煤儲層含氣性及其地質控制

1、第五章 煤儲層含氣性及其地質控制含氣量是確定煤層氣資源量必不可少的參數(shù)，與儲層壓力和吸附等溫線結合起來使用，還可以預測煤層氣的產能。值得注意的是，并不是每個含煤區(qū)，每個煤層都賦存有可供開采的煤層氣。因此，必須預先測定煤層的含氣量。第一節(jié) 煤儲層含氣量的構成 煤層含氣量測定方法目前為大多數(shù)人所接受的是美國礦業(yè)局（USBM）的直接法（Kissel等，1973）。我國在此基礎上作了大量修改，由撫順分院等單位制定了“煤層瓦斯含量和成分測定方法”（MT-77-84、MT-77-94）。新的煤層氣含量測定方法（GB/T 195592004）見附錄五。一、階段含氣量1、USBM直接法USBM直接法測定的煤層

2、含氣量是由三階段實測氣量構成，即逸散氣量、解吸氣量和殘留氣量。逸散氣量：指從鉆頭鉆至煤層到煤樣放入解吸罐以前自然析出的天然氣量。這部分氣體無法直接測得，通常依據(jù)前兩小時的解吸資料推測。逸散氣的體積取決于鉆孔揭露煤層到把煤樣密封于解吸罐的時間、煤的物理特性、鉆井液特性、水飽和度和游離態(tài)氣體含量?？s短取心時間是準確計算逸散氣的有效途徑之一，如采用繩索取心對于600m的井深只需幾分鐘，這就大大降低了逸散氣的體積。不同物理特性的煤具有不同的解吸速率，如碎粉煤、糜棱煤由于擴散距離短造成逸散氣體積大。鉆井液的比重較大時對于煤層氣的逸散有阻滯作用。如果煤儲層被水飽和，游離態(tài)煤層氣含量低，則逸散氣體積?。幌喾?/p>

3、如果煤儲層未被水飽和，游離態(tài)煤層氣含量高，則逸散氣體積較大。解吸氣量：解吸氣是指煤樣置于解吸罐中在正常大氣壓和儲層溫度下，自然脫出的煤層氣量。終止于一周內平均解吸氣量小于10ml/d或在一周內每克樣品的解吸量平均小于0.05ml/d，實測的解吸氣量只是總解吸氣量的一部分，總解吸氣量應包括逸散氣量。殘留氣量：是指充分解吸結束后殘留在煤樣中的氣量。將樣品罐加入鋼球后密封，放在球磨機上磨2h，然后按測試解吸氣的程序測殘留氣。殘留氣或者是由于擴散速率極低所致，或者是在一個大氣壓下煤層氣處于吸附平衡狀態(tài)，不再解吸。根據(jù)Diamond對美國1500個煤樣的統(tǒng)計，殘留氣體積在低煤級煤中可占總含氣量的40%-

4、50%，而中高變質煙煤的殘留氣僅占總含氣量的10%以下。我國晉城無煙煤中殘留氣量介于1.82%10.15%之間，平均為6.0%。在煤層氣開發(fā)中要特別注意殘留氣的含量，因為這部分氣體是目前經濟技術條件下難以回收的。2、MT-77-84解吸法我國MT-77-84測定的煤層含氣量由四部分組成，包括損失氣量（V1）、現(xiàn)場2h解吸量（V2）、真空加熱脫氣量（V3）以及粉碎脫氣量（V4）。國內、外解吸氣中逸散氣量（損失氣量）所指部分是相同的，但國內2h解吸氣量只是美國解吸氣量的一部分，且不是在儲層溫度下進行的，盡管氣體體積校正到標準狀態(tài)，但不同溫度條件下，煤層氣的解吸速度不同。因此，由2h解吸氣量推算的逸

5、散氣量（損失氣量）也存在差別。解吸溫度低時，逸散氣量（損失氣量）偏少；解吸溫度高時，逸散氣量（損失氣量）偏大。在現(xiàn)場把出井的煤心或煤屑立即裝罐密封，以樣品罐密封起計時測量。解吸氣量的測定及求取過程中需要進行精確的時間記錄。包括：開始鉆遇煤層時間（t0）、開始取芯時間（t1）、開始起鉆時間（t2）、煤芯提至井深一半時間（t3）、煤芯提出井口時間（t4）、完成煤心封罐時間（t5）、開始解吸時間（t6）。USBM法測試要求解吸開始按每小時計量45次，壓力不超過2834KPa，含氣量高的樣品計量要求加密，幾天過后氣量已經很小，氣壓發(fā)生波動，要防止發(fā)生倒吸現(xiàn)象，當解吸速率降為一周內平均每天低于10ml時

6、，停止現(xiàn)場解吸。國內煤層瓦斯解吸儀進行解吸測定時要求煤芯提出井口時間(t4)與完成煤芯封罐時間(t5)間隔小于15min，密封時間與解吸時間間隔小于2min，現(xiàn)場解吸2小時后，停止解吸。在美國應用USBM法測定含氣量時一般不測定殘余氣量，因為解吸周期長，殘余氣體難以解吸，對采收率幾乎沒有影響。國內進行現(xiàn)場2h解后，必須測定殘余氣量。將經過解吸測定的煤樣，在密封狀態(tài)下盡快送到試驗室進行加熱脫氣，加熱脫氣后將煤樣粉碎，再進行一次脫氣（簡稱粉碎脫氣）。即要經過以下兩個步驟： 加熱脫氣：開罐之前抽真空，加熱至95C，一直進行到每半小時內脫出氣量小于10ml為止（一般持續(xù)5h左右）。粉碎脫氣：煤樣密封在

7、球磨罐中到球磨機上粉碎45h，使煤樣粒度磨到0.25mm以下，然后再進行抽真空、加熱脫氣5h左右。二、逸散氣量（損失氣量）的計算逸散氣量（損失氣量）與取心至樣品密封解吸罐中所需時間有關，取心、裝罐所需時間越短，則計算的逸散氣量（損失氣量）越準確。當逸散氣量（損失氣量）不超過總含氣量的20%時，直接法所測的含氣量比較準確。解吸氣和逸散氣（損失氣量）是煤層氣的可采部分，因此準確測定逸散氣（損失氣量）至關重要。美國礦業(yè)局采用的直接法計算逸散氣的理論依據(jù)是：煤體內的空隙是球形的，且孔徑的分布是單峰的，氣體在孔隙中的擴散是等溫的且服從菲克第一定律，所有孔隙中氣體的初始濃度相同，球體的邊界處濃度為零。則解

8、吸最初幾個小時釋放出的氣體與解吸時間的平方根成正比，總的解吸量可由下式表示： （5-1）式中：總解吸量，ml；逸散氣量，ml；系數(shù)；解吸罐解吸時間，min；逸散時間，min。令，則上式寫為： （5-2） 其中實測解吸氣量。由此在解吸氣量與時間的平方根的圖中（一般取前10個點），反向延長到計時起點，即可估算出逸散氣量（圖5-1）。直接法的計時起點與鉆井液類型有關，對于氣相或霧相取心，假設取心筒穿透煤層即開始解吸，損失時間（逸散時間）為取心時間、起鉆時間和樣品到達地面后密封在解吸罐中之前時間的總和。對于清水取心，假設當巖心提到距井口一半時開始解吸，這種情況下，損失時間為起鉆時間的一半加上地面裝罐之

9、前的時間。圖5-1 逸散氣量的估算三、史密斯威廉斯法1、原理與方法計算逸散氣量的直接法以孔隙單峰分布為前提，即假設所有孔隙大小都是相同的。1972年以來，對煤層中甲烷擴散作用的研究表明，煤的孔隙結構為“雙峰型”。測定逸散氣量的史威法正是把這種雙峰分布的孔隙結構作為前提，通過實驗對比表明，雙峰分布的孔隙擴散模型成功地說明了解吸特征。史威法是史密斯和威廉斯（Smith & Williams，1981）建立的，使用鉆井巖屑測定煤層含氣量。在井口收集鉆屑裝入解吸罐中，解吸方法與直接法相同。該方法假設巖屑在井筒上升過程中壓力線性下降，直至巖屑到達地面，通過求解擴散方程，將其分解成兩個無因次時間的形式：

10、（5-3） （5-4）式中 STR地面時間比，無因次；LTR損失時間比，無因次； 實測被解吸出全部氣體體積（STD）的25所需的時間。由兩個無因次時間比查表或讀圖得到校正因子（圖5-2），用校正因子乘以實測解吸氣量即得到總解吸氣量，總含氣量減解吸氣量，得逸散氣量。逸散氣量與總含氣量的比值小于50時，史威法是準確的，即校正因子最大值是2。另外，雖然史威法是根據(jù)鉆井巖屑解吸建立的，也適用于取心樣品含氣量的確定。圖5-2 史密斯和威廉斯計算逸散氣量（Smith & Williams，1981）四、相態(tài)含氣量原位狀態(tài)下煤層含氣量是吸附氣、游離氣和水溶氣動平衡的結果（直接測量煤層氣初始含量幾乎是不可能的

11、）。吸附氣占8092%（表3-2），水溶氣、游離氣在低煤級煤和高煤級煤中占有較高的比例。煤層氣的三種賦存狀態(tài)往往由于鉆井和采樣過程中外界條件的改變而發(fā)生變化。所以，在測定煤樣含氣量時并不是按這三種狀態(tài)去測定的。測定含氣量時，通常只測其游離氣和吸附氣含量，且必須注意，煤層氣在地下的三種賦存狀態(tài)和樣品狀態(tài)下分別測定的階段含氣量不能等同而論。吸附氣可由等溫吸附實驗來模擬（見第四章），溶解氣可由溶解度實驗來模擬，游離氣可按理想氣體狀態(tài)方程來計算。1、溶解氣甲烷溶解度實驗表明：礦化度相同的水樣（模擬離子濃度，如NaHCO3）甲烷溶解度隨壓力增加而增大；當溫度低于80時，甲烷溶解度隨溫度的升高而降低。根據(jù)

12、不同的儲層溫度、壓力在不同礦化度系列圖上量出相應的水溶甲熔含量，建立不同儲層壓力、圖 5-3 甲烷溶解度與礦化度的關系溫度條件下，礦化度與水溶甲烷的量板（圖5-3），通過此量板可得出不同溫度、壓力和礦化度條件下的水溶甲烷含量。甲烷在煤層水中的溶解度大于去離子水中的溶解度，去離子水中的溶解度又大于相同礦化度水中的溶解度，壓力越高越明顯（表5-1），可見煤層水中的有機質隨壓力增加對甲烷具有較強的吸附作用。因此，水溶氣還應包括有機質微粒的吸附氣（不同煤級的有機質微粒的吸附能力相差很大）。煤儲層中水溶氣的含量可由煤層水樣在原位溫、壓條件下的溶解度實驗，結合煤儲層原位含水量得出。 表5-1 甲烷溶解度實

13、驗成果 單位：m3甲烷/m3水溫度/壓力/ MPa潘莊煤層氣井水樣等量礦化度水樣去離子水溶液*2051.1620.3540.827140223.8981.4631.967140364.5301.8622.945*據(jù)鄭大慶，等（1996）在100、相同壓力下去離子水溶液中溶解度的線性插值，潘莊煤層氣井水樣礦化度為1756mg/L，等量礦化度水樣是指含1756mg/L NaHCO3的水樣。2、游離氣存在于煤孔隙和裂隙空間的自由氣體，稱為游離氣。對于氣體在壓力不超過20MPa，溫度不低于20時，游離氣含量通常按理想氣體狀態(tài)方程式進行計算，即： 或 （5-5）式中，P0 、V0、T0，標準狀態(tài)下游離氣

14、壓力、游離氣體積（煤層總孔隙體積減去被水占據(jù)的孔隙體積）和絕對溫度；P 、V、T，儲層狀態(tài)下游離氣壓力、游離氣體積（可由煤巖體三軸壓縮實驗得總孔隙體積，再減去被水占據(jù)的孔隙體積或乘以含氣飽和度）和絕對溫度；，氣體密度；M，氣體的摩爾質量；R，阿佛加德羅常數(shù)。實際上氣體分子之間存在著作用力，且分子體積也不為零，按理想氣體狀態(tài)方程式進行計算可能會帶來較大誤差，由馬略特定律得： （5-6）式中；Vg換算成標準狀態(tài)后的游離氣體積；Z氣體壓縮因子（在給定溫度、壓力條件下，真實氣體所占體積和相同條件下理想氣體所占體積之比），壓縮因子是壓力和溫度的函數(shù)，即ZZ（P，T），可查表5-2得到，其它符號同前。表5

15、-2 甲烷氣體壓縮系數(shù)表甲烷壓力/MPa溫度/010203040500.11.001.041.081.121.161.201.00.971.021.061.101.141.182.00.951.001.041.081.121.163.00.920.971.021.061.101.144.00.900.951.001.041.081.125.00.870.930.981.021.061.116.00.850.900.951.001.051.107.00.830.880.930.981.041.09第二節(jié) 煤儲層圍巖物性及封蓋能力圍巖物性，包括孔隙性、滲透性和節(jié)理發(fā)育程度等特征，它們直接決定著蓋層

16、突破壓力這一重要物性，從而影響圍巖對煤儲層的封蓋性能，決定煤層氣的保存和逸散條件。圍巖的上述物性特征，與圍巖的巖石類型及其組合密切相關。即是說，對圍巖巖石類型及其組合的了解，有助于從宏觀上把握煤層氣的封蓋特征。一、煤儲層頂?shù)装宓膸r石類型煤層頂?shù)装迨欠舛旅簩託獾牡谝坏榔琳?，是煤儲層圍巖組合中最重要的巖層。其主要巖石類型有碳酸鹽巖、砂巖、泥巖、油頁巖及砂泥巖互層。1、碳酸鹽巖類型中國含煤地層碳酸鹽巖，除華北盆地本溪組有薄層白云巖以外，其余幾乎均是石灰?guī)r。灰?guī)r作為煤儲層直接頂?shù)装?，較常見于華北盆地的太原組和華南地區(qū)的合山組，主要為生物碎屑灰?guī)r。華北盆地南部的太原組灰?guī)r，約占該組垂向剖面厚度的20%4

17、0，一般分為1013層，薄者不到1 m，厚者可達18 m，分布比較穩(wěn)定；北部太原組灰?guī)r的層數(shù)明顯減少，且以泥晶致密灰?guī)r為主，除風暴滯積層外，生物碎屑含量比較低，孔隙度一般小于1.5，滲透率一般小于0.05103m2。只有在構造運動較弱的地區(qū)，溶洞、縫合線不發(fā)育的致密灰?guī)r才可形成一定的封蓋能力。含煤地層中的灰?guī)r普遍含有一定數(shù)量的生物碎屑，溶洞和縫合線一般較為發(fā)育，滲透率為1.52.5103m，普遍含水，對煤層氣的保存十分不利。一方面煤層氣通過煤儲層頂?shù)装寤規(guī)r中的孔隙和裂隙發(fā)生運移，另一方面它又被灰?guī)r中地下水徑流帶走。因此，華北盆地南部太原組灰?guī)r的封蓋能力極弱，盡管華北盆地北部灰?guī)r由于泥質含量增高

18、而封蓋能力有所增強，但華北盆地仍表現(xiàn)出太原組煤儲層含氣量一般低于山西組煤儲層的規(guī)律性。在華南地區(qū)，與灰?guī)r共生組合的合山組煤層含氣量普遍較低。在川南黔北一帶南桐礦區(qū)的紅巖礦和硯石臺礦，盡管龍?zhí)督M不含灰?guī)r，但因地層褶皺倒轉致使茅口灰?guī)r成為煤層的“頂板”，因而煤層氣大部分逸散，從而使這兩個礦成為南桐礦區(qū)僅有的未發(fā)生過瓦斯突出的礦井。豐城礦區(qū)長興組灰?guī)r是龍?zhí)督M上部C煤組的頂板，該組灰?guī)r巖溶發(fā)育，巖溶裂隙含水層含水豐富，兩者之間水力聯(lián)系密切，地下水徑流攜帶煤層氣運移出煤系，因而造成C組煤層的含氣量普遍低于下部的B組煤層。2、砂巖類型砂巖頂?shù)装?，總體上不利于煤層氣的保存，但因其成分、結構的不同及成巖后生作

19、用的差異，對于煤儲層的封蓋能力變化極大。我國含煤地層的沉積相和構造演化歷史的差異，導致我國煤儲層頂?shù)装迳皫r的巖性特征差別很大，但其結構成熟度從下石炭統(tǒng)到打新近系具有逐漸變差的趨勢。下石炭統(tǒng)到上二疊統(tǒng)煤層的頂?shù)装迳皫r，在長期成巖、后生作用中經歷了壓實、壓溶、石英次生加大、長石增生、粘土礦物重結晶、碳酸鹽交代膠結等填塞孔隙的作用，許多砂巖中原生孔隙已被全部充填。同時，砂巖中一些組分如碎屑長石、粘土基質、碳酸鹽膠結物等也經歷了溶解淋濾和溶蝕作用，形成了一定數(shù)量的次生孔隙。在華北盆地鄂爾多斯北部及西部的石炭二疊系砂巖的孔隙率大于5，滲透率超過2103m2，不僅對煤儲層毫無封蓋能力，而且還可直接作為天然

20、氣的儲層；其他地區(qū)頂?shù)装迳皫r的平均孔隙率為3.57，平均滲透率為0.56103m2。煤儲層含氣量與上覆砂巖厚度呈指數(shù)下降關系。圖5-4所示為淮北宿南向斜山西組10號煤層上覆砂巖厚度與煤層甲烷含量的關系。2圖5-43、砂泥巖互層類型細砂巖、粉砂巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖和泥巖互層，是煤層常見的頂?shù)装鍘r石組合類型。按泥巖在互層組合中所占比例可分為非均質圍巖和較均質圍巖兩類，在前者組合中泥巖所占比例小于50，在后者組合中泥巖所占比例為50%75。我國南方二疊紀含煤地層大都屬較均質圍巖類型。泥質含量通過對巖石結構的影響控制著互層類型圍巖的孔滲特征。砂泥巖互層組合中泥質含量增加，最大孔隙直徑和優(yōu)勢孔徑減

21、小，突破壓力隨之增大。顯然，較均質圍巖的封蓋能力相對強于非均質圍巖，在其他條件的有利配合下可對煤儲層起到一定程度的封蓋作用。4、 泥巖類型泥巖是碎屑海岸相和湖泊相成因煤層的常見頂?shù)装鍘r石類型，在區(qū)域上往往具有一定的穩(wěn)定性和連續(xù)性，故又被稱為區(qū)域性蓋層。在裂隙不發(fā)育的情況下，泥巖是非滲透性蓋層，有極好的封蓋能力。泥巖的物性與其成巖演化階段和埋深有關，隨著其成巖程度加深和埋深的增大，塑性降低，脆性增強，裂隙發(fā)育程度增大，封蓋能力有所減弱（表5-3）。泥巖的封蓋能力還與粘土礦物的組成密切相關。以高嶺石或伊利石為主的泥巖，吸水膨脹性和可塑性較高，其封蓋能力較強。例如，峰峰、開灤等礦區(qū)在鉆孔鉆至鋁土泥巖

22、（高嶺石泥巖）時常見氣體顯示，鋁土泥巖對于煤層的良好封蓋作用是其重要的原因。當綠泥石含量增高時，泥巖脆性變大，封蓋能力變差。在我國近海相含煤地層中，泥巖大多含有綠泥石，在陸相含煤地層中則以高嶺石泥巖為主。因此，華北盆地太原組和華南地區(qū)龍?zhí)督M泥巖的封蓋能力要弱于華北盆地山西組，而華北盆地的下石盒子組泥巖的封蓋能力則進一步強于上述三組。表5-3 泥巖封蓋能力與煤化作用階段的關系煤化作用階段泥巖成巖特征及封蓋能力褐煤塑性強，無張開的裂隙，為非滲透性蓋層長焰煤塑性減弱，脆性增強，但仍為非滲透性蓋層氣煤肥煤形成張開裂隙，導致巖石封蓋能力有所降低，但巖石發(fā)生一定膨脹可使部分裂隙閉合，有利于保持封蓋能力焦煤

23、不膨脹，張開裂隙較為發(fā)育，封蓋性能明顯降低瘦煤無煙煤脆性較大，張開裂隙較為發(fā)育，封蓋能力進一步降低5、油頁巖類型油頁巖致密度高、韌性大、裂隙不發(fā)育，含油率和水分含量高，其孔隙率低、滲透率小，是煤儲層最理想的封蓋層。我國含煤地層中的油頁巖多見于西北、東北、兩廣和云南等地區(qū)的中新生代小型盆地，分布局限，不具普遍意義。在撫順礦區(qū)，油頁巖直接覆蓋于煤層之上，其孔隙率為3.09%6.07%，平均含油率達5%6%，水和油充填了孔隙空間，致使巖石滲透率很低（10-8103m2級），突破壓力大（6 MPa），對下伏煤儲層具有良好的封蓋作用。盡管撫順新近系煤的煤級為長焰煤至氣煤，但其甲烷平均含量卻達到9.83

24、m3/t。二、圍巖的封蓋能力圍巖封蓋能力與圍巖的巖性、韌性、厚度、連續(xù)性及埋深有關。從巖性來說，圍巖的封蓋能力隨碎屑含量減少、顆粒變細和泥質含量增高而增強。由此可知，由砂巖、碳酸鹽巖、砂泥巖互層組合、泥巖、煤層到油頁巖，其封蓋能力依次增強。泥質巖類具有一定的韌性，在構造變形過程中產生較少的裂隙，封蓋能力較強。此外，致密巖層越厚、連續(xù)性越穩(wěn)定，封蓋能力越強。據(jù)淮北礦區(qū)統(tǒng)計資料：頂板為砂巖的煤儲層，其甲烷含量最高不超過6 m3/t（daf）；頂板為粉砂巖的煤儲層，甲烷含量最高不超過10m3/t（daf）；凡甲烷含量大于10m3/t（daf）的煤儲層，其頂板幾乎均為泥巖（圖5-4）。表5-4 圍巖的

25、封閉類型 （轉引自龐雄奇等，1993）封蓋類型封蓋機理圍巖類型薄膜封閉毛細管壓力封閉泥巖、油頁巖、部分致密灰?guī)r和砂巖水力封閉孔隙流體壓力和毛細管壓力封閉含水泥巖、含液態(tài)烴油頁巖壓力封閉厚層泥巖欠壓實造成流體排出不暢，導致地層壓力異常增高巨厚泥巖濃度封閉圍巖本身的生烴強度能阻止煤層氣的擴散作用油頁巖、碳質泥巖三、圍巖的封閉機理圍巖的封閉機理，可以分為薄膜封閉、水力封閉、壓力封閉和濃度封閉幾種類型（表5-4）。煤層氣聚集是煤層氣不斷散失與深部煤層氣補給并在某種程度上達到相對平衡的結果，擴散作用只要存在濃度差就能發(fā)生，擴散作用在煤化作用的各個階段始終存在。煤層氣通過圍巖的擴散作用大于補給作用，則煤儲

26、層氣體不飽和。圍巖的厚度和質量是影響煤層氣逸散和聚集的重要因素。在我國，除局部地區(qū)存在油頁巖或厚層碳質泥巖的濃度封閉使煤儲層基本上處于飽和狀態(tài)之外，大多數(shù)地區(qū)煤層氣均不同程度地向圍巖擴散，煤儲層含氣飽和度普遍較低。第三節(jié) 控氣地質因素煤層氣富集的必要前提是生成、儲集、封蓋、保存等方面條件及其動態(tài)發(fā)展過程的有利配置，是構造因素控制之下諸多地質因素綜合作用的結果。探討有關地質因素的控氣作用特征，分析控氣因素制約下的煤層氣聚集規(guī)律，有利于煤層氣區(qū)帶的評價和優(yōu)選，并能為煤層氣資源勘探開發(fā)部署提供決策依據(jù)。一、煤級控氣煤層含氣量隨煤級的增加呈現(xiàn)出急劇增高緩慢增高急劇增高急劇降低的階段性演化特征，某一煤級

27、階段最高含氣量的連線附近的礦區(qū)或井田均為煤儲層封蓋條件極好或煤儲層滲透率極差的地區(qū)（圖5-5）。第一階段終止于鏡質組最大反射率1.3%處附近，相當于褐煤至焦煤初期階段，最大含氣量隨煤級的增高而呈線性急劇增大，最大含氣量在褐煤階段不超過6m3/t，在氣煤階段不超過11m3/t，在肥煤階段小于15m3/t。第二階段介于鏡質組最大反射率為1.3%2.8%之間，包括焦煤、瘦煤、貧煤和無煙煤初期階段，隨煤級增高，最大圖5-5 中國煤層含氣量隨煤級的演化趨勢圖(每一數(shù)據(jù)點代表一個礦區(qū)或井田的平均值，據(jù)秦勇等，1999)含氣量從18m3/t緩慢增至20m3/t左右。第三階段為無煙煤早期階段，介于鏡質組最大反

28、射率為2.8%3.5%之間，統(tǒng)計單元煤層最大含氣量急劇增至25m3/t以上。第四階段的鏡質組最大反射率大于3.5%，包括無煙煤的中后期階段，最大含氣量隨煤級的增高而急劇降低，在鏡質組最大反射率5.0%左右處降至4m3/t以下，在鏡質組最大反射率6%左右朗氏體積接近于零，反射率大于7%的煤層中幾乎沒有甲烷存在。煤層含氣量階段性演化與煤化作用的階段性和躍變性高度一致，也與煤吸附性的演化特征密切相關，揭示出煤化作用機理對煤層含氣性具有重要的控制作用。在褐煤至焦煤初期階段，煤中水分顯著減少，大分子基本結構單元邊基側鏈不斷脫落生成油氣，煤中微孔增多和孔比表面積不斷增大，煤對甲烷的吸附性增強，特別是早期未

29、被甲烷充滿的孔隙空間由于生氣量的增大而被快速充填，從而導致該階段煤層含氣量急劇增大。在鏡質組最大反射率為1.3%處附近，煤化作用出現(xiàn)第二次躍變，沉積有機質的生油階段結束、進入熱裂解氣生成階段，鏡質組的物理化學特性發(fā)生轉換或轉折，濕潤熱、內在水分、芳香性大分子環(huán)縮合度等達到極小值。隨煤級進一步增高，大分子基本結構單元甲基側鏈及先期生成并充填在煤孔隙中的石油發(fā)生熱裂解，孔隙率、總孔容、微孔孔容、孔比表面積等繼續(xù)增大，生氣作用和吸附性進一步增強，但由于含氣量的增高主要依賴于新生成孔隙增大的空間，而使得含氣量的增高速率變緩。在鏡質組最大反射率為2.7%和3.7%處附近，分別發(fā)生第三次和第四次煤化作用躍

30、變，前者以甲基大量脫落和大分子結構有序化程度明顯增強為特征，后者則表現(xiàn)為孔隙率、孔容、孔比表面積、基本結構單元延展度和堆砌度等達到極大值。在這兩次煤化作用躍變之間，物理和化學性質上的演化導致在甲烷不斷生成的同時煤的孔隙空間和吸附性極度增強而使含氣量急劇增高。在第四次煤化作用躍變之后，沉積有機質的生氣作用基本停止，由于大分子化學結構的調整使得鏡質組的孔隙率、總孔容、微孔孔容、孔比表面積等顯著變少，氣源消失，儲集空間減小，先期儲集于煤中的甲烷在煤化熱力作用下大量逸散，致使含氣量急劇降低。在鏡質組最大反射率為6.0%附近，鏡質組化學結構再次發(fā)生重大調整，大分子定向性極度增強，內在水分從增大變?yōu)闇p小的

31、現(xiàn)象暗示吸附熱開始急劇降低。京西無煙煤（鏡質組最大反射率為7.0%）的朗氏體積變?yōu)榱?，表明對甲烷的吸附能力趨于消失。綜上所述，褐煤焦煤初期階段，煤層含氣量的急劇增高主要依賴于煤中微孔的增多、孔比表面積的加大和生氣量的增高；焦煤無煙煤初期階段，含氣量僅緩慢增高的主要原因是新生成孔隙增大的空間有限；而無煙煤早期階段含氣量的再度急劇增高，則是起因于在甲烷不斷生成的同時煤中孔隙空間明顯增多和吸附性極度增強；無煙煤中后期階段，含氣量的急劇降低則是生氣作用停止、鏡質組化學結構再次發(fā)生重大調整而導致吸附能力趨于消失的結果。從更寬的演化角度來看，以鏡質組最大反射率4%為分劃性界線，煤化作用早中期為“煤層氣生成

32、吸附性增強煤層氣儲集”階段，煤化作用后期則為“生成作用停止吸附性消失煤層氣殘留或逸散”階段，這是鏡質組反射率大于5.0%的地區(qū)煤層含氣量極低的根本性地質原因。二、構造類型控氣不同類型的地質構造，在其形成過程中構造應力場特征及其內部應力分布狀況的不同，均會導致煤儲層和封蓋層的產狀、結構、物性、裂隙發(fā)育狀況及地下水徑流條件等出現(xiàn)差異并進而影響到煤儲層的含氣特性。根據(jù)形態(tài)和動力學特征，與煤層氣有關的構造可歸納為向斜構造、背斜構造、褶皺逆沖推覆構造和伸展構造四個大類。在此基礎上，考慮構造形態(tài)和不同類型構造的組合關系，并結合斷層運動學特征可進一步總結出10種基本構造類型以及與其相應的14種構造形態(tài)。1、

33、向斜構造該大類包括寬緩向斜和不對稱向斜兩種構造類型，每種類型依據(jù)與斷層類型的組合關系又可各分為兩種情況（圖5-6）。單純從構造角度來看：向斜兩翼地層傾角越大，張性斷裂越發(fā)育，煤層氣就越易逸散；反之，兩翼傾角越緩，斷裂不發(fā)育或發(fā)育逆斷層，就越有利于煤層氣的保存。因此，斷層不甚發(fā)育的向斜（特別是寬緩向斜）、兩翼發(fā)育逆斷層的寬緩向圖5-6 褶皺構造控氣特征（據(jù)葉建平，1998）斜和有逆斷層發(fā)育的不對稱向斜陡翼，煤層氣的保存條件在總體上比較好。在大型寬緩向斜中，由于兩翼有縱向正斷層和次級褶曲發(fā)育，煤層氣易于順兩翼斷層和次級背斜頂部裂隙運移逸散，故含氣性最好的地段往往位于向斜的仰起端和次級向斜部位，沁水

34、大型寬緩向斜就屬于這種情況。但是，如果向斜中存在一個完整的地下水補給排泄系統(tǒng)，即地下水由一翼露頭處補給而由另一翼露頭處排泄，則地下水補給翼的煤層含氣性往往相對較好，如開平向斜。2、褶皺逆沖推覆構造該大類又分為褶皺推覆和逆沖推覆兩種基本類型（圖5-7），其共同特征是有較大規(guī)模的推覆體發(fā)育。褶皺推覆構造與陡翼發(fā)育逆斷層的不對稱向斜具有相似之處，二者形成于相近的構造動力學機制，均是在擠壓應力作用下形成的，有利于煤層氣的保存；其不同之處在于，褶皺推覆構造中逆斷層面的傾角極緩，呈波狀起伏，上盤逆沖巖席規(guī)模往往較大，對推覆體下伏地層和煤層的構造破壞作用更為強烈。褶皺推覆通常與強烈褶皺伴生，逆沖推覆則只是構

35、造相對簡單的巖席推覆和逆沖。因此，褶皺推覆構造一方面既可形成區(qū)域性封蓋的構造條件而有利于煤層氣保存，另一方面又強烈破壞了煤層的原生結構而使煤儲層滲透性降低，從而導致煤儲層含氣量較高而物性較差，例如豫西、淮南、大青山等礦區(qū)的某些地段。逆沖推覆構造共生于單斜構造背景，逆沖斷層面同樣是阻隔煤層氣逸散的良好構造界面，有利于煤層氣的大面積保存。在某些情況下，褶皺逆斷層與褶皺逆沖推覆構造共生，致使控氣構造背景復雜化，如鄂爾多斯盆地西部。圖5-7 斷裂構造類型及其控氣特征（據(jù)葉建平，1998）3、伸展構造該大類包括單斜斷塊、斷陷盆地和滑動構造三種基本類型（圖5-7）。它們均為拉張構造應力作用的產物，但由于發(fā)

36、育的地質時期不同和運動學特征的差異，對煤層氣保存條件影響的特征和程度亦有所不同。我國斷陷型含煤盆地多形成于中新生代，同沉積盆緣斷裂的發(fā)育往往導致煤層本身及上覆地層厚度巨大，其特點是以高角度正斷層為主體,大都呈在斷裂基礎上發(fā)育起來的地壘、地塹、半地塹和復式斷陷盆地等組合形式。其在總體上是煤層氣富集區(qū)，但煤層氣賦存存在不均一性，煤層的連續(xù)性很差，構造簡單的塊段面積小，而使單井有效抽排面積小，如阜新、撫順、鶴崗、雞西、雙鴨山等礦區(qū)。單斜斷塊大都發(fā)育在大型盆地邊緣或大型隆起區(qū)外緣地帶，斷塊之間發(fā)育高角度張性正斷層，破壞了煤儲層的連續(xù)性，煤層氣沿斷層大量逸散，或使含氣性整體變差（如蘇北地區(qū)），或造成含氣

37、性區(qū)域分布具極大的不均一性（如太行山東麓各礦區(qū)）?；瑒訕嬙煊职ㄉ煺够摵椭亓瑒觾煞N形式，變形強度相對較低但剪切應變作用較強，作用于滑動面下伏煤層或有關地層的是壓剪性構造應力機制。如果滑動面發(fā)育在煤層頂板附近或煤層之中，則可導致構造巖或構造煤發(fā)育，在增進封蓋能力的同時幾乎毫無例外地造成煤儲層滲透性變差，豫西的大部分礦區(qū)、漣邵礦區(qū)等均屬此種類型；而滑動面若遠離煤層，則對煤層氣保存條件沒有直接的影響。三、沉積作用的控氣特征聚煤特征、含煤巖系的巖性、巖相組成及其空間組合均受控于沉積環(huán)境?；谶@種因果關系，沉積作用便在很大程度上決定煤層氣生成的物質基礎以及煤儲層、蓋層的幾何特征和物性，并通過煤層與圍

38、巖之間的組合關系影響到煤層氣的保存條件。沉積體系研究應用于石油和常規(guī)天然氣儲蓋特征的歷史由來已久，煤田地質工作中在含煤性預測方面也有成功應用的經驗。形成于一定沉積體系中的煤系具有一定的煤儲層與蓋層組合關系，不同組合中圍巖的巖性差異對于煤儲層的封蓋潛勢的影響亦有所不同。因此，借鑒含煤沉積研究的有關成果，結合煤層氣地質的具體特征，有可能對煤儲層圍巖的封蓋潛勢進行區(qū)域性預測。含煤地層發(fā)育于克拉通內部盆地、陸內坳陷盆地和裂谷型盆地，沉積體系有淺海障壁海岸、淺海無障壁海岸、三角洲、河流、湖泊和沖積扇六種。在不同的沉積體系中，煤層賦存于成因地層單元（旋回）中的不同位置，與頂板甚至頂板之上一定距離內的圍巖構

39、成各式各樣的組合關系，形成了在區(qū)域上具有一定展布規(guī)律的儲蓋組合的六種基本成因類型（表5-5）。1、淺海障壁海岸沉積體系成因地層單元主要由臺地、障壁島、瀉湖、潮坪相的碳酸鹽巖、中細粒碎屑巖和泥巖組成。根據(jù)作用營力，可進一步分為以潮汐作用為主的潮坪型和以波浪作用為主的濱海平原型。潮坪型見于華北盆地的下二疊統(tǒng)山西組、華南地區(qū)的下石炭統(tǒng)測水組和上二疊統(tǒng)龍?zhí)督M以及東北三江穆棱河平原的下白堊統(tǒng)城子河組。旋回結構多較完整，煤層位于單元的中部或上部，發(fā)育于潮坪或潮上坪環(huán)境，頂、底板往往均為沼澤相或潮坪相泥巖和粉砂質泥巖，因此對煤儲層的封蓋能力較強。2、淺海無障壁海岸體系成因地層單元由局限海臺地相碳酸鹽巖、沼澤

40、相泥巖和泥炭沼澤相煤組成，在旋回完整的情況下煤層上覆沼澤相泥巖。但是，在多數(shù)情況下由于海侵作用的影響，臺地相碳酸鹽巖往往與煤層直接接觸、形成煤儲層的直接頂板，從而導致封蓋條件極度惡化、封蓋能力變差，如華北部分地區(qū)的太原組、華南桂中和桂北的合山組等。同時，煤儲層底部的沼澤相泥巖一般較薄，亦無法有效地阻隔煤儲層與下伏臺地相灰?guī)r含水層之間的水力聯(lián)系，致使圍巖條件進一步變差。3、近海三角洲體系近海三角洲體系是華北山西組、華北南部上、下石盒子組、華南滇東黔西和湘南龍?zhí)督M等的主要沉積體系。三角洲平原和分流間灣是重要的聚煤場所，煤儲層連續(xù)性沿沉積傾向較好、平行于走向變差。其成因地層單元具有逆粒序正粒序的垂向

41、組合層序，中下部為前三角洲相泥巖或粉砂質泥巖以及巨厚的三角洲前緣相砂巖，煤層位于單元上部或頂部，上覆沼澤相或瀉湖海灣相泥巖，因此封蓋的沉積條件較好。在部分地段，煤層被分流河道、決口扇砂巖覆蓋，圍巖的透氣性增高而使封蓋能力變弱。表5-5 煤層氣儲蓋組合的基本類型及其主要特征沉積體系儲 蓋 組 合 巖 相 巖 性 特 征封蓋能力巖相組合巖性組合煤層在組合中的位置淺海障壁海岸臺地相沙壩相障壁島瀉湖相潮坪相沼澤相泥炭沼澤相瀉湖相碳酸鹽巖細砂巖粉砂巖或泥巖泥巖或碳質泥巖煤泥巖或粉砂質泥巖中部或上部完整，強淺海無障壁海岸臺地相瀉湖或潮坪相沼澤相泥炭沼澤相臺地相碳酸鹽巖粉砂巖或泥巖泥巖或碳質泥巖煤碳酸巖鹽中

42、部或上部完整，弱三 角 洲前三角洲相三角洲前緣相三角洲平原相（分流河道相/沼澤相/泥炭沼澤相/分流河道相）泥巖或粉砂質泥巖砂巖泥巖或粉砂質泥巖或砂巖煤泥巖或粉砂質泥巖或砂巖上部或頂部較強或弱河流河床相河漫相泥炭沼澤相沼澤相砂巖砂質泥巖或泥巖煤砂質泥巖或泥巖上部完整，較弱河床相河漫相泥炭沼澤相河床相砂巖砂質泥巖或泥巖煤砂巖頂部不完整，弱湖泊濱湖三角洲或淺湖或濱湖相沼澤相泥炭沼澤相沼澤相或深湖相細砂巖或粉砂巖或粉砂質泥巖泥巖或粉砂質泥巖煤泥巖或粉砂質泥巖或油頁巖上部或頂部強或極強沖 積 扇扇頂相扇中相扇尾相礫巖或砂巖(碳質泥巖)煤（砂質泥巖或砂巖或礫巖）上部或頂部較弱或弱4、河流體系聚煤作用發(fā)生在

43、河流沖積平原上。其成因地層單元具有雙層結構特征，下層結構為厚度較大的河床相砂巖和砂礫巖，上層結構由河漫相和沼澤相的細粒沉積、泥炭沼澤相的煤層及洪水成因的天然堤相、決口扇相砂巖和粉砂巖等組成，有時煤層被湖相泥巖直接覆蓋，煤層位于單元的上部或頂部。如果單元結構完整，則煤層為細粒碎屑沉積覆蓋，封蓋條件較好；若河道發(fā)生決口或側向遷移，一方面沖刷作用使煤儲層變薄甚至缺失，河道相或決口扇相粗中粒砂巖往往形成煤儲層的直接頂板，為煤層氣垂向運移提供了通道，另一方面使煤層與河道相粗中粒砂體側向相連，造成煤層氣側向運移散失，對煤層氣的保存十分不利。這種情況較常見于四川盆地上三疊統(tǒng)須家河組、華北（特別是中部和北部）

44、山西組、上、下石盒子組以及我國中、新生代煤系地層。5、湖泊體系沉積相帶往往呈環(huán)帶狀展布，湖泊三角洲和濱湖平原是聚煤作用最有利的場所，煤層由陸向湖方向變薄、分岔和尖滅。成因地層單元的下、中部由淺湖相、濱湖相或濱湖三角洲相的中細粒沉積組成，往上發(fā)育沼澤相泥巖或碳質泥巖及泥炭沼澤相煤層，煤層頂板多為沼澤相或湖相細粒沉積，對煤儲層的封蓋能力較強，如鄂爾多斯盆地上三疊統(tǒng)含煤地層。在我國某些中、新生代小中型陸相盆地中，深湖相巨厚油頁巖直接覆蓋于煤層之上或與煤層過渡，一方面形成封蓋能力極強的煤層頂板，另一方面由油頁巖生成的天然氣往往輸入煤層而成為煤層氣的氣源之一，如西北民和（窯街）、東北撫順、沈北、華北黃縣

45、等盆地。6、沖積扇體系沖積扇體系是斷陷聚煤盆地的重要沉積特征，在某些中大型坳陷型聚煤盆地邊緣也極為發(fā)育。前者如東北早白堊世的斷陷盆地，沖積扇在空間上與湖泊相急劇過渡，兩者沉積呈舌狀交互；后者如華北晚古生代的盆地北緣、西北準噶爾早中侏羅世盆地的周緣等，沖積扇沿下傾方向過渡為河流體系。扇頂區(qū)為含礫粗砂巖沉積，扇中區(qū)朵體之間、廢棄扇體間灣地帶和扇尾區(qū)（沖積扇前緣）是聚煤場所。煤層沿傾向方向連續(xù)性較好，但分岔十分普遍，在垂向上由細粗碎屑巖夾煤層組成，煤層氣向上、向下都有便利的運移通道，圍巖的封蓋能力在總體上極差。四、煤層厚度控氣作用煤儲層的幾何特征，系指煤層在三維空間的展布形式，包括煤層厚度、煤層穩(wěn)定

46、性、煤層結構等。這些特征對煤儲層含氣性和物性有一定影響，同樣是控氣系統(tǒng)中的重要地質因素。煤層氣的逸散以擴散方式為主，空間兩點之間的濃度差是其擴散的主要動力。根據(jù)費克定律和質量平衡原理建立的煤層甲烷擴散數(shù)學模型可知，在其他初始條件相似的情況下，煤儲層厚度越大，達到中值濃度或者擴散終止所需要的時間就越長（韋重韜，1998）。進一步分析可知，煤儲層本身就是一種高度致密的低滲透性巖層，上部分層和下部分層對中部分層有強烈的封蓋作用，煤儲層厚度越大，中部分層中煤層氣向頂?shù)装鍞U散的路徑就越長，擴散阻力就越大，對煤層氣的保存就越有利，這也許就是一些地區(qū)煤厚與含氣量之間具有正相關趨勢的根本原因。五、水文地質控氣

47、特征水文地質是影響煤層氣賦存的一個重要因素。煤層氣以吸附狀態(tài)賦存于煤的孔隙中，地層壓力通過煤中水分對煤層氣起封閉作用。因此，水文地質條件對煤層氣保存、運移影響很大，對煤層氣的開采至關重要。水文地質的控氣特征可概括為三種作用：一是水力運移逸散控氣作用；二是水力封閉控氣作用；三是水力封堵控氣作用。其中，第一種作用導致煤層氣散失，后兩種作用則有利于煤層氣保存。1、水力運移逸散控氣作用水力運移逸散控氣作用常見于斷層發(fā)育地區(qū)。其斷層呈導水性質，通過導水斷層或裂隙而溝通煤層與含水層。水文地質單元的補、徑、排系統(tǒng)完整，若含水層富水性好、水動力強、含水層與煤層水力聯(lián)系較好，則地下水在運動過程中攜帶煤層中氣體運

48、移而逸散（圖5-8）。與煤層有水力聯(lián)系的含水層，包括煤系灰?guī)r巖溶裂隙含水層、砂巖孔裂隙含水層、基巖孔裂隙含水層和第四系松散孔隙含水層。圖5-8（據(jù)葉建平，1998）開平向斜為一不對稱向斜，西北翼陡，東南翼緩，向斜軸面向北西傾斜，兩翼巖層露頭為西北翼高而東南翼低，新生界松散含水層厚600余米，含水豐富，滲透性好，其單位涌水量北部為311L/s.m，南部為0.2861.704L/s.m，滲透系數(shù)為0.89620.626m/d，礦化度為290.0386.0mg/L，水化學類型為HCO3CaMg型。新生界松散含水層直接覆蓋于煤系之上，與煤系的主要含水層相接觸。即12煤以下砂巖和5煤以上砂巖裂隙含水層。

49、而該含水層在西北翼接受新生界松散含水層地下水補給，然后向東南方向流動，又補給東南翼新生界松散含水層形成其較完整的補、徑、排條件（圖5-9）。在向斜東南翼煤層氣的運移方向與地下水的流動方向相同，地下水的流動一方面對煤層氣在靜壓力作用下向上的移動提供動力，加快運移速度，另一方面在流動過程中又可攜帶溶解的部分煤層氣，至淺部逸散。這是造成開平向斜東南翼煤層含氣量低的主要原因之一。2、水力封閉控氣作用水力封閉控氣作用常發(fā)生在構造簡單的寬緩向斜或單斜中，其斷裂不甚發(fā)育，且斷裂構造多為不導水斷裂，特別是一些邊界斷層，多具有擠壓、逆掩性質而成為隔水邊界。煤系上部和下部存在良好的隔水層，或者說，煤系含水層與上覆

50、第四系松散含水層、下伏灰?guī)r巖溶裂隙含水層并無水力聯(lián)系，區(qū)域水文地質條件相對簡單。煤層直接充水含水層即是煤系中砂巖裂隙含水層。砂巖裂隙含水層含水性微弱，滲透系數(shù)低，地下水徑流緩慢甚至停滯。含水層補給只限于淺部露頭的大氣降水，補給量小。地下水以靜水壓力、重力驅動圖5-9方式流動。地下水呈封閉狀態(tài)，對煤層氣有封隔作用。煤層氣受水力封閉作用而富集，煤層含氣量較高。3、水力封堵控氣作用當煤儲層和煤系圍巖含水層地下水流向與煤層氣運移方向相反時，地下水的流動一方面可以對煤層甲烷在靜壓力作用下順層向淺部的運移產生一定的阻力，減緩煤層氣的運移速度。另一方面又可攜帶在流動過程中溶解的部分煤層氣向深部聚集，因而有利

51、于煤層氣富集。水力封堵控氣作用常見于不對稱向斜或單斜中。含水層從露頭接受補給，地下水順層由淺部向深部運動，將煤層中向上擴散的氣體封堵，致使煤層氣聚集。如開平向斜新生界松散含水層接受大氣降水和地表逕流補給后，把充足的水量從西北翼的巖層隱伏露頭區(qū)補給石炭、二疊系和奧陶系地層，接受補給后的煤儲層地下水順層向深部流動，而煤儲層中的甲烷則是由深部高壓區(qū)順層沿兩翼巖層向上運移，具體在西北翼是逆傾向向北西方向運移，至使地下水的流動方向與煤層氣的運移方向相反，地下水的流動一方面對煤層氣在靜壓力作用下向上的移動產生阻力，減緩運移速度，另一方面又可攜帶在流動過程中溶解的部分煤層氣，至深部隨壓力的增大，吸附能力增強

52、，使煤層氣富集（圖5-9）。這是造成開平向斜西北翼馬家溝等井田含氣量高的主要原因之一。水力運移逸散控氣作用貫穿于煤層氣演化史的全過程，尤其在生物氣階段、地層抬升階段更為突出，現(xiàn)代水動力運移逸散控氣作用分布于盆地邊緣或基巖埋藏較淺地區(qū)；水力封堵控氣作用分布于盆地斜坡地帶；水力封閉控氣作用分布于盆地中心。對于一個沉積盆地而言，從盆緣到盆地中心地下水徑流能力由強到弱，可相應劃分為“強徑流”、“緩流”和“滯流”三種控氣類型。強徑流型控氣作用對煤層氣的保存不利；緩流型控氣作用對煤層氣的保存較為有利；滯流型控氣作用對煤層氣的保存十分有利。第四節(jié) 煤層含氣性的預測方法未采動區(qū)（原位煤層）與采動影響區(qū)影響煤層

53、含氣量的因素不同，其預測方法也不一樣。一、原位煤層含氣量預測煤儲層原位含氣量大多依靠煤田地質勘探實測的集氣法資料、MT77-84解吸法資料（真空罐資料均不采用），一般將集氣法數(shù)據(jù)乘以一個系數(shù)（通常采用1.2）換算成MT77-84解吸法資料，有時也用礦井相對瓦斯涌出量乘以一個系數(shù)（通常采用1/3），少數(shù)到井下用瓦斯罐采樣進行實測。煤層氣井大多采用美國礦業(yè)局的直接法或“史威法”，石油系統(tǒng)也進行過保壓取芯嘗試，但沒有在全國推廣應用。1、含氣梯度法 含氣梯度法主要適用于同一構造單元中的深部外推預測區(qū)，或不同構造單元中基本條件相近的預測區(qū)，是可靠程度較高且應用最廣的預測方法之一。其理論基礎為：在構造相對

54、簡單的賦煤塊段，在一定的埋深范圍內，煤層含氣量主要受煤層埋深所控制。因此，含氣梯度法應用的前提條件為：1）同一構造單元中已有淺部勘探區(qū)含氣性資料的深部地區(qū)；2）煤級受埋深控制，煤級相當或變幅較?。?）勘探區(qū)含氣性資料較為豐富，含氣梯度明顯或埋深與煤層氣含量關系離散性較小；4）適用深度：前蘇聯(lián)有關學者認為增加的止深在甲烷風氧化帶下500700米，英國斯克頓煤田將這一界線定在800900米，我國張新民等認為這一界線大致由地表（古地表）起算的垂深在8001000米之間。傅雪海等研究表明，煤層氣含量隨深度增加的幅度和止深受煤變質作用的方式和煤變質作用程度的影響，對于只有深成變質作用，且變質作用程度較低

55、 的煤級而言，煤層氣含量隨深度增加的止深可達煤層風氧化帶下1500米。2、壓力吸附曲線法壓力吸附曲線法預測煤層含氣量的理論基礎為：煤儲層含氣性取決于煤巖體的吸附能力和含氣飽和度，即含氣量理論吸附量含氣飽和度。煤巖體的吸附能力又是煤儲層壓力和溫度的函數(shù)，溫度相差不大的情況下，與煤儲層壓力關系密切，其關系可由等溫吸附實驗得到，理論吸附量可以由朗格繆爾方程求得；煤儲層壓力由試井測試的壓力梯度或直接由水頭高度來估算；含氣飽和度根據(jù)淺部煤層實測飽和度或煤儲層成藏條件來估算。3、煤質灰分含氣量類比法 對于已知煤級和煤巖、煤質的預測區(qū)，可以應用該方法，其理論基礎是煤層含氣量受煤級和煤巖組分、灰分等控制。因此，應用該方法的前提條件是預測區(qū)煤級、煤巖特征與參照區(qū)可以類比，沒有含氣梯度數(shù)據(jù)可以考慮，才使用煤質灰分含氣量類比法。4、 測井曲線法 Mullen等（1989）采用體積密度法，即利用能譜密度測井曲線與附近已測量過灰分和含氣量的煤