煤層氣的形成

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1、煤怎么形成的？煤是由植物殘骸經(jīng)過復雜的生物化學作用和物理化學作用轉(zhuǎn)變而成的。這個轉(zhuǎn)變過程叫做植物的成煤作用。一般認為，成煤過程分為兩個階段泥炭化階段和煤化階段。前者主要是生物化學過程，后者是物理化學過程。在泥炭化階段，植物殘骸既分解又化合，最后形成泥炭或腐泥。泥炭和腐泥都含有大量的腐植酸，其組成和植物的組成已經(jīng)有很大的不同。煤化階段包含兩個連續(xù)的過程：第一個過程，在地熱和壓力的作用下，泥炭層發(fā)生壓實、失水、肢體老化、硬結(jié)等各種變化而成為褐煤。褐煤的密度比泥炭大，在組成上也發(fā)生了顯著的變化，碳含量相對增加，腐植酸含量減少，氧含量也減少。因為煤是一種有機巖，所以這個過程又叫做成巖作用。第二

2、個過程，是褐煤轉(zhuǎn)變?yōu)闊熋汉蜔o煙煤的過程。在這個過程中煤的性質(zhì)發(fā)生變化，所以這個過程又叫做變質(zhì)作用。地殼繼續(xù)下沉，褐煤的覆蓋層也隨之加厚。在地熱和靜壓力的作用下，褐煤繼續(xù)經(jīng)受著物理化學變化而被壓實、失水。其內(nèi)部組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)都進一步發(fā)生變化。這個過程就是褐煤變成煙煤的變質(zhì)作用。煙煤比褐煤碳含量增高，氧含量減少，腐植酸在煙煤中已經(jīng)不存在了。煙煤繼續(xù)進行著變質(zhì)作用。由低變質(zhì)程度向高變質(zhì)程度變化。從而出現(xiàn)了低變質(zhì)程度的長焰煙、氣煤，中等變質(zhì)程度的肥煤、焦煤和高變質(zhì)程度的瘦煤、貧煤。它們之間的碳含量也隨著變質(zhì)程度的加深而增大。溫度對于在成煤過程中的化學反應有決定性的作用。隨著地層加深，地溫升高

3、，煤的變質(zhì)程度就逐漸加深。高溫作用的時間愈長，煤的變質(zhì)程度愈高，反之亦然。在溫度和時間的同時作用下，煤的變質(zhì)過程基本上是化學變化過程。在其變化過程中所進行的化學反應是多種多樣的，包括脫水、脫羧、脫甲烷、脫氧和縮聚等。壓力也是煤形成過程中的一個重要因素。隨著煤化過程中氣體的析出和壓力的增高，反應速度會愈來愈饅，但卻能促成煤化過程中煤質(zhì)物理結(jié)構(gòu)的變化，能夠減少低變質(zhì)程度煤的孔隙率、水分和增加密度。當?shù)厍蛱幱诓煌刭|(zhì)年代，隨著氣候和地理環(huán)境的改變，生物也在不斷地發(fā)展和演化。就植物而言，從無生命一直發(fā)展到被子植物。這些植物在相應的地質(zhì)年代中造成了大量的煤。在整個地質(zhì)年代中，全球范圍內(nèi)有三個大的

4、成煤期：(1)古生代的石炭紀和二迭紀，成煤植物主要是袍子植物。主要煤種為煙煤和無煙煤。(2)中生代的株羅紀和白堊紀，成煤植物主要是裸子植物。主要煤種為褐煤和煙煤。(3)新生代的第三紀，成煤植物主要是被子植物。主要煤種為褐煤，其次為泥炭，也有部分年輕煙煤。天然氣的成因天然氣與石油生成過程既有聯(lián)系又有區(qū)別：石油主要形成于深成作用階段，由催化裂解作用引起，而天然氣的形成則貫穿于成巖、深成、后成直至變質(zhì)作用的始終；與石油的生成相比，無論是原始物質(zhì)還是生成環(huán)境，天然氣的生成都更廣泛、更迅速、更容易，各種類型的有機質(zhì)都可形成天然氣——腐泥型有機質(zhì)則既生油又生氣，腐植形有機質(zhì)主要生成氣態(tài)烴。因此天然

5、氣的成因是多種多樣的。歸納起來，天然氣的成因可分為生物成因氣、油型氣和煤型氣。近年來無機成因氣尤其是非烴氣受到高度重視，這里一并簡要介紹，最后還了解各種成因氣的判別方法。天然氣形成一、生物成因氣1.概念生物成因氣—指成巖作用（階段）早期，在淺層生物化學作用帶內(nèi)，沉積有機質(zhì)經(jīng)微生物的群體發(fā)酵和合成作用形成的天然氣。其中有時混有早期低溫降解形成的氣體。生物成因氣出現(xiàn)在埋藏淺、時代新和演化程度低的巖層中，以含甲烷氣為主。2.形成條件生物成因氣形成的前提條件是更加豐富的有機質(zhì)和強還原環(huán)境。最有利于生氣的有機母質(zhì)是草本腐植型—腐泥腐植型，這些有機質(zhì)多分布于陸源物質(zhì)供應豐富的三角洲和沼澤湖濱帶

6、，通常含陸源有機質(zhì)的砂泥巖系列最有利。硫酸巖層中難以形成大量生物成因氣的原因，是因為硫酸對產(chǎn)甲烷菌有明顯的抵制作用，H2優(yōu)先還原SO42-→S2-形成金屬硫化物或H2S等，因此CO2不能被H2還原為CH4。甲烷菌的生長需要合適的地化環(huán)境，首先是足夠強的還原條件，一般Eh＜-300mV為宜（即地層水中的氧和SO42-依次全部被還原以后，才會大量繁殖）；其次對pH值要求以靠近中性為宜，一般6.0～8.0，最佳值7.2～7.6；再者，甲烷菌生長溫度O～75℃，最佳值37～42℃。沒有這些外部條件，甲烷菌就不能大量繁殖，也就不能形成大量甲烷氣。3.化學組成生物成因氣的化學組成幾乎全是甲烷，

7、其含量一般＞98%，高的可達99%以上，重烴含量很少，一般＜1%，其余是少量的N2和CO2。因此生物成因氣的干燥系數(shù)（Cl/∑C2+）一般在數(shù)百～數(shù)千以上，為典型的干氣，甲烷的δ13C1值一般-85～-55‰，最低可達-100‰。世界上許多國家與地區(qū)都發(fā)現(xiàn)了生物成因氣藏，如在西西伯利亞683-1300米白堊系地層中，發(fā)現(xiàn)了可采儲量達10.5萬億m3的氣藏。我國柴達木盆地（有些單井日產(chǎn)達1百多萬方）和上海地區(qū)（長江三角洲）也發(fā)現(xiàn)了這類氣藏。二．油