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杨起:我国应大力开发利用煤层气资源

来源:科学时报      日期:2016-04-27

21世纪,我国的能源状况十分严峻。能源供需矛盾直接威胁到国家能源安全,而燃煤造成的环保压力也要求我国必须改善以煤为主的能源结构。其中,大力开发利用煤层气资源是解决问题的办法之一。 

以甲烷为主要成分的煤层气亦称煤层甲烷、煤层瓦斯或煤矿瓦斯,它生于煤层、储于煤层,主要以气态形式吸附于煤层中,有别于主要呈游离状态存在于地层中的常规天然气,也因此而被称为非常规天然气。我国煤层气资源丰富,埋深于2000m以浅者约为30万~35万亿立方米,约占世界煤层气资源总量的13%,居世界前列。丰富的煤层气资源,既能作为我国重要的接替能源,又能改善我国以煤为主的能源结构。而且,先采煤层气再采煤和抽出并利用煤矿中的瓦斯两种方式,都是减少煤矿事故的有效措施。甲烷造成的温室效应是二氧化碳的20倍,其破坏臭氧层的能力为二氧化碳的7倍,若将我国每年排放到大气层的煤矿瓦斯作为能源加以利用,就能为保护人类生存环境作出贡献。况且,先采煤层气再采煤的方式还能降低采煤成本。因此,开发利用煤层气既可增加新的洁净能源,又能提高煤矿安全水平、降低采煤成本,是变害为利、变废为宝的好途径,可谓一举多得。 

我国煤层气勘探起步较晚,开始阶段学习美国“中煤级煤生储优势与高煤级煤产气缺陷”的经验,以中煤级煤为煤层气勘探目标,因而走了一段弯路。实际上,我国的煤层气地质比美国复杂得多。其中,我国中、新生代岩浆,尤其是燕山期岩浆具有沿多个纬向构造带和北东—北北东向构造带侵入的方向性。比如沿北纬37°~38°构造带断续侵入的燕山期岩浆,影响到的煤田、煤产地就有西起新疆南部的英吉沙、莎车,南疆东部的且末、阿羌,青海的大柴旦、热水,甘肃的九条岭、古浪、景泰,宁夏的中卫、中宁、韦州,山西的临县、太原西山、阳泉。再往东,由于嫩江—紫荆关断裂的右旋活动,将原来应分布在断裂以东北纬37°~38°之间的河北省武安、峰峰,山东的济南一带黄河北、淄博、潍坊等地的煤田或煤产地向南推移了约100公里,移到北纬36°~37°。 

被岩浆侵入的煤田、矿区,其煤层不仅经受深成变质形成了低煤级煤,而且叠加了区域岩浆热变质,使部分煤级达到了中高级,形成煤变质分带,导致我国赋存了适用于工业与民用的多种煤级煤。更重要的是,经受区域岩浆热变质的煤,在煤级提高的同时,煤层发生“叠加生烃”,增加了煤层气含量,而且作为煤层气渗流、运移通道的煤层割理,不仅数量增加而且原有的割理也会加长加宽,从而改善了煤层的渗透率与运移性,使只进行深成变质作用的华北晚古生煤,由于成煤时代早,所含煤层气长期逸散而残余量不多;煤层经长时期压实,渗透率低,不利于成藏,如石炭二叠纪的气煤,其含气量为6.8m3/t,渗透率为0.2md(毫达西),达不到煤层气的开发要求;但经过燕山期岩浆侵入从而煤层叠加了区域岩浆热变质,如沁水盆地南部晋城一带的瘦煤——无烟煤,其含气量高达15~20m3/t,渗透率一般为0.5~1.6md;沁水盆地北部寿阳—阳泉的贫煤、无烟煤含气量为13m3/t,渗透率>3.0md,晋城潘庄井田3号煤层的渗透率达到3.6md,煤层气单井日产量为3000~6000m3。这种情况的出现,正是因为晋城位于北纬35°~36°构造带,寿阳、阳泉处于北纬37°~38°构造带,都是受到燕山期岩浆侵入,叠加了区域岩浆热变质的结果。 

在《中国煤变质作用》一书中,笔者将中国煤变质的这种特点以及其他特点概括为“中国煤变质的多阶段演化与多热源叠加变质作用”。当然,我国有利于煤层气富集高渗的,应是经受区域岩浆热变质作用形成的煤级分带中的各煤级煤。我国有1450多个县赋存煤资源,若煤厚等条件适宜,我国有可能发现更多受到区域岩浆热变质的煤发育的、富集高渗的煤层气。因此,应首先进行煤的叠加变质作用对煤层气成藏机理的研究,此项研究涉及到我国煤层气资源量的增加与勘探区的选择;还要在受到区域岩浆热变质煤中寻找煤层气勘探区;另外,也要重视西北省区的中生代低煤级煤。 

为了改善我国以煤为主的能源结构,除了开展煤的液化、气化、综合利用、合理利用,加强推广“洁净煤技术”(CCT)之外,加速开发利用我国丰富的煤层气资源作为部分接替能源(还有可再生能源),势在必行。煤层气开发具有“投入高,周期长”的特点,因此更应抓紧时间。我把煤层气比作出污泥而不染的荷花,它虽生成并储存于煤中,却洁净与高效。 

我国的能源战略目标是“开发新能源,实现能源利用与环境保护同步,保证可持续发展”,为了贯彻落实这一重大战略,应大力开发利用煤层气,为提高人民生活、保障生产和经济发展,维护国家的能源安全作出应有的贡献。 

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杨起:我国应大力开发利用煤层气资源

来源:科学时报 日期:2016-04-27

21世纪,我国的能源状况十分严峻。能源供需矛盾直接威胁到国家能源安全,而燃煤造成的环保压力也要求我国必须改善以煤为主的能源结构。其中,大力开发利用煤层气资源是解决问题的办法之一。 

以甲烷为主要成分的煤层气亦称煤层甲烷、煤层瓦斯或煤矿瓦斯,它生于煤层、储于煤层,主要以气态形式吸附于煤层中,有别于主要呈游离状态存在于地层中的常规天然气,也因此而被称为非常规天然气。我国煤层气资源丰富,埋深于2000m以浅者约为30万~35万亿立方米,约占世界煤层气资源总量的13%,居世界前列。丰富的煤层气资源,既能作为我国重要的接替能源,又能改善我国以煤为主的能源结构。而且,先采煤层气再采煤和抽出并利用煤矿中的瓦斯两种方式,都是减少煤矿事故的有效措施。甲烷造成的温室效应是二氧化碳的20倍,其破坏臭氧层的能力为二氧化碳的7倍,若将我国每年排放到大气层的煤矿瓦斯作为能源加以利用,就能为保护人类生存环境作出贡献。况且,先采煤层气再采煤的方式还能降低采煤成本。因此,开发利用煤层气既可增加新的洁净能源,又能提高煤矿安全水平、降低采煤成本,是变害为利、变废为宝的好途径,可谓一举多得。 

我国煤层气勘探起步较晚,开始阶段学习美国“中煤级煤生储优势与高煤级煤产气缺陷”的经验,以中煤级煤为煤层气勘探目标,因而走了一段弯路。实际上,我国的煤层气地质比美国复杂得多。其中,我国中、新生代岩浆,尤其是燕山期岩浆具有沿多个纬向构造带和北东—北北东向构造带侵入的方向性。比如沿北纬37°~38°构造带断续侵入的燕山期岩浆,影响到的煤田、煤产地就有西起新疆南部的英吉沙、莎车,南疆东部的且末、阿羌,青海的大柴旦、热水,甘肃的九条岭、古浪、景泰,宁夏的中卫、中宁、韦州,山西的临县、太原西山、阳泉。再往东,由于嫩江—紫荆关断裂的右旋活动,将原来应分布在断裂以东北纬37°~38°之间的河北省武安、峰峰,山东的济南一带黄河北、淄博、潍坊等地的煤田或煤产地向南推移了约100公里,移到北纬36°~37°。 

被岩浆侵入的煤田、矿区,其煤层不仅经受深成变质形成了低煤级煤,而且叠加了区域岩浆热变质,使部分煤级达到了中高级,形成煤变质分带,导致我国赋存了适用于工业与民用的多种煤级煤。更重要的是,经受区域岩浆热变质的煤,在煤级提高的同时,煤层发生“叠加生烃”,增加了煤层气含量,而且作为煤层气渗流、运移通道的煤层割理,不仅数量增加而且原有的割理也会加长加宽,从而改善了煤层的渗透率与运移性,使只进行深成变质作用的华北晚古生煤,由于成煤时代早,所含煤层气长期逸散而残余量不多;煤层经长时期压实,渗透率低,不利于成藏,如石炭二叠纪的气煤,其含气量为6.8m3/t,渗透率为0.2md(毫达西),达不到煤层气的开发要求;但经过燕山期岩浆侵入从而煤层叠加了区域岩浆热变质,如沁水盆地南部晋城一带的瘦煤——无烟煤,其含气量高达15~20m3/t,渗透率一般为0.5~1.6md;沁水盆地北部寿阳—阳泉的贫煤、无烟煤含气量为13m3/t,渗透率>3.0md,晋城潘庄井田3号煤层的渗透率达到3.6md,煤层气单井日产量为3000~6000m3。这种情况的出现,正是因为晋城位于北纬35°~36°构造带,寿阳、阳泉处于北纬37°~38°构造带,都是受到燕山期岩浆侵入,叠加了区域岩浆热变质的结果。 

在《中国煤变质作用》一书中,笔者将中国煤变质的这种特点以及其他特点概括为“中国煤变质的多阶段演化与多热源叠加变质作用”。当然,我国有利于煤层气富集高渗的,应是经受区域岩浆热变质作用形成的煤级分带中的各煤级煤。我国有1450多个县赋存煤资源,若煤厚等条件适宜,我国有可能发现更多受到区域岩浆热变质的煤发育的、富集高渗的煤层气。因此,应首先进行煤的叠加变质作用对煤层气成藏机理的研究,此项研究涉及到我国煤层气资源量的增加与勘探区的选择;还要在受到区域岩浆热变质煤中寻找煤层气勘探区;另外,也要重视西北省区的中生代低煤级煤。 

为了改善我国以煤为主的能源结构,除了开展煤的液化、气化、综合利用、合理利用,加强推广“洁净煤技术”(CCT)之外,加速开发利用我国丰富的煤层气资源作为部分接替能源(还有可再生能源),势在必行。煤层气开发具有“投入高,周期长”的特点,因此更应抓紧时间。我把煤层气比作出污泥而不染的荷花,它虽生成并储存于煤中,却洁净与高效。 

我国的能源战略目标是“开发新能源,实现能源利用与环境保护同步,保证可持续发展”,为了贯彻落实这一重大战略,应大力开发利用煤层气,为提高人民生活、保障生产和经济发展,维护国家的能源安全作出应有的贡献。