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【摘 要】 本文结合刘家—王营区煤层气调查实践，就其煤层气蕴藏特征进行了综合研究，地质构造控制煤层、构造发育情况、盖层的有效性、岩浆活动、该区气体混合物成分情况和水文地质情况进行了论述。提出了建议加大力度研究该区的煤层气勘探和开发的建议。
【关键词】 刘家—王营区;煤层气;蕴藏特征研究
引言：
在含煤岩系（简称煤系）形成与演化过程中，煤系地层（包括煤层和岩层）里的有机质产出以甲烷为主的天然气，被称为“煤型气coal-type gas”，或称“煤成气coal generated gas”。世界上很多常规天然气气藏的气源被论证为“煤成（型）气”。煤型气属腐殖型气，其成分以甲烷为主。自上世纪70年代美国开始“煤层气地面开发”试验，取得商业化开发成功。煤层气作为一个新型、潜在的能源已被世界各国所关注，我国自20世纪90年代中期开始对煤层气的研究并在山西晋城辽宁铁法、阜新等地进行了煤层气勘探工作.
1.地质构造特征及煤层
阜新盆地位于新华复系第三沉降带与天山—阴山东西复合构造带、赤峰～铁岭断隆带交接部位。属中生代陆相断陷型沉积盆地。刘家—王营区位于阜新盆地中部主要为北东一北北东向斜构造，西北翼略陡，倾角8～20。东南翼较缓，倾角5～12。该向斜纵贯全区，为其轴部在工作区西部抬起，向东倾伏在西部被平安F2号断层切割。刘家区向斜两翼倾角较缓，向斜影响宽度较大，从而形成向斜覆盖大部分区域的格局。这一向斜构造为煤层气的赋存储集创造了有利的条件。向斜构成的岩层应力分布状态，呈上部岩层为压应力，下部岩层为张应力的状态。这样煤岩层由于张应力作用，使割理、节理、微孔隙得以扩张，形成良好的煤层气储集空间，空间的扩大降低了解吸压力，也有助于煤层中吸附气的吸出，有利于煤层气的产出。全区发育五大煤层群，其中三大主要煤层群。自上而下为：孙本煤层群、中间煤层群、太平煤层群。这三大层群也是研究区煤层气地面开发的目标层。
2.构造发育
王营矿与刘家区平西F2断层划界，它是影响该区煤层气开发井网布和区块划分的断裂构造在长期的地质演化中，构造应力使原来的张性转为压性、压扭性，断层带内充填有较宽的糜棱岩化带、断层泥砾岩带，呈现出挤压作用下的闭合状态从而对煤层气顺层运移起到阻隔作用也阻止煤层气向外运移。
3.盖层的有效性
盖层的封存能力只是相对的，较高的排替压力如果遇到更高的储层压力，便可能成为无效盖层较低的排替压力如果遇到更低的储层压力则可能是有效盖层要形成有效盖层，要求这些碎屑岩较高的排替压和较低的储层压力。经研究，有效盖层最好是泥质岩盖层。盖层划分为屏蔽层、半屏蔽层和透气层阜新盆地阜新组盖层为阜新组上部砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩，属于半屏蔽层，导致阜新组的煤层气散失较多，所以煤储集层的煤层气含量在8.72—10.17m3/t，未能形成异常高压储集层，属于中等气含量、正常储集层压力煤层。另外，阜新组下部和上部均为孔渗性较好的砂岩储集层，在适合的条件下能够形成良好的圈闭，捕获一定量的煤成气。[1]
4.岩浆活动
阜新盆地岩浆岩有喷出岩和侵入岩两种，喷出岩主要是义县组火山岩。侵入岩只有辉绿岩一种，为古近纪喜马拉雅期产物。辉绿岩对各井田的煤层均有一定破坏作用，同时它也对煤层气的蕴藏的形成起着非常积极的作用，阜新盆地内第三纪喜马拉雅期岩浆侵入活安、五龙、王营等矿区深部侵入岩体更为发育，并且地表也有出露。该区侵入岩体的岩性属辉绿岩等基性岩，产状以岩墙、岩床多见，（见图1）其中岩墙走向多为NEE至近EW向，岩墙分布的方向性表明其成因明显受NEE至近EW向张扭性断裂构造薄弱带控制，形成许多正断裂和煤层中的裂隙系统，所以第三纪辉绿岩沿断裂及裂隙侵入形成侵入体，以岩床、岩墙产出极其发育。辉绿岩侵入煤层，對煤层产生了较大的影响，由于煤层属低孔隙、低渗透的物性特征，煤层气主要是以吸附状态赋存于煤孔隙的内表面上，约占90%左右，少量以游离状态存在于煤的孔隙和割理中。由于辉绿岩的侵入，岩体烘烤和动力作用，改变了煤层的结构与构造。如辉绿岩墙向两侧依次形成天然焦、高变质煤、多节理煤和正常煤的分带现象，越靠近岩墙，煤的物化性质变化越严重。[3]辉绿岩使邻近的煤受热后挥发分由40%—50%逐渐下降至20%以下变成天然焦（阜新矿区天然焦挥发分<20%），这些逐渐减少的挥发物质正是煤层气的主要来源，这些气体的逸出也就在煤层中留下了各种形态、大小不等的气孔，而这些气孔正是煤层气储存的良好空间。
5.阜新市刘家区煤层气是多种气体的混合物，其成分有
烃类气体——甲烷（CH4）和少量乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）;乙烷、丙烷、丁烷统称“重烃”在天然气地质界所称的干气，指各种烃类总体积中CH4>95%，重烃<5%，湿气中CH4<95%，重烃>5%。煤矿瓦斯一般都是干气。
非烃气体——二氧化碳（CO2）和氮（N2）;
微量气体——氢（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）、氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）等。
据研究，盆地甲烷稳定碳同位素值在-50j左右，可能有生物气混入导致偏轻，且煤层气具有D13C1<D13C2<D13C3<D13C4的正碳系列[3]
表1 阜新盆地阜新组煤层气组分
资料来源 样品数量（个）
气体组分（%）
CO N2 CO2 CH4 CiH2i+2
刘家区 41 0.005 6.70 4.32 88.71 0.01
王营矿 63 0.004 9.28 3.01 87.67 0.01
6.水文地质条件
从阜新盆地的水文地质很简单，条件属中等，煤系含水层不多，单位涌水量很小，煤层本身弱含水。该区主要受刘家—王营子向斜控制，该向斜为宽缓向斜地下水活动比较微弱，区内断层较少。阜新组含煤地层中的含水层位置一般超过500米，所以对煤层气起到封闭作用。刘家—王营区主要是第四系松散孔隙含水层径流导致第四系松散孔隙含水层径流封堵作用。地下水顺层由浅部向部运动，煤层中向上扩的气体将被封堵，致使煤层气聚集。该区地表径流为王营子河和西瓦河均为细河的支流。地下水接受地降水明显，地表水灌入地下宽窄不一、变化多端的裂隙中形成水围栏深部煤层中的煤层气，向上运移，被向下运移的地下水封堵而保存，由于阜新组埋藏较浅，阜新组地层温度28.1～40.2℃[4]，这种环境非常有利于地表降水下渗带入细菌生成次生生物气[5]
7.结论及建议
阜新刘家—王营区有如下特征：
（1）影响煤层气勘探和开发的地质特征众多，在进行煤层气地质特征研究时，应充分考虑与之有关的那些地质因素，找到主控因素;
（2）靠近辉绿岩墙、岩床处煤层气井产气量高是辉绿岩侵入体对煤层烘烤使煤变质程度增高所致。
（3）阜新刘家—王营区具有良好的生储盖配置的地质条件，整个区域煤层气丰度高，建议加大力度研究该区的煤层气勘探和开发。
参考文献：
[1]朱志敏，沈冰，路爱平，闫剑飞.阜新盆地白垩系阜新组煤层气系统[J].《石油勘探与开发》，2007.2
[2]张俊宝.对阜新煤田刘家区影响煤层气地质因素的分析[J].辽宁工程技术大学学报，2003年12月
[3]孟庆山.阜新盆地王营矿气藏成因分析[J].中国煤田地质，2003，15（6）：24–26
[4]张俊宝.阜新盆地东梁区地热资源赋存条件分析[J].中国煤田地质，2003，15（6）：37-39.
[5]张小军，陶明信，王万春等.生物成因煤层气的生成及其资源意义[J].矿物岩石地球化学通报，2004，23（2）：166-171.
【关键词】 刘家—王营区;煤层气;蕴藏特征研究
引言：
在含煤岩系（简称煤系）形成与演化过程中，煤系地层（包括煤层和岩层）里的有机质产出以甲烷为主的天然气，被称为“煤型气coal-type gas”，或称“煤成气coal generated gas”。世界上很多常规天然气气藏的气源被论证为“煤成（型）气”。煤型气属腐殖型气，其成分以甲烷为主。自上世纪70年代美国开始“煤层气地面开发”试验，取得商业化开发成功。煤层气作为一个新型、潜在的能源已被世界各国所关注，我国自20世纪90年代中期开始对煤层气的研究并在山西晋城辽宁铁法、阜新等地进行了煤层气勘探工作.
1.地质构造特征及煤层
阜新盆地位于新华复系第三沉降带与天山—阴山东西复合构造带、赤峰～铁岭断隆带交接部位。属中生代陆相断陷型沉积盆地。刘家—王营区位于阜新盆地中部主要为北东一北北东向斜构造，西北翼略陡，倾角8～20。东南翼较缓，倾角5～12。该向斜纵贯全区，为其轴部在工作区西部抬起，向东倾伏在西部被平安F2号断层切割。刘家区向斜两翼倾角较缓，向斜影响宽度较大，从而形成向斜覆盖大部分区域的格局。这一向斜构造为煤层气的赋存储集创造了有利的条件。向斜构成的岩层应力分布状态，呈上部岩层为压应力，下部岩层为张应力的状态。这样煤岩层由于张应力作用，使割理、节理、微孔隙得以扩张，形成良好的煤层气储集空间，空间的扩大降低了解吸压力，也有助于煤层中吸附气的吸出，有利于煤层气的产出。全区发育五大煤层群，其中三大主要煤层群。自上而下为：孙本煤层群、中间煤层群、太平煤层群。这三大层群也是研究区煤层气地面开发的目标层。
2.构造发育
王营矿与刘家区平西F2断层划界，它是影响该区煤层气开发井网布和区块划分的断裂构造在长期的地质演化中，构造应力使原来的张性转为压性、压扭性，断层带内充填有较宽的糜棱岩化带、断层泥砾岩带，呈现出挤压作用下的闭合状态从而对煤层气顺层运移起到阻隔作用也阻止煤层气向外运移。
3.盖层的有效性
盖层的封存能力只是相对的，较高的排替压力如果遇到更高的储层压力，便可能成为无效盖层较低的排替压力如果遇到更低的储层压力则可能是有效盖层要形成有效盖层，要求这些碎屑岩较高的排替压和较低的储层压力。经研究，有效盖层最好是泥质岩盖层。盖层划分为屏蔽层、半屏蔽层和透气层阜新盆地阜新组盖层为阜新组上部砂质泥岩、泥质粉砂岩、粉砂岩，属于半屏蔽层，导致阜新组的煤层气散失较多，所以煤储集层的煤层气含量在8.72—10.17m3/t，未能形成异常高压储集层，属于中等气含量、正常储集层压力煤层。另外，阜新组下部和上部均为孔渗性较好的砂岩储集层，在适合的条件下能够形成良好的圈闭，捕获一定量的煤成气。[1]
4.岩浆活动
阜新盆地岩浆岩有喷出岩和侵入岩两种，喷出岩主要是义县组火山岩。侵入岩只有辉绿岩一种，为古近纪喜马拉雅期产物。辉绿岩对各井田的煤层均有一定破坏作用，同时它也对煤层气的蕴藏的形成起着非常积极的作用，阜新盆地内第三纪喜马拉雅期岩浆侵入活安、五龙、王营等矿区深部侵入岩体更为发育，并且地表也有出露。该区侵入岩体的岩性属辉绿岩等基性岩，产状以岩墙、岩床多见，（见图1）其中岩墙走向多为NEE至近EW向，岩墙分布的方向性表明其成因明显受NEE至近EW向张扭性断裂构造薄弱带控制，形成许多正断裂和煤层中的裂隙系统，所以第三纪辉绿岩沿断裂及裂隙侵入形成侵入体，以岩床、岩墙产出极其发育。辉绿岩侵入煤层，對煤层产生了较大的影响，由于煤层属低孔隙、低渗透的物性特征，煤层气主要是以吸附状态赋存于煤孔隙的内表面上，约占90%左右，少量以游离状态存在于煤的孔隙和割理中。由于辉绿岩的侵入，岩体烘烤和动力作用，改变了煤层的结构与构造。如辉绿岩墙向两侧依次形成天然焦、高变质煤、多节理煤和正常煤的分带现象，越靠近岩墙，煤的物化性质变化越严重。[3]辉绿岩使邻近的煤受热后挥发分由40%—50%逐渐下降至20%以下变成天然焦（阜新矿区天然焦挥发分<20%），这些逐渐减少的挥发物质正是煤层气的主要来源，这些气体的逸出也就在煤层中留下了各种形态、大小不等的气孔，而这些气孔正是煤层气储存的良好空间。
5.阜新市刘家区煤层气是多种气体的混合物，其成分有
烃类气体——甲烷（CH4）和少量乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）;乙烷、丙烷、丁烷统称“重烃”在天然气地质界所称的干气，指各种烃类总体积中CH4>95%，重烃<5%，湿气中CH4<95%，重烃>5%。煤矿瓦斯一般都是干气。
非烃气体——二氧化碳（CO2）和氮（N2）;
微量气体——氢（H2）、一氧化碳（CO）、二氧化硫（SO2）、硫化氢（H2S）、氦（He）、氖（Ne）、氩（Ar）、氪（Kr）、氙（Xe）等。
据研究，盆地甲烷稳定碳同位素值在-50j左右，可能有生物气混入导致偏轻，且煤层气具有D13C1<D13C2<D13C3<D13C4的正碳系列[3]
表1 阜新盆地阜新组煤层气组分
资料来源 样品数量（个）
气体组分（%）
CO N2 CO2 CH4 CiH2i+2
刘家区 41 0.005 6.70 4.32 88.71 0.01
王营矿 63 0.004 9.28 3.01 87.67 0.01
6.水文地质条件
从阜新盆地的水文地质很简单，条件属中等，煤系含水层不多，单位涌水量很小，煤层本身弱含水。该区主要受刘家—王营子向斜控制，该向斜为宽缓向斜地下水活动比较微弱，区内断层较少。阜新组含煤地层中的含水层位置一般超过500米，所以对煤层气起到封闭作用。刘家—王营区主要是第四系松散孔隙含水层径流导致第四系松散孔隙含水层径流封堵作用。地下水顺层由浅部向部运动，煤层中向上扩的气体将被封堵，致使煤层气聚集。该区地表径流为王营子河和西瓦河均为细河的支流。地下水接受地降水明显，地表水灌入地下宽窄不一、变化多端的裂隙中形成水围栏深部煤层中的煤层气，向上运移，被向下运移的地下水封堵而保存，由于阜新组埋藏较浅，阜新组地层温度28.1～40.2℃[4]，这种环境非常有利于地表降水下渗带入细菌生成次生生物气[5]
7.结论及建议
阜新刘家—王营区有如下特征：
（1）影响煤层气勘探和开发的地质特征众多，在进行煤层气地质特征研究时，应充分考虑与之有关的那些地质因素，找到主控因素;
（2）靠近辉绿岩墙、岩床处煤层气井产气量高是辉绿岩侵入体对煤层烘烤使煤变质程度增高所致。
（3）阜新刘家—王营区具有良好的生储盖配置的地质条件，整个区域煤层气丰度高，建议加大力度研究该区的煤层气勘探和开发。
参考文献：
[1]朱志敏，沈冰，路爱平，闫剑飞.阜新盆地白垩系阜新组煤层气系统[J].《石油勘探与开发》，2007.2
[2]张俊宝.对阜新煤田刘家区影响煤层气地质因素的分析[J].辽宁工程技术大学学报，2003年12月
[3]孟庆山.阜新盆地王营矿气藏成因分析[J].中国煤田地质，2003，15（6）：24–26
[4]张俊宝.阜新盆地东梁区地热资源赋存条件分析[J].中国煤田地质，2003，15（6）：37-39.
[5]张小军，陶明信，王万春等.生物成因煤层气的生成及其资源意义[J].矿物岩石地球化学通报，2004，23（2）：166-171.