最新影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素1PPT课件

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1、影响煤层瓦斯赋存的主要地质影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素因素1影响煤层瓦斯赋存的影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素主要地质因素提 纲相关术语和知识；相关术语和知识；影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素：沉积环境及煤田地质史；煤层露头；埋藏沉积环境及煤田地质史；煤层露头；埋藏深度；煤层及其围岩的透气性；煤层倾角；深度；煤层及其围岩的透气性；煤层倾角；煤的变质程度；地质构造；水文地质条件；煤的变质程度；地质构造；水文地质条件；岩浆活动岩浆活动.相关术语和知识相关术语和知识800-1000m采深的中等变质煤中各种瓦斯形态及构成表采深的中等变质煤中各种瓦斯形态及构成表相关术语和知识

2、相关术语和知识煤内瓦斯的存在状态示意图1-游离瓦斯；2-吸附瓦斯；3-吸收瓦斯；4-煤；5孔隙；通常，吸附瓦斯占通常，吸附瓦斯占80%-90%，微孔、，微孔、超微孔的内表面积高超微孔的内表面积高达达200m/g，吸附容，吸附容积相当大。积相当大。吸附与游离瓦斯依吸附与游离瓦斯依温压条件的变化处于温压条件的变化处于动平衡动平衡状态。状态。相关术语和知识相关术语和知识瓦斯固溶态瓦斯固溶态瓦斯水化物瓦斯水化物瓦斯水化物瓦斯水化物(hydrate)(hydrate)是瓦斯和水所形成的类冰状固态是瓦斯和水所形成的类冰状固态是瓦斯和水所形成的类冰状固态是瓦斯和水所形成的类冰状固态化合物。化合物。化合物。化

3、合物。水化物通常是当温度低于水化物形成温度时而生成。水化物通常是当温度低于水化物形成温度时而生成。水化物通常是当温度低于水化物形成温度时而生成。水化物通常是当温度低于水化物形成温度时而生成。瓦斯水化物形成的主要条件是：瓦斯水化物形成的主要条件是：瓦斯水化物形成的主要条件是：瓦斯水化物形成的主要条件是：瓦斯含量处于近饱和状态瓦斯含量处于近饱和状态瓦斯含量处于近饱和状态瓦斯含量处于近饱和状态；足够高的压力和足够低的温度。足够高的压力和足够低的温度。足够高的压力和足够低的温度。足够高的压力和足够低的温度。瓦斯水化物（可燃冰）密度很大，有些呈固态。地质瓦斯水化物（可燃冰）密度很大，有些呈固态。地质瓦斯

4、水化物（可燃冰）密度很大，有些呈固态。地质瓦斯水化物（可燃冰）密度很大，有些呈固态。地质学家和石油开采工程师早就知道这种学家和石油开采工程师早就知道这种学家和石油开采工程师早就知道这种学家和石油开采工程师早就知道这种 冰原黄金冰原黄金冰原黄金冰原黄金 的存在的存在的存在的存在和价值，可是因为技术不够成熟，还不敢开采。和价值，可是因为技术不够成熟，还不敢开采。和价值，可是因为技术不够成熟，还不敢开采。和价值，可是因为技术不够成熟，还不敢开采。我国南海和东海均有发现，黄海水域也应有资源蕴藏。我国南海和东海均有发现，黄海水域也应有资源蕴藏。我国南海和东海均有发现，黄海水域也应有资源蕴藏。我国南海和东

5、海均有发现，黄海水域也应有资源蕴藏。相关术语和知识相关术语和知识2008年年11月，国土资源部在青海省月，国土资源部在青海省祁连山祁连山南缘永久冻土带南缘永久冻土带(青海省天峻县木里镇，海拔青海省天峻县木里镇，海拔4062m)成功钻获天然气水合物成功钻获天然气水合物(可燃冰可燃冰)实物实物样品。样品。1m的可燃冰在常温常压下可释放的可燃冰在常温常压下可释放164m的天然气及的天然气及0.8m的淡水。的淡水。相关术语和知识相关术语和知识瓦斯压力、温度瓦斯压力、温度对瓦斯吸附的对瓦斯吸附的影响：影响：等温吸附试验等温吸附试验（试验温度为（试验温度为28，并采用，并采用平衡水分煤样平衡水分煤样和和3

6、0、40）结果：）结果：相关术语和知识相关术语和知识除煤岩类型、煤阶、煤中水分含量对除煤岩类型、煤阶、煤中水分含量对煤的吸附能力有重要影响外。煤的吸附能力有重要影响外。瓦斯成分瓦斯成分对吸附也有影响。对吸附也有影响。对于指定的煤，在给对于指定的煤，在给定温度与瓦斯压力条件下，煤体对于二定温度与瓦斯压力条件下，煤体对于二氧化碳氧化碳(CO2)、甲烷、甲烷(CH4)和氮气和氮气(N2)的的吸附能力不同，其吸附能力大小关系为：吸附能力不同，其吸附能力大小关系为：CO2CH4N2。相关术语和知识相关术语和知识吸附时间吸附时间吸附时间吸附时间由罐装煤样解吸试验求得，定义为由罐装煤样解吸试验求得，定义为实

7、测气体体积累计达到实测气体体积累计达到63%所对应的时间。所对应的时间。显然，吸附时间短，则煤层气井有可能在短期显然，吸附时间短，则煤层气井有可能在短期内达到产能高峰，有利于缩短开发周期，但不内达到产能高峰，有利于缩短开发周期，但不利于煤层气井的长期稳产。利于煤层气井的长期稳产。煤层气的吸附时间变化较大。例如，美国圣煤层气的吸附时间变化较大。例如，美国圣胡安盆地、中阿巴拉契亚等为胡安盆地、中阿巴拉契亚等为1-5d，黑勇士盆，黑勇士盆地为地为1-30d，北阿巴拉契亚为，北阿巴拉契亚为80-100d，长短相，长短相差悬殊，最大值与最小值相差达差悬殊，最大值与最小值相差达100倍以上。倍以上。相关术

8、语和知识相关术语和知识临界解吸压力临界解吸压力临界解吸压力（临界解吸压力（Pcd）系指在等温曲线）系指在等温曲线上煤样实测含气量（上煤样实测含气量（Q）所对应的压力值。）所对应的压力值。煤层气煤层气临界解吸压力临界解吸压力与煤层瓦斯含量及与煤层瓦斯含量及吸附吸附解吸特性呈函数关系，是估算煤层解吸特性呈函数关系，是估算煤层瓦斯抽放率的重要参数。临界解吸压力与瓦斯抽放率的重要参数。临界解吸压力与储层压力之比（简称为储层压力之比（简称为临储压力比临储压力比）往往）往往决定了地面煤层气开采中排水降压的难易决定了地面煤层气开采中排水降压的难易程度。程度。相关术语和知识相关术语和知识瓦斯的解吸特性瓦斯的解

9、吸特性瓦斯解吸是煤中瓦斯由于储层压力降低，由吸附瓦斯解吸是煤中瓦斯由于储层压力降低，由吸附瓦斯转变成游离瓦斯的过程。在降压过程中，吸附瓦斯转变成游离瓦斯的过程。在降压过程中，吸附/解吸动态平衡的结果是造成瓦斯吸附量的减少。煤解吸动态平衡的结果是造成瓦斯吸附量的减少。煤储层解吸特性常用储层解吸特性常用解吸率和解吸速率解吸率和解吸速率来衡量。来衡量。我国现有煤层瓦斯含量资料多有我国现有煤层瓦斯含量资料多有4部分组成，即部分组成，即逸逸散量散量、现场两小时、现场两小时解吸量解吸量、真空、真空加热脱气量加热脱气量和和粉碎粉碎脱气量脱气量。逸散气量、解吸气量之和与总气量的体积。逸散气量、解吸气量之和与总

10、气量的体积百分比称为百分比称为可解吸率可解吸率。我国煤的吸附特性变化较大：我国煤的吸附特性变化较大：煤层甲烷解吸率变化于煤层甲烷解吸率变化于9.1%-59.0%之间。之间。解吸速率解吸速率往往采用往往采用吸附时间吸附时间来定量表示。来定量表示。影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素沉积环境及煤田地质史沉积环境及煤田地质史 沉积环境沉积环境 沉积环境及其演化，影响着煤层围岩岩沉积环境及其演化，影响着煤层围岩岩性、厚度及其岩性组合特征。沉积相组合决定性、厚度及其岩性组合特征。沉积相组合决定了含煤岩系的岩性组合，而瓦斯的形成与保存了含煤岩系的岩性组合，而瓦斯的形成与保存条件无一

11、不是沉积环境的物质反映，所以沉积条件无一不是沉积环境的物质反映，所以沉积环境对岩层的透气性，瓦斯的保存或逸散有着环境对岩层的透气性，瓦斯的保存或逸散有着重要的影响。重要的影响。影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素煤田地质史煤田地质史煤层瓦斯生成、瓦斯含量分布以及瓦斯向煤层瓦斯生成、瓦斯含量分布以及瓦斯向地表的运移，取决于煤田地质史。成煤后地地表的运移，取决于煤田地质史。成煤后地壳的上升将使剥蚀作用加强，从而给煤层瓦壳的上升将使剥蚀作用加强，从而给煤层瓦斯向地表运移提供了条件；当成煤后地表下斯向地表运移提供了条件；当成煤后地表下沉时，煤田为新的沉积物掩盖，从而减缓了沉时，

12、煤田为新的沉积物掩盖，从而减缓了煤层瓦斯的逸散。煤层瓦斯的逸散。影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素2.煤层露头煤层露头暴露式煤田暴露式煤田，煤层瓦斯往往沿煤层露头排，煤层瓦斯往往沿煤层露头排放，瓦斯含量大为减少。放，瓦斯含量大为减少。隐伏式煤田隐伏式煤田，如果盖层厚度较大，透气性，如果盖层厚度较大，透气性又差，煤层瓦斯常积聚储存；反之，若盖层薄，又差，煤层瓦斯常积聚储存；反之，若盖层薄，透气性好，容易使煤层中的瓦斯缓慢逸散，煤透气性好，容易使煤层中的瓦斯缓慢逸散，煤层瓦斯含量一般不大。层瓦斯含量一般不大。在评价一个煤田的暴露情况时，不仅要注在评价一个煤田的暴露情况时，

13、不仅要注意煤田当前的暴露程度，还要考虑到成煤后整意煤田当前的暴露程度，还要考虑到成煤后整个地质时期内含煤地层的暴露情况及瓦斯风化个地质时期内含煤地层的暴露情况及瓦斯风化过程的延续时间。过程的延续时间。影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素埋藏深度埋藏深度在在瓦斯风化带瓦斯风化带以下，煤层瓦斯含量、压力和以下，煤层瓦斯含量、压力和瓦斯涌出量与埋深的增加往往具有正相关关系。瓦斯涌出量与埋深的增加往往具有正相关关系。一般，煤层瓦斯压力随着埋藏深度的增加而一般，煤层瓦斯压力随着埋藏深度的增加而增大。而瓦斯压力的增大，煤中的吸附瓦斯渐增大。而瓦斯压力的增大，煤中的吸附瓦斯渐趋饱和，

14、同时煤与围岩中游离瓦斯量所占的比趋饱和，同时煤与围岩中游离瓦斯量所占的比例增大。因此，在一定深度内，煤层瓦斯含量例增大。因此，在一定深度内，煤层瓦斯含量亦随埋藏深度的增大而增加。但若埋藏深度继亦随埋藏深度的增大而增加。但若埋藏深度继续增大，瓦斯含量增加的速度将要减慢。下表续增大，瓦斯含量增加的速度将要减慢。下表是前苏联学者黎金作的一个计算实例。是前苏联学者黎金作的一个计算实例。影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素煤层甲烷含量与埋深的关系煤层甲烷含量与埋深的关系深度(m)温度()压力（MPa)煤的孔隙在压力作用下降低系数煤的孔隙体积(m3/t)煤的甲烷含量（m3/t)岩石

15、甲烷含量（m3/t)煤孔隙中游离瓦斯量占(%)比值q1/q2地层静压力P1瓦斯压力P2p=p1-p2吸附游离总计q1孔隙中分散有机质中总计q21002003004005006007008009001000110012001114172023262931343740432.44.87.19.411.714.116.418.721.123.425.728.10.10.20.71.32.13.04.05.06.17.18.29.42.34.66.48.19.611.112.413.715.016.317.518.70.910.840.820.800.780.770.760.750.740.730.7

16、20.710.1180.1090.1070.1040.1010.1000.0990.0980.0960.0950.0940.092-5.712.917.019.020.421.021.421.621.721.621.5-0.20.71.32.02.83.74.75.76.57.48.3-5.913.618.321.423.224.726.127.328.229.029.8-0.10.40.91.42.02.63.44.14.85.56.3-0.10.10.20.20.20.30.30.30.30.30.3-0.20.51.11.62.22.93.64.45.15.86.0-3579121518

17、21232528-3027171311976655（据黎金，（据黎金，1962）22影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素埋藏深度埋藏深度的增加，不仅因地应力增高使煤的增加，不仅因地应力增高使煤层及围岩的透气性变差，而且瓦斯向地表运层及围岩的透气性变差，而且瓦斯向地表运移的距离也增长；移的距离也增长；当深度不太大时，煤层瓦斯含量随埋深呈当深度不太大时，煤层瓦斯含量随埋深呈线性增加；当深度很大时，煤层瓦斯含量趋线性增加；当深度很大时，煤层瓦斯含量趋于常量。于常量。焦作煤田，在不受断层与地质构造影响的焦作煤田，在不受断层与地质构造影响的地段，地段，W0.038H+6.58；英

18、国煤矿，深度每增加英国煤矿，深度每增加100m，煤层甲烷含，煤层甲烷含量增加量增加0.5-1.1m/t。影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素 煤层及其围岩的透气性煤层及其围岩的透气性煤层围岩是指煤层直接顶、老顶和直接底板等在内煤层围岩是指煤层直接顶、老顶和直接底板等在内的一定厚度范围的岩层。煤层及其围岩隔气、透气性的一定厚度范围的岩层。煤层及其围岩隔气、透气性能对煤层瓦斯赋存有重要影响。能对煤层瓦斯赋存有重要影响。一般来说，当煤层顶板岩性为致密完整的岩石，如一般来说，当煤层顶板岩性为致密完整的岩石，如页岩、油母页岩时，煤层中的瓦斯容易被保存下来；页岩、油母页岩时，煤层中

19、的瓦斯容易被保存下来；顶板为多孔隙或脆性裂隙发育的岩石，如砾岩、砂岩顶板为多孔隙或脆性裂隙发育的岩石，如砾岩、砂岩时，瓦斯容易逸散。时，瓦斯容易逸散。煤层及其围岩的透气性不仅与煤岩层特征有关，还煤层及其围岩的透气性不仅与煤岩层特征有关，还与一定范围内的煤岩层组合及其变形特点有关。不同与一定范围内的煤岩层组合及其变形特点有关。不同力学性质的煤岩层组合具有不同的构造表象。力学性质的煤岩层组合具有不同的构造表象。影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素不同类型的煤不同类型的煤岩层中，裂隙发育岩层中，裂隙发育是有差异的，对瓦是有差异的，对瓦斯赋存条件产生的斯赋存条件产生的影响也不同

20、。硬岩影响也不同。硬岩层的节理多大致垂层的节理多大致垂直于层面；软岩层直于层面；软岩层则产生密集的、与则产生密集的、与层面斜交或大致平层面斜交或大致平行的流劈理。行的流劈理。不同岩性的岩层中节理的特点25影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素煤层倾角煤层倾角在同一埋深下，一般煤层倾角越小，煤层在同一埋深下，一般煤层倾角越小，煤层瓦斯含量越高；瓦斯含量越高；芙蓉煤矿北翼煤层倾角陡芙蓉煤矿北翼煤层倾角陡(40-80)，瓦斯，瓦斯涌出量约涌出量约20m/t，无瓦斯突出现象；，无瓦斯突出现象；南翼煤层倾角缓南翼煤层倾角缓(6-12),相对瓦斯涌出量相对瓦斯涌出量150m/t,瓦斯

21、突出严重。瓦斯突出严重。影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素6.煤的变质程度煤的变质程度一般随煤的变质程度增高，煤对瓦斯的吸一般随煤的变质程度增高，煤对瓦斯的吸附能力增强。附能力增强。甲烷带内，在其它因素相同条件下，煤化甲烷带内，在其它因素相同条件下，煤化程度不同的煤，煤层瓦斯含量不仅不同，而程度不同的煤，煤层瓦斯含量不仅不同，而且随深度增加瓦斯含量增加的量也不同。且随深度增加瓦斯含量增加的量也不同。但超高变质无烟煤，瓦斯含量不服从上述但超高变质无烟煤，瓦斯含量不服从上述规律。例如我国湖南梅田矿区的文化村矿大规律。例如我国湖南梅田矿区的文化村矿大窝井煤，煤变质接近石墨（

22、挥发分窝井煤，煤变质接近石墨（挥发分3.14），），瓦斯含量很低。瓦斯含量很低。影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素吸附瓦斯量(cm3/g)石墨长焰煤褐煤无烟煤不同变质程度煤对瓦斯的吸附能力示意图不同变质程度煤对瓦斯的吸附能力示意图28影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素2824201612841/3/5/K7/T9/A11/A113/A3X(m3/t)1000300050007000假定的坳陷刻度（m）煤层的平均甲烷含量与其变质程度的定量关系曲线煤层的平均甲烷含量与其变质程度的定量关系曲线1Q+；2Q；3Q-32129影响煤层瓦斯赋存的主要地质

23、因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素地质构造地质构造无论何种地质工作，构造分析均是重要的作业。无论何种地质工作，构造分析均是重要的作业。无论何种地质工作，构造分析均是重要的作业。无论何种地质工作，构造分析均是重要的作业。由于构造对地质体是分级控制的，一般可分为由于构造对地质体是分级控制的，一般可分为由于构造对地质体是分级控制的，一般可分为由于构造对地质体是分级控制的，一般可分为大地大地大地大地构造背景构造背景构造背景构造背景和具体和具体和具体和具体构造形迹构造形迹构造形迹构造形迹分析；构造形迹又有尺度分析；构造形迹又有尺度分析；构造形迹又有尺度分析；构造形迹又有尺度的差异。的差异。的差异。的差异

24、。大地构造背景大地构造背景大地构造背景大地构造背景通常起宏观控制作用。就受力状态通常起宏观控制作用。就受力状态通常起宏观控制作用。就受力状态通常起宏观控制作用。就受力状态一般可分为一般可分为一般可分为一般可分为构造相对挤压带构造相对挤压带构造相对挤压带构造相对挤压带、伸展带伸展带伸展带伸展带和和和和过渡带过渡带过渡带过渡带。相对挤压带有利于煤层气的赋存，煤层气含量较相对挤压带有利于煤层气的赋存，煤层气含量较相对挤压带有利于煤层气的赋存，煤层气含量较相对挤压带有利于煤层气的赋存，煤层气含量较大，但通常煤体结构破坏较严重，且煤中孔裂隙的大，但通常煤体结构破坏较严重，且煤中孔裂隙的大，但通常煤体结构

25、破坏较严重，且煤中孔裂隙的大，但通常煤体结构破坏较严重，且煤中孔裂隙的连通性差，不利于煤层气的抽采；连通性差，不利于煤层气的抽采；连通性差，不利于煤层气的抽采；连通性差，不利于煤层气的抽采；影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素 相对伸展带通常有利于煤层气的逸散，煤层气含量一般较低，但煤体结构基本未遭破坏或破坏较轻微，煤中孔裂隙的连通性也较好，较易抽采；构造相对挤压带与伸展带的过渡带，含气量、煤体结构破坏程度和煤中孔裂隙的连通性均介于挤压带与伸展带之间，应是煤层气地面预抽采的重要靶区。构造分析时应注意“化整为零”与“化零为整”的相互对应和协调。影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素影响煤层瓦斯赋存的主要地质因素结束语结束语谢谢大家聆听！谢谢大家聆听！33