文档介绍：1
一、瓦斯的化学组分
(一)烃类气体
瓦斯的主要成分是甲烷,其含量一般大于80%,其他烃类气体含量极少。在同一煤阶中,通常是烃类气体含量随埋藏深度的增大而增加,重烃气主要分布于未受风化的煤层中。此外,重烃含量与煤变质程度有关,通常中变质煤的重烃含量高,低、高变质煤的重烃含量低。
第一节煤层瓦斯地球化学特征
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(二)非烃类气体
煤层瓦斯中非烃类气体含量通常小于20%。如美国阿巴拉契亚盆地、阿科马盆地和黑勇士盆地,其煤层瓦斯中非烃类气体含量极低,远远低于10%。非烃类气体中,氮气含量约占2/3,二氧化碳约占1/3。某些煤层瓦斯的氮气和二氧化碳含量变化很大。%~%之间,%~%之间。二氧化碳易溶于水且易被地下水带走,因而此其含量受地下水活动影响较大。此外,氮气和二氧化碳含量亦受煤层埋深和煤变质程度影响。一般而言,越靠近地表,氮气和二氧化碳的含量越高;煤变质程度越高,氮气和二氧化碳的含量越低。
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二、影响瓦斯地球化学组成的地质因素
瓦斯的地球化学组成主要受煤岩组分(母质)、煤阶、生气过程、埋藏深度及相应的温压条件等因素影响。此外,水动力条件和次生作用(如混合、氧化作用)等也能够影响瓦斯的地球化学组成。
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(一)煤岩组分的影响
大多数煤归类为腐殖型干酪根,其煤岩组分以镜质组为主,并含有少量的壳质组和惰质组。壳质组通常相对富氢,是煤成油的主要显微组分,具有很高的生烃能力。有机岩石学和地球化学最新研究已证明:镜质组与Ⅲ型干酪根的热演化途径一致,主要生成甲烷和其他气体;镜质组富氢的某些组分亦可生成液态烃;惰质组的产气量比相同煤阶的壳质组和镜质组低。三种煤岩组分的烃气产率以壳质组最高,镜质组次之,惰质组最低。
对于中、高挥发分烟煤(中变质煤),腐泥型煤(Ⅰ、Ⅱ型干酪根,主要为壳质组和富氢镜质组)能够生成湿气和液态烃,而腐殖型煤(Ⅲ型干酪根,主要含镜质组)则生成较干的气体。高变质煤中的瓦斯由残留干酪根和早期生成的重烃裂解而形成。
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干酪根(Kerogen)一词最初被用来描述苏格兰油页岩中的有机质,它经蒸馏后能产出似蜡质的粘稠石油。现在为人们所普遍接受的概念是:干酪根是沉积岩中不溶于一般有机溶剂的沉积有机质。与其相对应,岩石中可溶于有机溶剂的部分,称为沥青。
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I型干酪根(称为腐泥型):以含类脂化合物为主,直链烷烃很多,多环芳烃及含氧官能团很少,具高氢低氧含量,它可以来自藻类沉积物,也可能是各种有机质被细菌改造而成,生油潜能大,。
Ⅱ型干酪根:氢含量较高,但较Ⅰ型干酪根略低,为高度饱和的多环碳骨架,含中等长度直链烷烃和环烷烃较多,也含多环芳烃及杂原子官能团,来源于海相浮游生物和微生物,生油潜能中等,。
Ⅲ型干酪根(称为腐殖型):具低氢高氧含量,以含多环芳烃及含氧官能团为主,饱和烃很少,来源于陆地高等植物,对生油不利,,但可成为有利的生气来源
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(二)煤化程度的影响
煤化程度是控制气体生成量和组分的重要因素。一般而言,煤变质程度越高,生成的气体量也越多。低变质煤(亚烟煤至中挥发分烟煤)生成的热成因气以二氧化碳为主,高变质煤(低挥发分烟煤及以上煤阶的煤)生成的气体主要成分为甲烷。
(三)瓦斯成因的影响
瓦斯生成包括生物成因和热成因两个过程(见图4-1,图4-2)。生物成因气和热成因气在形成时间、生成温压、母质和生气机理(有无细菌活动等)方面的差异,导致这两个过程中所生成的瓦斯组成有较大差异。
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图4-1 煤层瓦斯生成过程(据吴佩芳等煤层气开发理论与实践,2000)
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图4-2 煤化过程中生成的甲烷(据吴佩芳等,2000)
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生物成因气由二氧化碳还原作用和有机酸发酵作用生成。通常,由二氧化碳还原作用生成的甲烷的碳同位素较轻,且富氘;由有机酸发酵作用生成的甲烷的碳同位素较重,且消耗氘。
与生物成因气相比,热成因气有如下特征:①重烃一般出现在中高挥发分烟煤和煤化程度更高的煤中;②随着煤化程度的增高,重同位素13C在甲烷和乙烷中富集;③随着煤化程度的增高,甲烷也相对富集氘。