文档介绍：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1(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。2二、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。3(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。4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。5I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6(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。7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)8图4-2 煤化过程中生成的甲烷(据吴佩芳等,2000)9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。10