辽宁省地质矿产研究院 辽宁沈阳 110032
摘要：水文地质条件是指有关地下水形成、分布和变化规律等条件的总称，包括地下水的补给、埋藏、径流、排泄、水质和水量等，会对地区环境带来很大影响。基于此，本文以煤层气的成因类型作为切入点，简述热成因煤层气、生物成因煤层气等内容，再以此为基础，重点论述水文地质条件对低煤阶煤层气成藏的控制作用，并结合实例加以说明，以期通过分析明确相关理论，为实际工作提供参考。
关键词：水文地质条件；低煤阶煤；甲烷风化带
前言：低煤阶煤层气成藏受到多重因素影响，此前的工作中，一般以甲烷风化带作为计算界线，但随着实践工作不断深入，人员渐渐发现以甲烷风化带为界线进行计算存在一些不足，比如美国粉河盆地最浅的层气开发井深度只有70-80m，最深的开发井则能达到200米以上，深入分析表明，形成这一情况的主要原因是水文地质条件的影响，探讨这种影响的具体情况有一定实际意义。
1.煤层气的成因类型
1.1热成因煤层气
煤层气俗称瓦斯，是近些年得到重视的一种洁净、高能能源，主要成分为甲烷，是煤的伴生矿产资源，富集成藏后具有较高的经济价值。热成因是一种长期作用因素，随着地壳不断运动，煤炭资源的埋藏深度也会不断变化，跃进到焦煤、长焰煤阶段后，已经接近成熟门限，可燃的甲烷气体不断生成，此后煤阶还会进一步变化，变成贫煤、瘦煤、无烟煤以及石墨，甲烷气体也会持续产生、不断富集，最终成藏。
1.2生物成因煤层气
生物成因煤层气包括两类，一是早期生物成因，二是晚期生物成因，二者都是通过微生物参与下的生物化学反应实现气体成藏，区别主要是微生物作用的时间。早期生物气只能形成于烃源岩热演化之前，微生物只能对原始有机质作用形成生物气，微生物不能利用干酪根为食物形成生物气，而晚期生物气则是经过热演化的烃源岩再次被微生物作用而产生的。
2.水文地质条件对低煤阶煤层气成藏的控制作用
2.1水分布情况的控制作用
水的分布情况对低煤阶煤层气成藏的控制作用最为明显，主要是指地下水和地上水资源的总体分布状况、移动状况，尤其是径流，最突出的代表是美国粉河盆地煤层气富集成藏的情况[1]。在距今约260万年前，地球经历了一次冰川期，科学界称之为第四季冰川期，当时的北美大陆绝大部分被冰川覆盖，在地壳运动的影响下，冰川开始逐渐融化，大量渗入地下，另一部分则留在地表，形成了著名的五大湖，渗入地下的部分约在几十米到几百米之间，这导致粉河盆地甲烷风化带的深度很浅，渗入地表浅层的冰川融水改变了煤系地层水的盐度，同时带入了大量可以产生甲烷的菌类，由于水中富有盐类等营养物质，这些菌类大量繁殖，形成了生物成因的煤层气，并在长达200万年的时间里大量富集，煤层气因此成藏，该过程体现了水的分布情况对低煤阶煤层气成藏的控制作用。
2.2水量的影响
水量的大小一般被认为是低煤阶煤层气成藏规模的决定性因素，在对这一因素进行分析时，要求排除动态影响，以长时间内水文地质条件的稳定情况作为分析目标。如我国西北地区煤炭储量丰富，其中包括大量的低煤阶煤。结合现有研究结果可以发现，我国西北地区的低煤阶煤主要形成白垩纪早期，侏罗纪晚期和侏罗纪中期也形成了少量低煤阶煤，这部分煤约占总数的10％左右。在白垩纪之前，全球平均气温较现在高约4摄氏度，这一温度导致地表植被茂盛，而进入白垩纪后，气候开始变化，渐渐降低，加之地表活动的影响，大陆板块互相挤压，从喜马拉雅山脉到帕米尔高原、新疆、青海等地的地表水和地下水都大量减少（少量冰川除外），地区水量呈现明显的下降趋势，并在近300万年趋于稳定，这导致我国西北地区低煤阶煤层气甲烷风化带的深度不断向地下蔓延，深度达到200m甚至更深，表层未能成藏，这体现了水量对低煤阶煤层气成藏的控制作用[2]。
2.3水的补给情况
水的补给情况同样取长期指标作为分析对象，一般认为水的补给情况对低煤阶煤层气成藏的影响是间接的，其会作用于水量和水的分布两个方面。在本文的第一节中，交代了煤层气形成的两个类型，即热成因和生物成因，热成因可以看做是煤炭内部反应的结果，生物成因则与水的活动密不可分。在第四季冰川期前，各地煤炭大量形成、变化，这些活动十分依赖微生物和菌类的作用，当水量较为丰沛、分布较为广泛时，大量盐类和菌类可以随着地表水下渗到煤层中，加快与煤的反映，生成大量的甲烷等气体，这一过程需要不断得到地表水的支撑，对水的补给要求很高[3]。我国西北地区较为干旱、少雨，因此虽然能够形成煤层，但煤层气未能成藏，而北美五大湖区存在大量的冰川且地势较低，属季风气候，雨量充足、补给足量，煤层气可以成藏。我国西北地区煤层气无法富集成藏的情况如图1所示。
图 1 我国西北地区煤层气无法富集成藏的情况
总结：通过分析水文地质条件对低煤阶煤层气成藏的控制作用，了解了相关理论内容。煤层气的形成原因一般包括热成因、生物成因，水文地质条件对低煤阶煤层气成藏有一定的影响，这种影响涉及到水量、水的补给、分布等因素。结合我国西部地区以及国外部分地区情况，相关理论得到了进一步证明。后续工作中，深入了解上述理论有助于矿产开发等工作的优化。
参考文献：
[1]赵贤正，杨延辉，孙粉锦.沁水盆地南部高阶煤层气成藏规律与勘探开发技术[J].石油勘探与开发，2016，43（02）：303-309.
[2]巢海燕，郑贵强，李景明.高、低煤阶煤层气藏地质特征及控气作用差异性研究[J].地质学报，2008（10）：1396-1401.
[3]李贵红，张泓.鄂尔多斯盆地东缘煤层气成藏地质模型[J].天然气地球科学，2015，26（01）：160-167.
论文作者:张朝月
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第22期
论文发表时间:2018/2/26
标签：煤层气论文; 成因论文; 甲烷论文; 水文地质论文; 西北地区论文; 作用论文; 生物论文; 《建筑科技》2017年第22期论文;