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天然气基础

天然气成因——煤型气

1.概述

  煤型气是指煤系有机质(包括煤层和煤系地层中的分散有机质)热演化生成的天然气。

  煤田开采中,经常出现大量瓦斯涌出的现象,如四川合川县一口井的瓦斯突出,排出瓦斯量竟高达140万立方米,这说明,煤系地层确实能生成天然气。

  煤型气是一种多成分的混合气体,其中烃类气体以甲烷为主,重烃气含量少,一般为干气,但也可能有湿气,甚至凝析气。有时可含较多Hg蒸气和N2等。

  煤型气也可形成特大气田,1960S以来在西西伯利亚北部K2、荷兰东部盆地和北海盆地南部P等地层发现了特大的煤型气田,这三个气区探明储量22万亿m3,占世界探明天然气总储量的1/3弱。据统计(M.T哈尔布蒂,1970),在世界已发现的26个大气田中,有16个属煤型气田,数量占60%,储量占72.2%,由此可见,煤型气在世界可燃天然气资源构成中占有重要地位。我国煤炭资源丰富,据统计有6千亿吨,居世界第三位,聚煤盆地发育,现已发现有煤型气聚集的有华北、鄂尔多斯、四川、台湾—东海、莺歌海—琼东南、以及吐哈等盆地。经研究,鄂尔多斯盆地中部大气区的气多半来自上古生界C-P煤系地层(上古∶下古气源=7∶3或6∶4),可见煤系地层生成天然气的潜力很大。

  2.成煤作用与煤型气的形成

  成煤作用可分为泥炭化和煤化作用两个阶段。前一阶段,堆积在沼泽、湖泊或浅海环境下的植物遗体和碎片,经生化作用形成煤的前身——泥炭;随着盆地沉降,埋藏加深和温度压力增高,由泥炭化阶段进入煤化作用阶段,在煤化作用中泥炭经过微生物酶解、压实、脱水等作用变为褐煤;当埋藏逐步加深,已形成的褐煤在温度、压力和时间等因素作用下,按长焰煤→气煤→肥煤→焦煤→瘦煤→贫煤→无烟煤的序列转化。

  实测表明,煤的挥发分随煤化作用增强明显降低,由褐煤→烟煤→无烟煤,挥发分大约由50%降到5%。这些挥发分主要以CH4、CO2、H2O、N2、NH3等气态产物的形式逸出,是形成煤型气的基础,煤化作用中析出的主要挥发性产物见图5-9。

  1.煤化作用中挥发性产物总量 2.CO2 3.H2O 4.CH4 5.NH3 6.H2S

  从形成煤型气的角度出发,应该注意在煤化作用过程中成煤物质的四次较为明显变化(煤岩学上称之为煤化跃变):

  第一次跃变发生于长焰煤开始阶段,碳含量Cr=75-80%,挥发分Vr=43%,Ro=0.6%;

  第二次跃变发生于肥煤阶段,Cr=87%,Vr=29%,Ro=1.3%;

  第三次跃变发生烟煤→无烟煤阶段,Cr=91%,Vr=8%,Ro=2.5%;

  第四次跃变发生于无烟煤→变质无烟煤阶段,Cr=93.5%,Vr=4%,Ro=3.7%,芳香族稠环缩合程度大大提高。

  在这四次跃变中,导致煤质变化最为明显的是第一、二次跃变。煤化跃变不仅表现为煤的质变,而且每次跃变都相应地为一次成气(甲烷)高峰。

  煤型气的形成及产率不仅与煤阶有关,而且还与煤的煤岩组成有关,腐殖煤在显微镜下可分为镜质组、类脂组和惰性组三种显微组分,我国大多数煤田的腐殖煤中,各组分的含量以镜质组最高,约占50~80%,惰性组占10~20%(高者达30~50%),类脂组含量最低,一般不超过5%。

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