第三章煤儲層含氣性及其地質控制煤儲層含氣性可從諸多方面進行表征，如煤層氣、煤層含氣量、含氣飽和度、可解吸收率以及煤層氣資源量、資源豐度等。第一節主要內容：煤層氣含量是地層條件下煤中含有天然氣體的數量，常用噸煤立方米表示。在煤層氣資源勘探中，煤層含氣量是需要確定的最基本參數。一、煤層含氣量測定方法1、USBM直接法采用USBM直接法，煤層含氣量由三階段實測氣量構成，即逸散氣量、解吸氣量和殘留氣量。逸散氣量是從鉆至煤層到煤樣裝入解吸罐以前自然析出的煤層氣量，無法直接測得，通常依據前兩小時解吸資料推測。解吸氣量是解吸罐中含氣煤樣在常壓和儲層溫度下自然脫附出來的煤層氣量。殘留氣量是上一階段自然解吸后殘留在煤樣中的煤層氣量。2、MT77—94解吸法我國多數煤炭企業目前采用中國煤炭行業標準（MT77—94）來測定煤層含氣量。采用這種方法，煤層含氣量由損失氣量、現場2h解吸量、真空加熱脫氣量、粉碎脫氣量四部分構成。二、逸散/損失氣量的估算解吸氣和逸散氣（損失氣量）是煤層氣的可采部分。三、相態含氣量在地層條件下，煤層氣含量是吸附氣、游離氣、水溶氣三相動態平衡的結果。一般來說，煤層氣中吸附氣占80%—92%，水溶氣、游離氣在低煤級煤儲層中占有較高比例。溶解氣含量甲烷溶解度實驗表明：如果礦化度相同，則甲烷在水中的溶解度隨壓力的增加而增大；當溫度低于80°C時，甲烷溶解度隨溫度升高而降低。甲烷在煤層水中的溶解度大于去離子水中的溶解度，去離子水中的溶解度又大于相同礦化度水中的溶解度；壓力越高，這一趨勢越明顯。由此推測，煤層水中所含有機質對甲烷具有較強的吸附作用。四、我國煤層含氣量區域分布規律我國以含氣煤層為主，主要分布在西北地區、華南地區東部、華北地區東部和東北地區北部；富氣煤層主要分布于華南地區西部、華北地區中部和東北地區南部；極富氣煤層分布面積相對局限，主要位于華南地區蓄洪區和西北部、華北地區中南部和北緣。第二節主要內容：解吸與吸附幾乎完全可逆。一、解吸率與解吸量在由三階段氣（逸散氣、解吸氣和殘余氣）所構成的煤層氣含氣量中，逸散氣量與解吸氣量之和為理論可解吸量，它與總含氣量的百分比成為理論可解吸率。煤層甲烷解吸率受煤的吸附勢、煤層氣含氣量、儲層壓力等影響，也與煤層埋藏深度有關。二、吸附時間在標準溫度和標準壓力狀態下，實測解吸氣體累計達到總解吸氣量63%時所對應的時間，稱為吸附時間。吸附時間與逸散氣無關，它取決于煤的物質組成、煤基塊大小、孔隙結構、煤級、天然裂隙間距等地質因素。三、解吸速率單位時間內的煤層氣解吸量，稱為煤層氣解吸速率。煤層氣解吸速率總體上表現為快速下降，但初期階段存在一個升高過程。儲層條件下的解吸速率因壓降不同將變得更加復雜。同一地區不同煤層的甲烷解吸速率往往也有較大差異。四、含氣飽和度與理論采收率在地層條件下，煤層實際含氣量與理論飽和含氣量之百分比，稱為含氣飽和度，可由煤層含氣量、儲層壓力、等溫吸附常數計算出來。根據含氣飽和度可對煤儲層進行劃分：飽和煤儲層，含氣飽和度為100%;欠飽和煤儲層，含氣飽和度低于100%；過飽和煤儲層，含氣飽和度高于100%。煤層含氣量中可采收氣量與總量之百分比，稱為煤層氣采收率。煤層氣理論可采收率一般采用三種方式進行預測：其一，直接解吸法，根據煤樣解吸資料求算解吸率，以解吸率來衡量可采收率；其二，等溫吸附法，通過等溫吸附實驗求得相關參數，進而根據理論關系估算煤層氣理論最大可采率；其三，儲層數值模擬法，采用基于吸附一解吸一擴散一滲流相關定律建立的煤層氣產能數值模擬方法，通過模擬求得煤層氣理論抽采率。解吸率法沒有考慮儲層實際壓力、溫度、煤吸附特性、抽采枯竭壓力等因素，可靠性較低，一般僅用于煤層氣可采潛力的初級評價。等溫吸附法在理論上模擬了儲層壓力、溫度、吸附特性、枯竭壓力等因素，雖然沒有考慮地層條件下的煤層氣擴散一滲流過程，但不失為一種對開發試驗有參考價值的評價方法。第三節主要內容：一、未采動區煤層含氣量未采動區煤層含氣量也常稱為原位含氣量，一般采用含氣量梯度法、等溫吸附+含氣飽和度法、地質類比分析法等進行預測。1、含氣量梯度法單位深度內煤層含氣量增加的幅度，稱為含氣量梯度。采用淺部含氣量梯度來預測深度煤層含氣量的方法，主要適用于同一構造單元內深部預測區，或不同構造單元中地質條件近似的預測區，是可靠程度較高且應用最廣的預測方法之一。其理論基礎為：在構造相對簡單的同一構造單元，控制煤層氣含量的地質因素基本相同，淺部煤層含氣性隨深度變化的規律同樣適合于深部煤層。2、等溫吸附一含氣飽和度法采用等溫吸附一含氣飽和度法預測煤層氣含量的理論基礎為：煤層含氣性取決于煤的吸附能力和含氣飽和度，即含氣量為最大吸附量與含氣飽和度的乘積。這種方法的預測精度相對較高，但應用前提要求較為嚴格。首先，具備煤的等溫吸附實測數據，實驗煤樣的煤級應與擬預測煤層相似；第二，采用適當方法，對煤層壓力有所了解；第三，了解煤儲層溫度及其隨深度的變化規律；第四，合理估算煤層的含氣飽和度。3、地質類比分析法如果預測區及其淺部煤層幾乎沒有煤質煤巖、煤層含氣性、煤吸附性等實測資料，地質類比分析就是預測煤層含氣量的唯一方法。通過對預測區煤層氣基本地質條件的綜合分析，選擇地質條件類似且擁有煤層含氣量預測結果的地區，作為預測區煤層含氣量預測的重要依據。4、測井曲線法應用該法的前提是，同一地區內有鉆孔煤層高分辨率測井曲線和與之匹配的煤層含氣量實測資料，未知區段有同一煤層的高分辨率測井曲線。二、采動影響區煤層動態含氣量采動影響區可劃分為三種類型，即本層采動影響區（水平采動影響區）、鄰近層采動影響區（垂向采動影響區）和煤炭資源殘留區。1、本煤層采動影響區本煤層采動影響區包括掘進巷道和采煤工作面導致的采動影響區。影響區內煤層動態含氣量與煤壁暴露時間（或采煤工作面推進速度）和距暴露煤壁的距離有關，任何一點的流速、流向和瓦斯壓力均隨時間而發生變化，即為非穩定流場。2、鄰近層采動影響區受擾動卸壓作用的影響，鄰近層煤層氣會不同程度地發生解吸，在礦井瓦斯抽放中用排放效率來度量。排放效率受多種因素的影響，如距開采層距離、開采層工作面采高、工作面采長、層間巖石性質、地應力等。3、煤炭資源殘留區煤炭資源殘留區是煤層開采之后煤炭資源損失量分布區，包括煤層頂部殘煤、煤層底部殘煤、各類煤柱等，其含氣量一般可為小于2m3/t，不參加煤層氣資源量計算。第四節主要內容：煤層氣富集的必要前提，是生成、儲集、封蓋、運移、聚集、保存等六方面條件及其動態發展過程的有利配置，是構造因素控制之下諸多地質因素耦合作用的結果。一、煤級與煤層氣富集我國礦區或井田煤層平均含氣量上限（包絡線）呈兩個顯著演化特征：①包絡線（某一煤級平均最高含氣量的連線）呈階段性演化趨勢；②位于包絡線附近的礦區或井田，均為煤儲層封蓋條件極好或煤儲層滲透率極差的地區。第一階段相當于褐煤至焦煤初期階段，平均最高含氣量隨煤級增高而呈線性急劇增大。第二階段包括焦煤、瘦煤、貧煤和無煙煤初期，煤級增高，平均最高含氣量緩慢增大。第三階段為低級無煙煤階段，平均最高含氣量急劇增高。第四階段從低級無煙煤末期至中級無煙煤末期，平均最高含氣量隨煤級增高而急劇降低，降至4m3/t以下，在高級無煙煤階段（鏡質組最大反射率大于6%）的煤層中幾乎不含甲烷。二、構造類型與煤層氣富集根據形態和動力學特征，與煤層氣有關的構造可歸納為向斜構造、背斜構造、褶皺一逆沖推覆構造、伸展構造四個大類，以及10種基本構造類型和14種構造形態。不同類型地質構造在形成過程中構造應力場及其內部應力分布狀況的不同，均會導致煤層氣保存條件出現差異,進而程度不等地影響到煤儲層的含氣性。三、沉積作用與煤層氣富集不同沉積體系中，煤層賦存于成因地層單元（旋回）中的不同位置，與頂板甚至頂板之上一定距離內的圍巖構成各式各樣的組合關系，形成了再區域上具有一定展布規律的六種儲蓋組合基本成因類型。根據對煤儲層封蓋能力的強弱，上述六種類型又可進一步被歸納為三大類別：第一大類包括淺海一障壁海岸和湖泊兩種類型，對煤儲層的封蓋能力較強；第二大類為濱海三角洲類型，是我國晚古生代含煤地層的主要沉積體系，但封蓋能力變化較大；第三大類別包括淺海一無障壁海岸、河流和淺海三種類型，封蓋能力總體上較差。砂巖頂底板在總體上不利于煤層氣的保存，煤層氣含氣量一般與上覆砂巖厚度呈指數下降關系，但其成分結構的不同及成巖后生作用的差異，封蓋能力變化較大。灰巖作為煤儲層直接頂底板，只有在構造運動較弱的地區，溶洞、縫合線不發育的致密灰巖才可形成一定的封蓋能力。泥巖是碎屑海岸相和湖泊相成因煤儲層的常見頂底板巖石類型，在區域上往往具有一定的穩定性和連續性，故常可被看做煤儲層的區域性蓋層。油頁巖致密度高、韌性大、裂隙不發育，含油率和水分含量高，導致孔隙率低、滲透率小，是煤儲層最理想的封蓋層。煤層頂底板巖層對煤儲層的圭寸閉機理，可分為薄膜圭寸閉、水力圭寸閉、壓力圭寸閉、濃度封閉等類型。擴散作用只要存在濃度差就能發生，在煤化作用的各個階段始終存在。煤層氣通過圍巖的擴散作用大于補給作用，則造成煤儲層氣體不飽和，因此圍巖的厚度和結構是影響煤層氣逸散和聚集的重要因素。煤儲層的物質組成與吸附性有關，并通過對裂隙發育特征的控制