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(duì)緩解常規(guī)油氣供應(yīng)緊張狀況、改善煤礦安全生產(chǎn)條件、實(shí)施國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、保護(hù)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(chǔ)上，深入探討兩淮煤田煤層氣成藏過程，為我省科學(xué)合理開發(fā)利用煤層氣資源奠定基礎(chǔ)。

關(guān)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(tái)了一系列促進(jìn)兩淮煤田煤層氣產(chǎn)業(yè)發(fā)展的政策，對(duì)兩淮地區(qū)煤層氣勘探、開發(fā)與利用都進(jìn)行了戰(zhàn)略上的布局?！笆濉逼陂g，我省煤炭產(chǎn)量出現(xiàn)了先增后減的趨勢(shì)，與華東乃至我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展形勢(shì)密切相關(guān)，同時(shí)我省還面臨著高能耗、高污染、高排放以及能源供應(yīng)安全等能源環(huán)境重大問題。開發(fā)和利用煤層氣對(duì)緩解常規(guī)油氣供應(yīng)緊張狀況、改善煤礦安全生產(chǎn)條件、實(shí)施國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略、保護(hù)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(duì)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(jīng)歷了多期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，構(gòu)造作用下煤系的沉降和抬升以及構(gòu)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(guān)鍵所在。下面在系統(tǒng)分析煤層沉降埋藏史的基礎(chǔ)上，進(jìn)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(jì)煤層形成的地質(zhì)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(guān)系。早三疊世期間，兩淮地區(qū)煤系快速沉降，根據(jù)楊起等人研究分析，兩淮二疊紀(jì)煤層在侏羅紀(jì)前（約230Ma）已達(dá)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(jì)期間，兩淮地區(qū)緩慢抬升，至120-23Ma前發(fā)生強(qiáng)烈隆升作用和長時(shí)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(duì)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(nèi)形成瓦斯風(fēng)化帶。經(jīng)歷強(qiáng)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(jì)煤層再次被埋藏。

2 煤層氣成藏過程

根據(jù)兩淮地區(qū)煤系構(gòu)造-沉積演化歷史，結(jié)合兩淮地區(qū)古地?zé)崽卣?，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(shí)期地溫梯度為（5-7）℃/100m，此時(shí)發(fā)生了強(qiáng)烈的構(gòu)造-熱事件，對(duì)兩淮地區(qū)煤層氣成藏具有重要的控制作用，其他時(shí)期屬正常古地溫場(chǎng)，地溫梯度約為2.5℃/100m。

在250Ma前，即石炭-二疊紀(jì)成煤期后不久，在生物-化學(xué)作用下，兩淮煤田產(chǎn)生生物氣。但是，這種生物氣由于后期經(jīng)歷了較為復(fù)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(dá)3200m左右，煤發(fā)生深成變質(zhì)作用。兩淮煤田大部分地區(qū)經(jīng)受深成變質(zhì)作用，煤變質(zhì)程度普遍達(dá)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(jì)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(jìn)行，煤變質(zhì)程度達(dá)到氣、肥煤階段，同時(shí)有大量熱成因氣體生成。中燕山期的構(gòu)造-熱事件使兩淮地區(qū)的煤層疊加了區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用，煤化作用進(jìn)一步進(jìn)行，煤級(jí)提高到焦煤，局部地區(qū)見有天然焦發(fā)育。構(gòu)造-熱事件不僅產(chǎn)生大量的熱成因氣，而且可以促進(jìn)煤儲(chǔ)層孔裂隙發(fā)育，有效地改善了煤儲(chǔ)層滲透性和吸附性能。中燕山期后，兩淮煤田構(gòu)造抬升，煤化作用終止，煤變質(zhì)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(jì)期間，即110Ma-60Ma之間，華北地區(qū)整體發(fā)生強(qiáng)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(kuò)散、滲流等方式大量逸散，并且煤系與大氣、地下水等外界進(jìn)行了快速的物質(zhì)交換，嚴(yán)重破壞了煤層氣藏的完整性。新近紀(jì)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(xué)作用下生成次生生物氣，而且由于距今時(shí)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(jī)地化試驗(yàn)的證實(shí)，對(duì)提高兩淮煤田煤層氣含量具有積極的作用。

韋重韜等（2007）運(yùn)用盆地?cái)?shù)值模擬技術(shù)，建立了煤層氣地質(zhì)演化史動(dòng)態(tài)平衡動(dòng)力學(xué)模型，分析結(jié)果認(rèn)為，宿南地區(qū)煤層氣成藏過程基本上經(jīng)歷了4個(gè)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(jī)質(zhì)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(yùn)動(dòng)中期，全區(qū)古地?zé)釄?chǎng)異常增高，煤化作用快速推進(jìn)，煤變質(zhì)程度迅速提高，奠定了現(xiàn)今煤化作用格局。同時(shí)，由于構(gòu)造-熱事件的參與，大量熱成因氣生成的同時(shí)，煤儲(chǔ)層物性得到了有效的改善，兩淮地區(qū)煤層氣地質(zhì)演化也達(dá)到了最活躍的時(shí)期；晚白堊世后，古地?zé)釄?chǎng)恢復(fù)正常，煤層僅生成少量的次生生物氣，煤層氣散失作用強(qiáng)烈。

參考文獻(xiàn)

[1]竇新釗，朱文偉，俞顯忠，等.安徽兩淮地區(qū)煤層氣勘探開發(fā)現(xiàn)狀及建議[J].安徽地質(zhì)，2014，25（2）：115-118.

[2]竇新釗，俞顯忠，朱文偉，等.兩淮煤田煤層氣勘查開發(fā)條件與前景分析[A].安徽省煤炭學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)研討會(huì)[C].2015.

[3]韋重韜，姜波，傅雪海，等.宿南向斜煤層氣地質(zhì)演化史數(shù)值模擬研究[J].石油學(xué)報(bào)，2007，28（1）：54-57.

[4]姜波，秦勇，范炳恒，等.淮北地區(qū)煤儲(chǔ)層物性及煤層氣勘探前景[J].中國礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2001，30（5）：11-15.

[5]李偉，吳建光.淮北礦區(qū)煤層氣抽采技術(shù)與實(shí)踐[A].煤礦瓦斯治理與利用[C].2008.

[6]劉春，李建設(shè).安徽省煤層氣資源開發(fā)現(xiàn)狀和后續(xù)發(fā)展思考[J].安徽地質(zhì)，2008，18（3）：161-163.

[7]劉華民.兩淮煤層氣開發(fā)前景初評(píng)[J].煤礦現(xiàn)代化，1997（24）：8-11.

[8]龍王寅.兩淮煤田煤層含氣性特征及甲烷富集機(jī)制探討[J].安徽地質(zhì)，1999，9（1）：54-58.

[9]袁亮.淮南礦區(qū)煤礦煤層氣抽采技術(shù)[J].中國煤層氣，2006，3（1）：7-9.