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1、（一）煤系气的成因 1、概念 煤系气是指煤系地层在煤化作用过程中生成的天然气。 我国有着极为丰富的煤炭储量，因此煤系气的勘探有着巨大的潜力。 煤系气经过运移，呈游离状态聚集在浅部沉积岩储层中，称为煤成气，也叫浅层天然气。 煤系气生成之后，基本没有经过运移或只经过少量运移，呈吸附状态赋存在煤层中，就是煤层气，也叫瓦斯。 煤层瓦斯灾害是我国最主要的煤矿灾害之一。瓦斯气就是煤层气，它是以甲烷为主的混合气，一般甲烷含量达到90%以上，其次是氮气和二氧化碳，其它气体含量很少。,2煤系气的成因 煤系地层含有丰富的腐植型有机质（型干酪根），它们可呈高度集中状态，如煤层、煤线或透镜状的煤；也可呈分散状态存在于
2、炭质页岩或泥岩中。这两类有机质在成煤过程中都可形成天然气，这就是煤系气。腐植煤的生气过程，也就是煤成气和煤层气的形成过程。 从古代植物遗体埋藏后直到形成煤系列，大致可以分为两个阶段：泥炭化阶段和煤化作用阶段。泥炭化阶段对应于生油岩的成岩阶段，形成的天然气属于生物气范畴。,煤化作用阶段是从泥炭向褐煤、烟煤、无烟煤以至半石墨方向演化的全过程，与生油过程平行。 随着埋深加大，在温度、压力和时间因素的作用下，以腐植型为主的有机质经历了一系列的物理化学变化，形成了不同类型的煤。随着煤阶的升高，依次为褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤。,煤是由稠环芳香核、桥键和烷基侧链组成的大分子聚合物。
3、成煤的有机质主要是富含杂原子的纤维素和木质素。 煤化作用的实质就是腐植型有机质脱氧、去氢、富集碳的过程。芳核上链接的不稳定官能团，尤其是含氧、含氮的官能团，如羧基、羟基、胺基以及甲氧基的脱落，富氢的烷基侧链断裂，芳香核不断缩合，以CH4、CO2、H2O、N2、H2S等挥发性物质排出形成了煤系气。 在烟煤与无烟煤阶段，煤中主要组分镜质组的结构及物理化学性质发生一系列变化。,煤的演化途径类似于型干酪根，初期以O/C原子比下降为主，后期则以H/C原子比下降为主。煤系气是贯穿于整个煤化作用过程的产物。,（三）煤系的生（油）气阶段及生气量 煤系地层形成的天然气（油）成分及数量，取决于煤和分散型有机质的数
4、量、煤中各种显微组分的相对比例以及煤化程度。在煤化作用的不同阶段，生气（油）的成分和数量有很大差别。,根据煤化作用模拟实验成果，煤生气、成油可以分为三个阶段。 第一阶段：为从褐煤到长焰煤阶段。该阶段生成的天然气最多，但其成分以CO2为主，占天然气体积的7090%，烃类气体所占比例小，一般低于20%，但绝对量大，每吨煤可达2.14.8m3。烃气中以甲烷为主，重烃含量甚微。此外还有少量N2和H2。此阶段是甲烷气生成的第一高峰期。,第二阶段：为从长焰煤后到焦煤阶段。该阶段生气量锐减。其中烃类气体含量比例增加到7080%。尽管气态烃中仍以甲烷为主，但重烃含量明显增加。当煤中稳定组分有相当数量时（大于2
5、0%）就可形成有开采价值的原油。所以该阶段就是煤成油、湿气阶段。,第三阶段：为从焦煤后到无烟煤阶段。该阶段生气量略有上升，其中以甲烷为主，占8090%，几乎没有重烃。CO2量甚少。该阶段是主要的生甲烷期，也就是干气带。,煤中不同的显微组分对生烃有着不同的贡献。 壳质组含氢量最高，挥发物含量也最多。是形成烃类尤其是重烃以及原油的主要物质。它从长焰煤阶段就开始形成甲烷和重烃，在气肥煤阶段重烃产率最高，以后又产出大量甲烷气，一直持续到无烟煤阶段。壳质组中的树脂体组分能形成未成熟低成熟度凝析油。 镜质组含挥发物较少，初期只形成较多的CO2和H2O，从气煤肥煤阶段才开始生成烃类，主要是甲烷，也有少量的液态烃。 丝质组含氢量最低，挥发物最少，仅在气煤肥煤阶段才开始生成烃气，而且主要是甲烷。,所以，煤的生烃量取决于这三种组分所占的比例。综合上述可知，煤不仅可以作为生气岩，而且在壳质组富集时也可以作为生油岩。 所谓煤的沥青化作用，就是指壳质组和镜质组在褐煤到肥煤阶段（Ro=0.5%1.2%）形成沥青的作用。这些沥青类似于石油烃，多数为镜质组所吸收，少部分作为“渗出沥青体”充填在镜质组裂隙之中。它是煤成油作用的标志。,煤热模拟气、液态产物产率与温度关系,中国各地煤层烃气产量图,有机质演化阶段及成烃模式,中国成煤期成煤区域关系,
