(一)煤层气矿产地质特征
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发布时间：2022-05-02 15:14
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时间：2022-06-20 14:39
煤层气作为具有特定含义的专业术语已被广为认可。煤层气是以甲烷（CH4）为主要成分的可燃气体，以吸附状态赋存在沉积盆地的煤层之中，利用现代探采技术可以将煤层中的气体排采、贮集和利用。煤层气是一种洁净的气态燃料和化工原料。煤层气的开发利用可以减少煤矿开采中的灾害，可以减少甲烷向大气中排放的温室效应所造成的环境污染，是可以变害为宝的新型能源矿种。
人类对煤层气的认识有一个漫长的过程。在煤矿开采过程中，煤岩层中游离出的气体主要是甲烷，也有微量或少量的轻烃及其它气体，通常称其为瓦斯（Gas）。从煤岩层中游离出来散布在采煤巷道中的甲烷气体与空气混合后，只要有一定的引爆条件就可能爆炸，由此造成严重的人身及矿田的伤害和破坏，是煤炭采掘业危害最大的公害。
随着近代科学技术的发展，人们可以用回采技术将游离在采煤巷道中的煤层气采收利用，从而变害为利。英国在18世纪初采用了管线引到地面回收瓦斯的技术，19世纪末又采用了穿层井抽放瓦斯技术，此后巷道回采瓦斯技术在欧美地区广泛推广应用。中国很多煤矿区也都采用了巷道回采技术，2000年抽放量已经达到8.2×108m3，利用量为5×108m3。通过实践，人们认识到煤层中游离出来的甲烷气体是可以回收利用的，这种可燃气体是可为人类生产生活服务的优质洁净燃料，具有很高的经济价值，充分显现出煤层气的实用性。
人类真正把煤层气作为矿产认识其可采性还是通过地面垂向钻井开采技术的应用。最初，人们在石油钻井时发现煤层中丰厚的煤层气也可以通过井孔排采到地面，如常规天然气一样加以利用。同时也发现由于煤层中的气体主要是以吸附状态储集在煤层之中，与常规天然气的储集条件有明显的不同，其开采技术也有很大差别，用常规探采方法并不能奏效，从而逐步形成和完善了一套煤层气的探采技术。只有煤层气地面垂向钻井开采技术的应用，才能使数以亿万计的煤层气得到开发利用，才能将其列入具有重要经济价值的矿产资源行列。
煤层气与煤炭是同体共生矿，有与石油及常规天然气共存于同一沉积构造盆地的地质历史，沉积构造盆地是多种有机沉积矿藏赋存同载的母体。煤层气藏的成藏规律与煤藏、油藏、常规天然气藏及煤成气藏既有联因和类同，又有明显的差异和独特之道。煤层气藏在含煤-煤层气盆地中的分布有着自身的规律，煤层气藏的成生、演化和消亡，随着沉积构造盆地演化而变迁。
煤层气和其它有机沉积矿产赋存的沉积构造盆地的大地构造环境，同处于构造相对稳定的构造带，一般分布在*板块的相对稳定地区。石油及常规天然气成藏分布在震旦纪、古生代、中生代及新生代漫长的地质历史时期。而煤层气和煤炭（腐殖煤）主要分布在晚古生代的石炭纪、二叠纪，中生代以及新生代等几个地质历史时期的几个沉积阶段。跨时跨域广阔的石油及常规天然气，分布在有利于油气成生的海相或陆相沉积建造中，煤层气及煤炭要在有利于成煤的聚煤期，一般分布在湖沼相或海陆交替相的含煤沉积建造中。现今含煤-煤层气、石油、天然气沉积构造盆地的展布，是经过了漫长地质历史时期*板块的拼合变迁，沉积盆地演化发展的格局。
成藏条件的首要问题是有机物质的来源。有机成因论认为烃类物质在一定环境中，原始有机物质在热动力条件下经过热降解而形成。油和气同源于干酪根，但石油是源于海相或陆相沉积的腐泥型干酪根，天然气却是源于相同沉积相的腐殖型干酪根。煤层气与常规天然气的气源岩同属腐殖型干酪根，但又有很明显的差别，常规气来源于泥页岩、泥灰岩等沉积物中的分散有机质，而煤层气却仅源于大量聚集的成煤有机物质，是煤化的同时热降解而生成的气。
储集条件是成藏的另一重要因素。石油与常规天然气储集层一般是碎屑岩、泥页岩及碳酸盐岩的孔隙或裂隙。在一定的地质条件下，油、气、水互为介质，经过运移而聚集的烃类以液相赋存在储集层中，有时也呈现油水混溶或油中饱含溶解气。储集层中的气态烃，其中包括从煤层中游离出来聚集在非煤层中的烃类气体，也可以在一定条件下储集在油气储集层中，或者溶于油或水中。而以煤层为储集层的煤层气，却主要以吸附状态附着在煤岩基质微细颗粒的表面，在一定的地质条件下，也有一些溶解在煤岩基质孔隙、裂隙的水中或是游离在孔隙、裂隙的空间。
常规天然气或石油形成的油气藏，一般来说生气（油）源岩层与储集层是分离的，这是油气藏与煤层气藏的重要差别。煤成气之所以归类于常规天然气范畴，是其具有与常规天然气成藏类似的基本特征，但其生气源岩是煤系地层，而不是一般的生气（油）源岩，同时还必须要有与生气源岩相匹配的具有良好孔隙渗滤条件的储集层。煤层气藏是以煤岩层作为生气源岩，同时煤岩层又是储集层，烃类气体在储集层中的储存方式是以吸附状态为主。煤成气藏的形成与常规天然气藏一样，烃类气体经过运移储集到油气圈闭之中；而煤层气藏并不遵循常规天然气聚集成藏的一般规律，无须经过烃类气体的运移，也无须聚集在常规气藏的圈闭之中。
封盖条件是成藏不可缺少的因素。煤层气藏封盖层的形成，是在原始有机物质成煤过程中，与煤岩层同时沉积的泥页岩层，往往交互呈韵律出现，成为煤层气藏良好的区域盖层或局部盖层。区域性的盖层也是良好的隔水层，能将不同的煤系地层分隔成各自独立的水动力系统，使煤岩层处于封闭的条件下，使吸附在煤岩中的烃类气体以吸附状态较长期地保存在煤岩层中，而不会溶解在水中或逸散。
煤层气及其它有机沉积矿藏的成生、演化、破坏，是与其所赋存的沉积构造盆地同步发生的。原型沉积盆地经受多次构造运动发生复杂多样的形变，演化成各种类型的沉积构造盆地，盆地的演化过程也就是煤层气藏或其它有机沉积矿藏的成藏过程。随着沉积盆地的沉降，沉积岩层的不断深埋，盆地发生复杂的形变，深埋的岩层温度、压力也不断增加，当煤岩层或油源岩层达到一定的深度时，在不断强化的热动力效应影响下，原始有机物质经过热降解，腐泥类或腐殖类干酪根可以转化成气相或液相烃类及水等物质，富集的成煤有机物质经过煤化作用，在煤岩生成的过程中同时生成甲烷、轻烃和水等。在不同的地质历史时期，不同的地质构造条件下，热动力效应有所不同，因而油气生成有未成熟、成熟及过成熟等等差别，而煤岩呈现出不同的煤阶和煤质，不同量级的甲烷及烃类气体，以及造成煤岩层渗滤条件的好坏差别。
烃类物质在地质体中的运移、聚集、散失，煤层气藏与常规油气藏也有明显的差别。常规油气藏及煤成气藏遵循重力分异原理，在运移、聚集过程中，油、气、水不断分异，按气、油、水层次储集在油气圈闭的不同部位，不论圈闭是背斜构造、地层遮挡、岩性尖灭、断层封闭等何种形态，都要聚集在盆地相对高处的高等势封闭的低势区内。而以吸附状态储集在煤岩层中的煤层气，并不遵循重力分异原理，无须受高等势封闭条件下低势区所形成的圈闭的控制，只要有较好的封盖条件，能够形成相当的地层压力和温度，煤岩能够生成并有足量的甲烷等烃类气体，煤岩层发育有较好的孔隙、裂隙渗滤通道，煤岩孔隙、裂隙中的水溶解气或孔隙、裂隙空间的游离气的浓度能使煤岩中的吸附烃不被解吸而扩散，就可能形成较好的煤层气藏，因而在盆地的相对低位处煤层气藏照样可以形成。
由此可见，煤层气和石油、常规天然气虽然共存于同一沉积构造盆地，由于成藏机理的差异，油气藏及煤成气藏的油气是赋存在有利于气、油、水分异的复式背向斜相对高部位的圈闭中，而煤层气藏赋存在盆地中复式背向斜可成藏的有利构造带，甚至油气不可能成藏的区带煤层气也可能形成良好的气藏。
通过对煤层气藏和油气藏成藏机理的分析，可以看出两种矿藏有着明显的差异，因而勘探开发矿藏的方式也不相同。不能认为同在一个沉积盆地，可以用一种勘探开发方案兼探兼开，也不大可能用同一口钻井同采煤层气藏和常规油气藏。地下巷道采煤或是巷道中的煤层气采收和地面钻采煤层气的探采方法更是两种截然不同的工艺。不论是巷道采收煤层气的回收量，还是对煤层气利用的深度与广度，这种开采方式还是煤炭采掘的附属矿业。只有利用现代煤层气地面垂向钻井开采技术，以煤层气藏为勘探开发对象，人类才真正将煤层气作为一种独立的矿种来开发利用。经过大量的勘探开发实践，已经掌握了煤层气资源预测、地质评价，钻井、固井、测井、测试、压裂、排采等工程工艺技术，以及气井生产、气田建设等一系列煤层气勘探、开发、生产的技术。煤层气勘探、开发、生产技术已经形成自成系统的专业技术，成为煤层气产业的重要组成部分。
煤层气之所以称得上是矿产，是因为它在地质体中有着一定的赋存规律，有着明显的成藏性及可采性，有着巨大的资源前景和规模开发的可能，经过地质勘查可以探明其规模储量，经过开发可以形成规模产量。只有具备丰富的资源前景又能够开发利用，才能创造社会经济效益，才能构成经济社会的一大产业。人所共知，经过目前勘探开发预测，全球煤层气资源量为240×1012m3，相当于常规天然气探明储量的2倍；中国煤层气资源量为20×1012m3，相近于中国天然气远景资源量之半，煤层气资源的开发等于新增一个常规天然气资源。石油、天然气以及煤炭都是不可再生的重要矿产资源，在未来世纪石油及常规天然气将会出现紧缺，需要新的能源矿种来接替，煤层气将是悄然崛起的新世纪可替代能源。
