳的过程。芳核上链接的不稳定官能团，尤其是含氧、含氮的官能团，如羧基、羟基、胺基以及甲氧基的脱落，富氢的烷基侧链断裂，芳香核

5、不断缩合，以CH4、CO2、H2O、N2、H2S等挥发性物质排出形成了煤系气。在烟煤与无烟煤阶段，煤中主要组分——镜质组的结构及物理化学性质发生一系列变化。煤的演化途径类似于Ⅲ型干酪根，初期以O/C原子比下降为主，后期则以H/C原子比下降为主。煤系气是贯穿于整个煤化作用过程的产物。（三）煤系的生（油）气阶段及生气量煤系地层形成的天然气（油）成分及数量，取决于煤和分散型有机质的数量、煤中各种显微组分的相对比例以及煤化程度。在煤化作用的不同阶段，生气（油）的成分和数量有很大差别。根据煤化作用模拟实验成果，煤生气、成油可以分为三个阶段。第一阶段：为从褐煤到长焰煤阶

6、段。该阶段生成的天然气最多，但其成分以CO2为主，占天然气体积的70～90%，烃类气体所占比例小，一般低于20%，但绝对量大，每吨煤可达2.1～4.8m3。烃气中以甲烷为主，重烃含量甚微。此外还有少量N2和H2。此阶段是甲烷气生成的第一高峰期。第二阶段：为从长焰煤后到焦煤阶段。该阶段生气量锐减。其中烃类气体含量比例增加到70～80%。尽管气态烃中仍以甲烷为主，但重烃含量明显增加。当煤中稳定组分有相当数量时（大于20%）就可形成有开采价值的原油。所以该阶段就是煤成油、湿气阶段。第三阶段：为从焦煤后到无烟煤阶段。该阶段生气量略有上升，其中以甲烷为主，占80～90

7、%，几乎没有重烃。CO2量甚少。该阶段是主要的生甲烷期，也就是干气带。煤中不同的显微组分对生烃有着不同的贡献。壳质组含氢量最高，挥发物含量也最多。是形成烃类尤其是重烃以及原油的主要物质。它从长焰煤阶段就开始形成甲烷和重烃，在气肥煤阶段重烃产率最高，以后又产出大量甲烷气，一直持续到无烟煤阶段。壳质组中的树脂体组分能形成未成熟—低成熟度凝析油。镜质组含挥发物较少，初期只形成较多的CO2和H2O，从气煤—肥煤阶段才开始生成烃类，主要是甲烷，也有少量的液态烃。丝质组含氢量最低，挥发物最少，仅在气煤—肥煤阶段才开始生成烃气，而且主要是甲烷。所以，煤的生烃量取决于这三种

8、组分所占的比例。综合上述可知，煤不仅可以作为生气岩，