兩淮煤田煤層氣成藏過程分析

呂海峰

摘 要：安徽省煤層氣資源豐富，開發(fā)和利用煤層氣對緩解常規(guī)油氣供應緊張狀況、改善煤礦安全生產條件、實施國民經濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、保護大氣環(huán)境等均具有重要作用。文章在系統(tǒng)分析煤層沉降埋藏史的基礎上，深入探討兩淮煤田煤層氣成藏過程，為我省科學合理開發(fā)利用煤層氣資源奠定基礎。

關鍵詞：煤層氣；成藏；兩淮煤田

引言

安徽省煤層氣資源豐富，在全國煤層氣勘查開發(fā)格局中占有重要的位置。國家和省政府陸續(xù)出臺了一系列促進兩淮煤田煤層氣產業(yè)發(fā)展的政策，對兩淮地區(qū)煤層氣勘探、開發(fā)與利用都進行了戰(zhàn)略上的布局。“十二五”期間，我省煤炭產量出現(xiàn)了先增后減的趨勢，與華東乃至我國經濟發(fā)展形勢密切相關，同時我省還面臨著高能耗、高污染、高排放以及能源供應安全等能源環(huán)境重大問題。開發(fā)和利用煤層氣對緩解常規(guī)油氣供應緊張狀況、改善煤礦安全生產條件、實施國民經濟可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、保護大氣環(huán)境等均具有重要作用。因此，煤層氣資源的合理開發(fā)對保障我省能源發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。

兩淮地區(qū)石炭-二疊成煤期后經歷了多期構造運動，構造作用下煤系的沉降和抬升以及構造-熱事件共同控制著煤的受熱-成熟-生烴-散失過程，是煤層氣成藏的關鍵所在。下面在系統(tǒng)分析煤層沉降埋藏史的基礎上，進一步探討兩淮煤田煤層氣成藏過程。

1 煤層沉降埋藏史

淮北煤田和淮南煤田在晚古生代屬于同一聚煤環(huán)境，后期又具有相似的沉降埋藏歷史。因此，本次工作選取淮南新集地區(qū)煤層沉降埋藏史來說明兩淮地區(qū)煤層沉降埋深過程。

由圖1可以看出，淮南二疊紀煤層形成的地質年代大致為295-253Ma，之后沉積了石千峰組和下三疊統(tǒng)，均為整合接觸關系。早三疊世期間，兩淮地區(qū)煤系快速沉降，根據楊起等人研究分析，兩淮二疊紀煤層在侏羅紀前（約230Ma）已達到最大埋藏深度，在新集地區(qū)為3500m左右。中晚三疊世-侏羅紀期間，兩淮地區(qū)緩慢抬升，至120-23Ma前發(fā)生強烈隆升作用和長時期的剝蝕作用，煤系上覆地層及煤系本身蝕頂卸壓，致使主要煤層的埋深小于1000m，有的地方煤層已出露古地表，煤系埋藏變淺，對煤層氣成藏是十分不利的，受煤層氣垂向分帶規(guī)律控制，在煤層露頭以下的一定深度內形成瓦斯風化帶。經歷強烈抬升和長期剝蝕后，自23Ma前以來，淮南煤田再次沉降、接受了50-700m厚的新近系和第四系沉積，使二疊紀煤層再次被埋藏。

2 煤層氣成藏過程

根據兩淮地區(qū)煤系構造-沉積演化歷史，結合兩淮地區(qū)古地熱特征，可以大致說明兩淮地區(qū)煤層氣成藏過程。

前人在華北其他地區(qū)的研究表明，兩淮地區(qū)中燕山期即J3-K1時期地溫梯度為（5-7）℃/100m，此時發(fā)生了強烈的構造-熱事件，對兩淮地區(qū)煤層氣成藏具有重要的控制作用，其他時期屬正常古地溫場，地溫梯度約為2.5℃/100m。

在250Ma前，即石炭-二疊紀成煤期后不久，在生物-化學作用下，兩淮煤田產生生物氣。但是，這種生物氣由于后期經歷了較為復雜的演化過程，至今已全部逸散。其后，煤系急劇沉降埋藏（圖1），最大埋深可達3200m左右，煤發(fā)生深成變質作用。兩淮煤田大部分地區(qū)經受深成變質作用，煤變質程度普遍達到氣煤階段、1/3焦煤階段。此后，盆地雖緩慢抬升，至120Ma前，二疊紀主要煤層的埋深均保持在2500-3000m之間，古地溫在80-130℃之間，使煤化作用得以繼續(xù)進行，煤變質程度達到氣、肥煤階段，同時有大量熱成因氣體生成。中燕山期的構造-熱事件使兩淮地區(qū)的煤層疊加了區(qū)域巖漿熱變質作用，煤化作用進一步進行，煤級提高到焦煤，局部地區(qū)見有天然焦發(fā)育。構造-熱事件不僅產生大量的熱成因氣，而且可以促進煤儲層孔裂隙發(fā)育，有效地改善了煤儲層滲透性和吸附性能。中燕山期后，兩淮煤田構造抬升，煤化作用終止，煤變質格局基本定型，煤的熱成因生氣作用也在這期間終止。

晚白堊世至古近紀期間，即110Ma-60Ma之間，華北地區(qū)整體發(fā)生強烈隆升作用，兩淮煤田煤系整體埋藏變淺，地層壓力急劇降低，局部地區(qū)煤系已抬升至地表，煤層中的氣體通過解吸、擴散、滲流等方式大量逸散，并且煤系與大氣、地下水等外界進行了快速的物質交換，嚴重破壞了煤層氣藏的完整性。新近紀以來，兩淮煤田再次沉降，由于埋藏淺，古地溫較低，不可能形成二次熱成因氣。但是，由于大氣降水沿露頭下滲，煤系地層由于淡水和甲烷菌的滲入，在生物化學作用下生成次生生物氣，而且由于距今時間短，次生生物氣得以大量保存。熱成因氣與次生生物氣共存的現(xiàn)象在兩淮煤田普遍存在，也得到了有機地化試驗的證實，對提高兩淮煤田煤層氣含量具有積極的作用。

韋重韜等（2007）運用盆地數(shù)值模擬技術，建立了煤層氣地質演化史動態(tài)平衡動力學模型，分析結果認為，宿南地區(qū)煤層氣成藏過程基本上經歷了4個階段，即：煤層氣低水平聚集階段（第一第二階段）、煤層氣大量聚集且散失階段（第三階段）和以散失作用為主階段（第四階段）。該研究成果與上述兩淮地區(qū)煤層氣成藏過程分析基本吻合，總體來說，兩淮地區(qū)煤系形成后，在晚古生代至中侏羅世期間，煤有機質成熟度低，生成煤層氣量少，煤層含氣量很低；晚侏羅世至早白堊世期間，燕山運動中期，全區(qū)古地熱場異常增高，煤化作用快速推進，煤變質程度迅速提高，奠定了現(xiàn)今煤化作用格局。同時，由于構造-熱事件的參與，大量熱成因氣生成的同時，煤儲層物性得到了有效的改善，兩淮地區(qū)煤層氣地質演化也達到了最活躍的時期；晚白堊世后，古地熱場恢復正常，煤層僅生成少量的次生生物氣，煤層氣散失作用強烈。

參考文獻

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