中国低煤阶煤层气资源潜力及发展方向

doi:10.11743/ogg20240603

摘要/Abstract

摘要：

中国低煤阶煤层气在西北和东北地区均有分布，主要赋存于侏罗系、白垩系和古近系，煤层数量多、厚度大但含气量低。埋深2 000 m以浅低煤阶煤层气资源量约14.7×10¹² m³，勘探开发潜力巨大。系统分析了中国4个典型盆地低煤阶煤层气资源情况，研究了不同埋深和地质组合条件下低煤阶煤层气的典型成藏特征和勘探开发潜力。结果表明：①中国低煤阶煤层气储层渗透性差（渗透率<1×10^-3 μm²），煤层水矿化度相对较高（>5 000 mg/L）；②基于构造、水动力场和温-压场协同驱动下的低阶煤层气成藏要素解剖，提出了“微相控煤、水文控烃、埋深控储、构造控藏”四元控气模式；③基于典型区带解剖，建立了6种低煤阶煤层气富集模式；④结合美国粉河盆地和澳大利亚苏拉特盆地低煤阶煤层气地质特征和开发实践，认为中国存在多薄煤系共聚和深部煤层气多元封存2种富集高产模式；⑤基于对低煤阶煤层气高效开发至关重要的煤岩条件、资源条件、保存条件、产出条件和可改造性等5种因素的分析，构建了煤层气选区评价方法及指标体系。未来勘探领域是盆地边缘山前逆掩断层下盘、盆地斜坡带深部-中部隆起区2大领域。

关键词: 资源潜力, 成藏模式, 控气要素, 选区评价体系, 低煤阶煤层气, 勘探方向

Abstract:

The low-rank coalbed methane （CBM） is distributed in both the northwest and northeast regions of China， as dominated by the Jurassic， Cretaceous， and Paleogene with coal seams exhibiting large quantities and considerable thicknesses but low gas content. With resources estimated at approximately 14.7 × 10¹² m³， the low-rank CBM at burial depths of 2 000 m or less holds tremendous potential for exploration and production. Through a systematic analysis of low-rank CBM resources in four typical basins in China， we investigate the typical accumulation characteristics and the exploration and production potential of low-rank CBM under various burial depth-geology combinations. The results indicate that low-rank CBM reservoirs in China manifest low permeability （<1 × 10^-3 μm²）， and relatively high salinity of coal seam water （>5 000 mg/L）. An analysis of the factors governing the accumulation of low-rank CBM under the synergistic effects of tectonism and hydrodynamic， temperature， and pressure fields reveals a gas enrichment-controlling pattern consisting of sedimentary microfacies-controlled coal occurrence， hydrogeology-controlled gas generation and preservation， burial depth-controlled reservoir properties， and tectonism-controlled gas accumulation. Six enrichment patterns of low-rank CBM are identified based on the analysis of typical zones. In combination with the geological characteristics and production practice of low-rank CBM in the Powder River Basin of the United States and the Surat Basin of Australia， we propose two enrichment patterns of low-rank CBM in China featuring high productivity， that is， the accumulation of gas from multiple single thin-bedded coal seams and deep CBM multiple factor-controlled storage. An assessment methodology and index system for the selection of CBM target areas are developed based on the analysis of five crucial factors for the efficient production of low-rank CBM： coal composition， resource potential， preservation conditions， production conditions， and fracability. Future exploration targets include the footwalls of piedmont overthrust faults along basin margins and the deep-central uplifted areas of slope zones within basins.

Key words: resource potential, accumulation pattern, gas enrichment-controlling factor, assessment system for target area selection, low-rank coalbed methane （CBM）, exploration target

中图分类号:

TE132.2

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参考文献 47

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聚气带	含气区	含煤地层	煤级	含气量/（m³/t）	甲烷浓度/%	含气饱和度/%
准噶尔盆地	准南	J_1-2	CY-FM	6.20	85～90	55
	准东	J_1-2	HM-QM	4.00	90	30
	准北	J_1-2	HM-QM	6.00	92	78
	白家海	J_1-2	CY-FM，FM	14.00	—	>100
天山	伊犁	J_1-2	CY-QM	3.80	<80	62～85
	尤尔都斯	J_1-2	CY-QM	6.50	<93	62～85
	焉耆	J_1-2	QM	6.10	<80	62～85
	库米什	J_1-2	CY-QM	6.00	<80	62～85
塔里木盆地	南缘	J_1-2	QM-SM	4.00	—	—
塔里木盆地	北缘	J_1-2	CY-JM	4.00	70～80	—
吐哈盆地	吐哈	J_1-2	HM，CY，QM	4.00	85～90	75
三塘湖盆地	三塘湖	J_1-2	CY-QM	4.32	80	78
柴达木盆地	柴北缘	J_2-3	CY-PM	3.00	85	70
河西走廊	祁连山	C₂，J₂	CY-JM	5.00	<80	33～62
	山丹	C₂，J₂	QM-JM	4.00	<80	37～48
	景泰	C₂	SM	5.00	85	41
	靖远	C₂，J₂	CY-QM	6.00	85	54～75
	西宁	J₂	CY-SM	8.00	90	62～69
	窑街	J₂	CY，QM	5.00	85	45～53
	阿干镇	J₂	CY	6.00	90	62～69
	中卫	C₂，J₃，P₁	QM-WY	7.00	90	50～66
二连盆地	吉尔嘎朗图	J₃，K₁	HM	1.00～4.00	75～90	74～91
二连盆地	霍林河	J₃，K₁	HM	0.50～6.00	91	>100
海拉尔	呼和湖	K₂	HM，CY	3.00	—	32～80
海拉尔	伊敏	K₁	HM-CY，JM	0.50～9.00	—	—
鸡西	梨树	K₁	FM，JM	6.00～10.00	90	86～99

煤阶	煤层气成因	储层特征	富集要素	产出要素	富集模式	高产模式
中-高煤阶	深成热变质作用成因	生气量大、吸附能力强，微小孔发育，连续性好	埋深、构造和煤体结构等	含气量和渗透率耦合配置	向斜富集、褶曲翼部富集、构造高点和水动力控藏等多类型富集模式	埋深和构造应力控制渗透率，吸附气与深部游离气共聚
低煤阶	热成因与生物成因共存，生物成因气占比大	相对高孔、高渗，厚层多或多薄层叠置	煤厚、埋深和储层封闭性等	气源补充与物性匹配性	浅部在盆缘斜坡带新成藏、小型断陷古成藏和淡水补给缓流成藏等；深部受构造和保存条件影响	气源补给（生物成因气和深部热成因气），厚煤层、多薄层合采

条件类型	条件权重	典型参数		Ⅰ类区	Ⅱ类区	Ⅲ类区	典型盆地指标
煤岩条件	0.05	R_o/%		≥0.6	0.6 ~ 0.4	≤0.4	二连盆地整体上小于其他盆地
资源条件	0.25	煤层厚度	单煤层	相对厚度越大越好			二连盆地整体上高于其他盆地
		煤层厚度	多薄煤层	低煤阶多薄煤层发育，累计厚度越大越好			累计厚度：吐哈盆地>二连盆地>准噶尔盆地>鄂尔多斯盆地
		含气量		根据具体盆地调整			整体上，准噶尔盆地>吐哈盆地与鄂尔多斯盆地>二连盆地
		气源补给		大量生物成因气补给	少量生物成因气补给	无外源气补给	生物成因气补给对二连盆地煤层气控制更显著
保存条件	0.20	盖层条件		封闭性好	封闭性较好	封闭性差	—
保存条件	0.20	水文地质条件		深部滞留区、浅部弱径流区	中、深部弱径流区	径流区	水动力对鄂尔多斯盆地和二连盆地影响更为显著
产出条件	0.25	渗透率/（10^-3 μm²）		≥1.0	1.0 ~ 0.1	≤0.1	—
产出条件	0.25	煤层倾角		倾角≤15°时，不列为指标参数；倾角≥70°时，划分为Ⅲ类区			准噶尔盆地煤层倾角最大，吐哈盆地次之，鄂尔多斯盆地和二连盆地煤层倾角不列为指标参数
可改造性	0.25	煤体结构		原生结构、碎裂煤	碎粒煤	糜棱煤	—
可改造性	0.25	岩石力学性质		高杨氏模量，低泊松比	低杨氏模量，高泊松比		—

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