河东煤田中南部煤系页岩气与煤层气成藏特征对比研究

摘要

河东煤田含煤地层富含页岩气与煤层气，且层位上相邻相近、关系密切，为研究页岩气与煤层气的成藏特征及其对比提供了极佳的研究区域。论文以河东煤田中南部山西组和太原组含煤地层为研究对象，通过资料收集整理、野外地质调查、岩芯观测、实验测试分析等手段，从地质背景、沉积环境、源岩-储层特征、成藏条件与成藏机理五个方面对页岩气和煤层气成藏地质特征进行了对比分析。
　　河东煤田位于鄂尔多斯盆地东缘，东界是近SN向的离石大断裂，区内煤岩层总体上为走向SN、向西缓倾的单斜，并发育有轴向SN的次级宽缓褶皱，断层稀少，构造简单。研究区晚古生代含煤地层具有清晰的旋回结构，整个含煤层段自下而上可划分为10个旋回。
　　研究区富有机质泥页岩可分为四个层段：晋祠段、西山段，山垢段与山西组，其厚度分别为1~23m、1~14.5m、4~45m与1~43m；煤层共11层，太原组有5层，山西组有6层，主采煤层为太原组9号煤与山西组5号煤，其厚度分别为0~7.60m与0~6.69m。
　　研究区富有机质泥页岩有机质类型以Ⅲ型为主，有机质成熟度（Ro）平均2.03％，有机质丰度（TOC）平均2.01%；黏土含量最高，石英次之；孔隙度平均为2.82%，主要为微孔和小孔；渗透率平均值达到0.01305 mD；现场解析实验测得含气量平均值为1.47 m3/t。煤层是有机质的聚集体，研究区煤层 Ro普遍高于2%；孔隙度平均6.87%，主要为大孔（大于1000nm）和小孔（10~100nm）；本区煤层渗透率基本上都大于1mD；煤层气含量在东部露头区普遍小于2m3/t，随着煤层埋深的增加，煤层含气量逐渐增加，中部一般为10~18 m3/t，西部普遍超过18 m3/t。
　　页岩气与煤层气均为低孔低渗的非常规天然气，但页岩气储层富矿物质贫有机质而煤层气储层富有机质贫矿物质等特征，造成两类非常规天然气具有差异性：1.研究区页岩储层超致密，孔隙大小以微—纳米级为主，显示出较低的孔隙度（均值2.82%）和渗透率（均值0.01305 mD）；而研究区煤储层具有由孔隙—裂隙组成的双重孔裂隙结构，孔隙范围比较广，主要为大孔和小孔，煤孔隙度（均值6.87%）和渗透率（均值大于1mD）较泥页岩大。
　　2.煤层气属典型的吸附成藏机理，以吸附态、游离态和溶解态三种方式赋存，吸附态是其主要的赋存形式，研究区上煤组主采煤层的最大吸附量为6.90 m3/t。气体生成后即以吸附态赋存于煤岩体表面，吸附达到饱和后气体才以游离态存在于煤基质孔隙/裂缝中，受温压条件的控制，吸附气、游离气和溶解气三者之间处于动态平衡。页岩气主要由吸附气和游离气组成，且吸附气含量随着页岩储层温压条件的变化而变化，其所占总气量的比例可在20%~80%区间变化，研究区目的层泥页岩最大吸附量为0.2~0.62 m3/t，平均0.42 m3/t。页岩气生成早期，先满足泥页岩中有机质和黏土矿物表面的吸附，该阶段与煤层气吸附成藏机理相似。随着生气过程的继续，页岩气开始在裂缝中以游离态运移聚集，此阶段具挤压造隙式的运聚成藏特征，此阶段有别于煤层气成藏。

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1绪论

1.1选题依据及意义（Purpose and Basis of Dissertation）

1.2国内外研究现状（Overseas and Domestic Research Status）

1.3存在问题（Problems）

1.4研究内容、思路及技术路线（Contents, Methods and Technical Route）

1.5主要工作量（Main Workload）

2 研究区地质背景

2.1区域地质概况（Regional Geological Conditions）

2.2区域沉积演化特征（Lithofacies Paleogeography and Tectonic Evolution）

2.3岩浆活动（Magmatism）

2.4本章小结（Summary）

3 煤系泥页岩与煤层空间展布特征

3.1研究区沉积环境特征（Sedimentary Environment of Study Area）

3.2泥页岩与煤层厚度特征(The Thickness of Characteristics of Shale and Coal Seam)

3.3泥页岩与煤层埋深特征（Buried Depth Characteristics of Shale and Coal Seam）

3.4本章小结（Summary）

4页岩气与煤层气源岩-储层特征

4.1页岩气源岩特征(Characteristics of the Shale Gas Source Rock)

4.2泥页岩储层特征（Reservoir Characteristics of Shale）

4.3煤储层特征（Reservoir Characteristics of Coal Seam）

4.4页岩气与煤层气源岩-储层对比（Contrast of Source Rock-Reservoir between Shale Gas and CBM）

4.5本章小结（Summary）

5 页岩气与煤层气成藏特征

5.1埋藏史、热演化史与生气史（The Burial History, Thermal History and the Hydrocarbon History）

5.2页岩气与煤层气成藏条件(Accumulation Conditions of Shale Gas and Coalbed Methane )

5.3页岩气与煤层气成藏机理(Accumulation Mechanism of Shale Gas and Coalbed Methane)

5.4本章小结（Summary）

6页岩气与煤层气共探共采探讨

6.1共探共采地质基础（The Burial History, Thermal History and the Hydrocarbon History）

6.2煤层气-页岩气共探共采体系划分(System Partition of Joint Exploration of Shale Gas and CBM)

6.3煤层气-页岩气共探共采模式探讨(The Pattern Discussion about Joint Exploration of Shale Gas and CBM)

6.4本章小结（Summary）

7结论

参考文献

作者简历

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