不同煤体结构煤储层物性差异分析

1. 不同煤体结构煤储层物性差异分析

李松 汤达祯 许浩 陶树 蔡佳丽
基金项目:国家自然科学基金重点资助项目(40730422);国家科技重大专项课题34(2011ZX05034);中央高校基本科研业务费专项资金资助
作者简介:李松,1985年生,男,江苏省沛县人,博士研究生,从事能源地质方面的研究。E-mail:lisong85@126.com
(中国地质大学(北京)能源学院 北京 100083)
摘要:本次研究以不同煤体结构的煤储层物性的差异分析为切入点,运用各种实验测试手段,探讨了煤体结构和煤储层物性的耦合关系。结果表明:煤岩随着应力的增强,吸附能力不断增大,煤中吸附孔隙类型由封闭型孔变为开放型孔,有利于煤层气的吸附、解吸和扩散。渗流孔隙和微裂隙随着应力的增强在初碎裂煤阶段骤减,而后增加,在碎裂煤阶段最为发育,而到了糜棱煤阶段,煤岩发生塑性变形,其发育程度再次减小,碎裂煤对煤层气的产出最为有利。煤体结构变形可分为五个阶段,包括裂隙闭合阶段、微裂隙产生阶段、宏观裂隙产生阶段、沿某破裂面破坏阶段和流变破坏阶段,表述了各阶段煤岩渗透率的变化规律。
关键词:煤体结构 储层物性 孔隙 裂隙
Coal Reservoir Property Differences Analysis of Different Coal Structure
LI Song TANG Dazhen XU Hao TAO Shu CAI Jiali
(School of Energy Resources, China University of Geosciences, Beijing 100083, China)
Abstract: This paper focused on the influence of coal structure types on the coal reservoir properties, using a variety of testing methods studied the connection between coal structure types and properties. The results showed that: with the stress increasing, the coal reservoir adsorption capacities improved, and the adsorption pores changed from enclosed types to open pores which are conducive to the adsorption, desorption and diffusion of the coalbed methane. Seepage pores and microfracures firstly sharply decreased with the stress increasing in the proto- cataclastic coal stage, then increased and most developed in the cataclastic coal stage, while in the mylonitic coal stage the seepage pores and microfractures reduced again, thus, the cataclastic coals are most favorable to the production of coalbed methane. The evolution of the coal structure can be divided into five stages, including the closing stages of fractures, the microfractures development stage, cracks development stage, damage along cer- tain fracture plane and rheological destruction stage.
keywords: coal structure;reservoir properties; porosity; cracks
我国的含煤盆地具有复杂的构造演化史,尤其在中国南方地区,煤层受多期构造运动的叠加改造,不仅导致煤盆地结构发生变化,也使煤层结构发生了强烈变形,煤储层物性发生了根本性的变化,煤储层非均质性增强,从而加大了我国煤层气勘探和开发的难度(姜波等,1998;琚宜文等,2002;傅雪海等,1999)。目前我国在对构造煤储层物性特征方面缺乏深入研究和探讨,由于构造复杂,甚至将构造煤视为煤层气开发的“禁区”(杨陆武等,2001)。针对这一问题,本次研究采集了不同煤体结构的煤岩样品进行了各种测试及实验,以不同煤体结构的煤储层物性的差异分析为切入点,力求在煤体结构和煤储层物性的相互关系方面取得突破。
样品采自云南省老厂地区箐地沟煤矿,样品涵括了原生结构煤、初碎裂煤、碎裂煤和糜棱煤。为了对具有不同煤体结构煤岩样品的物性特征进行多技术综合表征,本次研究设计并开展了多项测试及实验,对采集煤样的孔裂隙系统及物性参数进行了系统的分析。首先,从四种不同煤体结构的煤岩样品中分别钻取2个直径约25mm的岩心柱样,一套柱样用于压汞孔隙测试,另一套用于煤岩常规孔渗分析;然后将钻取柱样时剩余的块状样品用于制作煤岩光片,进行煤岩显微裂隙测定;剩余的颗粒状样品用于煤岩液氮比表面、孔径测试、工业分析和甲烷等温吸附实验。
1 煤储层孔隙结构特征
1.1 吸附孔隙结构特征
煤的吸附孔是指孔径小于100nm的孔隙,包括小孔、微孔等孔隙空间(ХоДоТBB et al.,1996)。液氮吸附法能够非常有效地区分吸附孔中的微孔和小孔,对研究煤储层吸附孔径结构具有一定的优势(陈萍等,2001)。四块煤样的液氮吸附实验结果呈现出很好的规律性(表1),原生结构煤、初碎裂煤、碎裂煤和糜棱煤所受到的构造应力依次增大,随着应力条件的增强,各煤岩样品的BET比表面积和BJH总孔体积依次升高。微孔和小孔含量也随着应力的增大发生相应的变化,箐地沟煤矿煤的演化程度已经达到无烟煤阶段,因此该煤矿的原生结构煤的微孔含量较高,达83.3%,随着应力作用的增强,微孔趋于闭合,小孔变为更小的孔隙,部分大中孔变为小孔,相对来说,微孔数量的减少要大于小孔数量的减少,因此小孔含量相对增加。从原生结构煤到糜棱煤小孔含量从16.7%变为65.4%,平均孔直径也从10.6nm增大到17.8nm。
表1 液氮吸附实验测试数据表


四块煤样的液氮吸/脱附曲线呈现不同的形态,尤其糜棱煤与其他煤样存在较大的差异(图1)。糜棱煤的吸附曲线从压力接近P0时开始迅速增加,曲线变陡,吸附量迅速增大,最大吸附量可达2.0mL/g;而原生结构煤、初碎裂煤和碎裂煤的最大吸附量较小,均在0.6mL/g以下,吸附曲线整体比较平缓,吸附能力糜棱煤>碎裂煤>初碎裂煤>原生结构煤。随着应力的增加,煤岩小孔含量逐渐高于微孔,煤储层的BET比表面,BJH总孔体积和平均孔直径相对增高,煤岩吸附能力随之增大。糜棱煤和碎裂煤的吸/脱附曲线都存在较为明显的吸附回线,反映的孔隙类型是开放型的圆筒孔和平行板状孔;而原生结构煤和初碎裂煤的吸/脱附曲线近乎重合,孔隙多为一端封闭型孔。总体而言,随着应力的增强,煤岩吸附能力不断增大,煤中吸附孔隙类型由封闭型孔变为开放型孔,应力的增大使得煤岩吸附孔隙的吸附能力和孔隙类型变好,有利于煤层气的吸附、解吸和扩散。

图1 典型液氮孔隙模型

1.2 渗流孔隙结构特征
煤储层中孔径大于100nm的孔隙为渗流孔隙,主要由大孔和中孔组成,其孔径结构对煤的渗透性及开发阶段煤层气的产出具有重要意义。本文研究煤储层渗流孔隙结构采用了压汞测试方法,压汞法可以定量得到孔径大于3.75nm的孔隙参数,这种方法在测试煤的大孔和中孔的孔径结构上具有一定的优势[7]。煤样的压汞测试结果表明:四块煤样的微小孔含量基本相当,但大中孔含量差异较大(表2),表明应力作用对煤岩的渗流孔隙的发育具有较强的控制作用。其中煤岩大孔含量碎裂煤>糜棱煤>原生结构煤>初碎裂煤,碎裂煤的大孔含量最高,达15.53%,其他三块样品的大孔含量均低于5%,原生结构煤的大孔含量为3.53%,初始的应力使得部分大孔转化为中孔,初碎裂煤的大孔含量相对减少,为2.97%,随着应力的增大,煤岩开始破裂,产生大量裂隙和大孔径孔隙,大孔含量明显增高,为15.53%,随着应力的进一步增大,煤岩变为糜棱煤,煤岩结构被严重破坏,大孔含量再次减少到4.71%。
表2 压汞孔隙测试数据表


在通过压汞测试的进、退汞曲线形态分析煤的渗流孔隙结构时,发现四块样品的压汞测试的进、退汞曲线形态显示出较大的差异(图2)。碎裂煤的进汞饱和度和退汞效率最高,而其他样品的进汞饱和度都较低,在30%左右,糜棱煤退汞效率最低,为32.35%,而其他样品的退汞效率均在60%左右。排驱压力碎裂煤糜棱煤5μm且长度L>10mm)是宏观能清晰辨认的裂隙;类型B(w>5μm且10mm≥1>1mm)是连续且较长的裂隙;类型C(w300μm)是时断时续的裂隙;类型D(w2;初碎裂煤的微裂隙发育密度最小,仅为14条/9cm2;糜棱煤为25条/9cm2;而原生结构煤的微裂隙密度为67条/9cm2。原生结构煤和初碎裂煤都未见A型裂隙发育;碎裂煤和糜棱煤中存在A型裂隙,研究表明后期的构造应力作用是产生A型裂隙的主要因素。
表3 微裂隙类型和密度统计表



图3 微裂隙的显微镜下特征

2.2 微裂隙特征
原生结构煤以D型微裂隙和C型微裂隙为主,两者交叉分布,联通性一般;初碎裂煤的微裂隙密度非常小,镜下特征显示为几条孤立存在的D型裂隙,B和C型裂隙极少,未见A型裂隙发育,连通性最差;碎裂煤的微裂隙相对较发育,且裂隙方向杂乱无章,分布极不规律,但裂隙之间的连通性非常好,有利于煤层气的渗流;糜棱煤的微裂隙多呈树枝状,其中类型B宽度较大,多为树枝状裂隙的树干部分,而裂隙C多较细而且延伸远,为树枝状裂隙的树枝部分。
3 煤储层吸附性和渗流能力
3.1 煤储层吸附性
通常用等温吸附实验的兰氏(Langmuir)参数来评价煤储层的吸附性能,常用参数有兰氏体积和兰氏压力(姚艳斌等,2007;张群等,1999):兰氏体积是煤层气储层的极限吸附量,代表煤层气储层的吸附能力;兰氏压力是实际吸附量达到极限吸附量50%时的压力,代表煤层气储层吸附气体的难易程度。等温吸附测试结果表明:四块煤岩的原煤兰氏体积在26.87~30.96m3/t之间,可燃基兰氏体积在30.45~38.94m3/t之间,兰氏压力在1.22~2.37MPa之间(表4)。煤的变质程度对煤的吸附性能具有决定性的作用,四块煤样的变质程度高,因此煤岩兰氏体积普遍较高,随煤级增高,煤中孔隙结构发生规律性变化,其中大孔、中孔逐渐闭合,而小孔和微孔逐渐增加,大量的小孔和微孔为甲烷气体提供了更多的吸附空间,提高了煤的吸附能力。碎裂煤的可燃基兰氏体积最低,原生结构煤、初碎裂煤和糜棱煤依次增高,糜棱煤最大,达到38.94m3/t。而原煤兰氏体积糜棱煤最低,为26.87m3/t,这是因为该块样品灰分含量极高,达到27.73%,显著高于其他样品,影响了其煤岩整体吸附能力。碎裂煤、原生结构煤、初碎裂煤和糜棱煤的兰氏压力依次升高,其煤岩吸附难易程度依次降低。
表4 等温吸附和工业分析数据表


3.2 煤储层渗流能力
原生结构煤、初碎裂煤、碎裂煤和糜棱煤的渗透率依次为0.0078mD、0.0028mD、3.53mD和0.00037mD,其中碎裂煤的渗透率最高,而其他煤样的渗透性较差。大孔含量、微裂隙密度与煤岩渗透率存在较好的正相关关系,大孔含量越高,微裂隙越发育,煤岩渗透性越好(图4)。碎裂煤的气测渗透率值为3.53mD,裂隙广泛发育是导致该样品的实测渗透率较高的主要原因。
煤体结构变形可分为五个阶段,包括AB段(裂隙闭合阶段)、BC段(微裂隙产生阶段)、CD段(宏观裂隙产生阶段)、DE段(沿某破裂面破坏阶段)和EF段(流变破坏阶段)(图5)。AB段(裂隙闭合阶段):煤岩在应力作用下裂隙受压闭合,其应力相对较小,而煤岩应变量较大,渗透率降低;BC段(微裂隙产生阶段):初期除产生弹性变形外,还表现为部分微裂隙摩擦滑动,开始不稳定扩展破裂,微裂隙的出现使得渗透率增大,随后随着应力作用的增强,煤岩非弹性体积增长,微裂隙大量出现并扩展,此阶段对应碎裂煤形成阶段,是渗透率增加速率最大阶段;CD段(宏观裂隙产生阶段):当扩容发生到一定程度时,煤岩便开始产生肉眼可以识别的宏观裂隙,此阶段对应碎裂煤,是渗透率极大值阶段;DE段(沿某破裂面破坏阶段):被贯通裂隙分割后煤岩沿贯通裂隙发生滑移,并有新裂隙面扩展贯通,此阶段对应碎裂煤晚期和碎粒煤早期,渗透率开始降低;EF段(流变破坏阶段):裂隙面不断扩展,形成流变破坏,对应糜棱煤阶段,渗透率急剧降低。

图4 渗透率的控制因素


图5 不同煤体结构煤岩渗透率变化特征

4 结论
将煤体结构变形分为五个阶段,包括裂隙闭合阶段、微裂隙产生阶段、宏观裂隙产生阶段、沿某破裂面破坏阶段和流变破坏阶段;原生结构煤、初碎裂煤、碎裂煤和糜棱煤所受的应力依次增大,随着应力的增强,煤岩吸附能力不断增大,煤中吸附孔隙类型由封闭型孔变为开放型孔,有利于煤层气的吸附、解吸和扩散。渗流孔隙和微裂隙随着应力的增强在初碎裂煤阶段骤减,而后增加,在碎裂煤阶段最为发育,而到了糜棱煤阶段,煤岩发生塑性变形,其发育程度再次减小,碎裂煤对煤层气的产出最为有利。碎裂煤、原生结构煤、初碎裂煤和糜棱煤的兰氏压力依次升高,其煤岩吸附难易程度依次降低;煤岩大孔含量及微裂隙密度与渗透率有较好的正相关关系。
参考文献
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2. 含煤沉积体系及成煤特征

一、冲积扇
1.沉积特征
冲积扇是从山地峡谷向开阔平原转变地带上的一种河流冲积沉积体。正如Bull(1968)指出:“冲积扇是一种河流沉积体，它的表面相似于一段锥形面，从河流离开山区处向下坡辐射开”，冲积扇沉积体系常成为大陆上最靠近物源区的粒度粗、分选差、沉积速率高的沉积体系(图8-21)。

图8-21 美国古近新近纪瓦萨茨组金兹勃瑞与蒙克利夫段(垂向、侧向及平面)相模式图(据Flores和Warwick，1984)

冲积扇沉积体系的出现、分布特征，以及其内部结构受许多因素控制。其中，构造条件的控制最直接、最明显。冲积扇大量地分布在构造活动区，如裂谷带中各类断陷盆地的边侧、与走滑断裂有关的拉分盆地边侧，以及断块构造、前陆盆地等地带中基底下降幅度大的地区。因而，在构造活动带的前沿形成以巨厚、粗粒、快速的垂向加积为主的冲积沉积体，有些构造地质学家将这种沉积称作一种构造相，用以判别和研究构造变形。
世界许多古生代、中新生代的断陷煤盆地，大多伴生这种沉积体系。例如，西班牙北部石炭纪煤田、澳大利亚悉尼盆地晚二叠世煤系中的冲积扇体系，我国东北中生代煤系及东北与西南地区的新生代煤系中，都发育有冲积扇沉积体系。
气候条件对冲积扇的形成和发育有影响。现代冲积扇大多见于干旱气候带。这种类型的冲积扇称为旱地扇或干扇。在潮湿气候带也有许多冲积扇形成和发育，这种类型的冲积扇称为湿地扇或湿扇。成煤的冲积扇体系都属于这种类型。
通常，冲积扇都是沿着其辐射的下坡前缘与山间的主干河道或宽阔的冲积平原衔接，因而冲积扇体系常与河流体系共存。但也有不少地区的冲积扇体系直接与大陆上的湖泊水体或海水接壤，这类冲积扇有人称为三角洲。成煤的冲积扇体系中，扇三角洲沉积体系的成煤作用，也日益得到广泛的研究。
2.冲积扇沉积体系的成煤特征
在含煤冲积扇沉积体系中，煤的聚集往往集中于特定的部位，这主要决定于控制泥炭沼泽形成和发育的自然地理条件。在冲积扇体系分布的范围内，有利于成煤的部位主要有扇间洼地、中扇朵叶体间洼地、扇尾地带和扇前缘外侧与河、湖、海环境的过渡地带(图8-22)。

图8-22 冲积扇沉积体系有利成煤部位示意图

扇间洼地由于地势低洼及缺少碎屑物的充分供应，并易于汇水，因而往往形成有利于成煤泥炭沼泽持续发育的场所，可以形成较厚的煤层，但侧向连续性差。
在扇中朵叶体间的洼地上，有利于成煤。当活动的扇叶迁移而改变位置后，废弃的扇朵叶体上，可以出现不甚持久的成煤条件，并形成薄煤层。根据Fernandez(1988)的资料，扇叶的形态是控制煤层分布的重要因素，最厚的煤层都位于扇朵叶体之间(图8-23)。

图8-23 玛丽亚煤与下伏拉沃兹砂等厚图图中箭头表示古流向(据Fernandez等，1988)

砂质远端扇的扇尾地带，河道沉积边侧的洪泛沉积上，可在洪水的间隔期发育大量的植被，如果间隔时间较长，在条件有利时也能形成薄煤及可采煤层，这是由于地下水的溢出往往为成煤提供了条件。
扇尾地带的外侧，成为与其他沉积体系相接触的过渡带，常成为最有利的成煤场所。我国东北地区晚中生代断陷盆地聚煤模式中有许多都是在上述条件下成煤的，成煤的有利部位都是在冲积扇沉积体系的扇间洼地、扇前与河、湖交界的开阔地带，以及网结河流经的地区。
二、河流沉积体系
1.沉积特征
河流作用一方面作为一种建造性的地质营力，为煤的聚集创造着成煤的场所和条件;另一方面作为一种改造性的地质营力，侵蚀和破坏着泥炭层或煤层。
河道的几何形态反映了河流多种参数的变化，如河流的坡降、横截面特征、流量、沉积负载的特征及流速等。通常依据河道的平面形态，将河流分为顺直河、辫状河、曲流河、网结河。
顺直河道一般少见，仅出现于某些河流的局部河段。辫状河的特征是坡降大，河身不固定，迁移甚快，多呈交叉状，其主要特征是河床内河心滩极发育，河道较直且弯度低，大多出现于山麓地带及三角洲平原上。曲流河的特征是河床坡降较小，河身较稳定;由于侧向迁移作用，造成河流弯曲度大，因而易出现截弯取直的袭夺现象，形成牛轭湖、废弃河道，其最主要的特征是边滩发育，沉积物搬运量较为稳定，这种河大多出现于河系的中下游地带。网结河的河道交织呈网状，分支河道之间为湿地和植被极为发育的地带，受到植物的保护作用，往往使河道位置稳定，不易迁移;河道形态较为复杂，从高弯度至弯度极低的顺直河段，河道坡度低。
上述几种河流类型之间，存在着一系列过渡关系，它们在时间、空间上可以互相演化。
2.河流沉积体系的成煤特征
无论是河流沉积体系充填的山间冲积平原，还是大型陆表海周边充填的开阔冲积平原都是成煤的重要场所。冲积平原形成中，主要为曲流河沉积体系。曲流河沉积体系的成煤模式是建立较早的模式之一。
曲流河冲积平原上，以岸后沼泽和废弃河道充填沼泽是最有利的成煤场所。
岸后沼泽环境有利于形成厚煤层，主要是由于反复出现洪泛和由此而产生的天然堤的垂向增高，对洪泛盆地和岸后泥炭沼泽起着障壁作用，因此在堤的外侧直至洪泛盆地内部就成为成煤的最重要场所。但由于洪泛加剧等原因而造成的决口扇沉积，还会侵入到这种成煤地带，从而干扰或破坏已形成的泥炭堆积。
河道边缘地带的沼泽化，按照与地下水位的关系可分为泄水好的沼泽及泄水差的沼泽，它们往往沿河道外侧成带分布。泄水好的沼泽位于洪泛盆地近河道的边侧，地势略高。当河水上涨，地下水位抬高时，就被水浸漫;当枯水期水位下降时，地下水位也随之下降，侵漫的水易于排泄出去。这种通畅的泄水条件使得沼泽内的氧化分解作用增强，因而对成煤不利。泄水条件差的沼泽位于洪泛盆地的低洼处，多位于远离河道的低洼地带(图8-24)。由于不易受决口扇的影响，停滞水占据优势，这就易于出现长期为水浸漫的泥炭沼泽。在适宜的条件下，有的泄水条件差的沼泽地带可扩展到整个洪泛盆地。

图8-24 河道边缘沼泽地分带图(据Beaumont，1979)

Flores(1983)曾研究了美国西部古近新近纪波德河(Powder river)盆地汤河段的沉积环境，认为曲流河冲积平原中岸后沼泽内厚煤层形成的条件是:首先河道的填积长期限于一些固定的地带;其次岸后洪泛盆地的沉积物多为细碎屑，因而在成岩的差异压实作用下，能保持长时间的不断沉降。波德河谷西北部沃尔煤层(Wall coal)向东被河道天然堤复合体分岔(图825)，多层状叠置的河道沉积显示了曲流河沉积的特征，大多被洪泛平原相所限，河道沉积与沃尔煤层交叉范围宽11km，河道复合体向北东延展约60km，古流向显示也为北东趋势。
关于网结河沉积体系成煤问题，Smith等认为其聚煤条件优于曲流河。网结河形成的主要控制因素是沉积盆地的沉降作用，这种构造背景往往为大范围网结河化提供了场所(图8-26)。
Smith等(1983)还认为，现代网结河最初是由决口扇的演化、决口河道的分叉，最终由稳定河流控制冲裂水系而形成的，因而常常形成大范围的沼泽化，为泥炭沼泽的广泛发育创造了良好条件。
我国东北的中生代断陷盆地，尤其是地堑型盆地中(如阜新盆地)网结河系是较有利的聚煤环境之一。在网结河道间或网结河与扇前辫状水系之间，会出现长期发育的沼泽或泥炭沼泽，可形成巨厚的煤层(图8-26)。
辫状河沉积体系成煤的条件是有限的，正在形成的辫状河体系对于泥炭沼泽的形成和发育往往不利，因而难以出现有工业价值的可采煤层。Haszeldine等(1980)认为，良好的煤层可以发育在辫状河废弃体系之上，即周期性出现的辫状河系进入低能的滨岸地带，形成大面积的砂质辫状河平原、滨海平原，在这种沉积体系之上出现成煤条件。
Martin等(1987)认为，澳大利亚博恩煤田科林斯维尔煤系的布莱克煤层是与废弃辫状河体系共生的(图8-27)，煤层与该体系沉积为灾变接触，辫状河系重复出现，泥炭堆积后，导致了对泥炭层的冲刷，引起煤厚的变化。

图8-25 美国波德河盆地曲流河道砂体与沃尔煤层厚度变化的平面和剖面图(据Flores，1983)


图8-26 阜新盆地海洲组中间层段的网结河沉积体系古环境图(据杨士恭等，1988)


图8-27 布莱克煤层形成前后沉积环境示意图(据Martin等，1987)

总之，河流体系聚煤具有以下4个特点(李思田等，1992):泛滥平原的中心地带煤层相对较厚，结构较简单，属于远离河道的较稳定的沼泽聚煤;煤层向活动河道方向往往发生分叉变薄或尖灭;因河道发生迁移，致使煤层发生侵蚀切割，造成煤层在横向上突然变薄或中断;在河流广泛废弃阶段，泛滥平原沼泽可以扩展到废弃的曲流河道之上，在更大范围内发育煤层。
三、湖泊沉积体系
1.沉积特征
湖泊沉积体系主要是以淡水湖泊为主，多为陆源碎屑充填的滨海或内陆湖泊。一些大型的内陆湖泊或各类断陷盆地内的湖泊，往往形成独立的沉积体系。湖泊与其他水体不同之处主要在于它是一种闭合的水盆地，周围的陆源碎屑物质大部分都将搬运到盆地中，因此湖泊的碎屑沉积速度比海盆要快，湖水波浪的影响范围要小;此外，湖泊对气候因素的影响反应较快，易于使湖水的水温和成分发生变化，最终影响湖面的变化。
湖泊沉积体系中，有时也具有其他沉积体系中的类似沉积环境。由于这些伴生的环境与湖泊的沉积作用有成因关系，所以也常带有自己的特征，如湖泊三角洲环境、湖滨岸环境等。
湖泊沉积速率快，在其演化中，都以逐渐填积淤浅、退缩、填满而告终。因此，湖泊沉积体系的垂向层序都是自波基面以下的细粒沉积开始，向上渐变为浅湖、滨岸、三角洲和河流等较粗粒沉积。有湖泊三角洲发育的地区，其底积、前积和顶积层层序明显;无三角洲沉积的湖泊层序，自下而上依次为深湖沉积、浅湖沉积及滨岸沉积。
2.湖泊沉积体系的成煤特征
湖泊沉积体系与成煤作用的形成和发育具有非常密切的关系。通常，湖泊沉积体系中湖泊三角洲地带和滨湖地带都是成煤的良好场所。我国无论是中生代大型内陆湖盆还是中新生代断陷型的山间盆地内，其成煤的条件都反映了上述特征。
我国云南东部地区若干褐煤盆地，由于新生代古近新近纪时有利的构造环境及气候条件，在山间湖泊沉积体系的环境下，形成了如先锋、昭通、小龙潭等厚、巨厚的褐煤层。由于断陷构造的控制，湖泊明显地占据了构造盆地的绝大部分。成盆之初，受盆缘断裂的控制，边侧洪积、冲积扇较为发育，随着盆地的逐渐沉降，出现了广阔的浅水湖泊及滨岸地带。在整个浅湖地带及滨岸带，都曾多次出现沼泽化且持续时间较长，形成了巨厚的褐煤层;昆明盆地为一较大型的断陷型山间盆地，面积约1000km2，形成于上新世，至今仍保持着山间湖盆的地貌形态。盆地内现有湖泊———滇池水面约300km2，平均水深4m，湖水由西南向河外泄。盆地的北、东、南侧均有河流注入，并形成形态各异的三角洲，北部南盤江鸟足状三角洲已伸展到盆地西缘，在三角洲平原的废弃河道分布地带广布泥炭层。盆地中泥炭的聚积主要与浅湖三角洲及滨湖洼地有关。分流河道间洼地与朵叶体间弯部位形成厚泥炭层。古滇池从上新世盆地形成初期的河流沉积发育阶段，到更新世早期湖泊沉积为主阶段，直至发展到更新世中、晚期延续至今，已因河流的淤填不断萎缩，边缘地带较多地出现滨湖和三角洲泥炭沼泽。
以我国东北中生代霍林河断陷煤盆地所建立的扇前和扇间浅水湖盆聚煤模式(李思田等，1988)，反映出最有利的成煤部位属于扇前浅水湖盆环境，煤层厚度大，分布面积广，且稳定性好(图8-28)。

图8-28 扇前和扇间浅水湖盆聚煤模式图(据李思田等，1988)

四、三角洲沉积体系
1.沉积特征
一般认为由于河流作用沉积在水体(海、湖)中的陆上和水下连续的沉积体，称为三角洲。通常是将河流入海的许多分道中，第一个分支以下的河流沉积地带，称为三角洲。
三角洲的形成过程受着多种因素的作用。其中，海洋作用与河流作用相对的强弱，在决定三角洲形态特征方面有着重要意义，可以形成许多不同的三角洲类型，其沉积特征也各异。Fisher等(1969)划分出了以河流作用为主的高建设性的三角洲，以及以海洋作用为主的高破坏性的三角洲。按照河流作用的强度及沉积体的几何形态，前者又划分为伸长的鸟足状三角洲和朵状三角洲;按照海水的波浪和潮汐作用，以海洋作用为主的三角洲又分为浪控三角洲和潮控三角洲。根据沉积物的沉积速度和构造下沉速度的关系，三角洲还区分为浅水三角洲与深水三角洲。
三角洲的沉积作用是一种动态的变化过程。在三角洲的建设中，一方面河流携带泥沙入海，使河口不断分叉、延伸，海岸线向海推进;另一方面，由于决口扇的发展，又使三角洲平原区域性地扩展，但分流河道向海推进过程不是无限制地发展，当河道延伸到一定长度后，其纵向比降减低到一定临界条件，河道末端就会出现改道，寻找新的入海口，被废弃的河口由于沉积物源的中断或减少而出现了三角洲的破坏时期。沉积在海岸带的泥沙在受到海洋作用的改造后，重新分配，建立新的平衡。河流与海洋作用的这种相互消长的连续过程，就会出现多种多样的三角洲类型。
2.三角洲沉积体系的成煤特征
在各种类型三角洲沉积体系中，以河流作用为主的三角洲体系往往为成煤提供了更有利的条件。在不断推进的三角洲平原及三角洲前缘滨岸地带，都是泥炭沼泽发育的良好场所。三角洲朵叶废弃之后，低平的地势也成为良好的成煤场所。
Ferm(1974)和Donaldson(1974，1979)等根据现代及古代成煤三角洲环境的研究，进一步将河成三角洲平原划分为上三角洲平原、下三角洲平原及其过渡带(图8-29)。
上三角洲平原向河系的上源方向过渡为冲积和洪泛平原。以呈线带状伸展的透镜状砂体占优势，砂岩成分较复杂，粒度向上变细，有冲蚀界面，具明显的交错层。因此，本带显示了高能量河流作用的特征，河道侧向迁移，明显多形成较宽的砂岩条带，与其共生的可以有煤层、根土岩、泥岩、粉砂岩等天然堤、岸后沼泽、洪泛盆地及淡水灰岩等湖泊沉积。
上三角洲平原地带，泥炭堆积的范围不甚广泛，但环境较为稳定，以淡水环境为主，因而往往有利于森林泥炭沼泽的形成与发育，能形成较厚的煤层，煤层在河道间低洼处厚，短距离内变薄，沿沉积倾向(即平行河道方向)煤层连续性好，近河岸由于决口扇沉积而出现煤层分岔及灰分增高现象，多形成低硫煤。此外，分流河道的废弃，也为泥炭沼泽的扩展提供了有利条件。
下三角洲平原是河道显著分支、分流间湾发育的地带，也是海水及潮汐水影响比较显著的地带。下三角洲平原沉积由分流河道砂、分流河口砂坝砂及在侧向上共生的分流间湾沉积构成。其中，分流间湾沉积以深灰色至黑色泥岩为主，夹有不规则的灰岩及菱铁矿层。决口扇沉积可出现于分流间湾沉积内，湾的淤浅也能出现泥炭堆积，下三角洲平原中泥炭堆积多沿河道近堤岸地带分布，平行河道方向煤层连续性略好。由于煤层顶板多为海相沉积，因而硫分含量高。
在下三角洲平原，成煤条件从狭窄的近堤岸地带逐渐向分流间湾环境扩展。湾的浅化过程主要是由细粒的溢岸洪泛沉积、略粗的决口扇沉积，以及波浪、潮汐流海岸沉积充填淤浅的结果。浅的决口扇表面植被发育，逐渐由草本沼泽发展成森林沼泽，而后再次出现溢岸洪泛沉积和决口扇沉积。如此反复，即可形成下三角洲平原中所特有的湾充填含煤层序。
在上、下三角洲平原之间的过渡带，分流间湾沉积物较薄，含有半咸水到海相动物化石，生物扰动构造发育。与下三角洲平原相比，此处天然堤沉积较厚，而决口扇沉积发育程度较差。过渡带的分流间湾大部分已被沉积物所充填，从而为成煤提供了广阔的平缓台地，成为分布广、厚度大的泥炭层堆积场所。煤层总体沿沉积走向伸展，由于决口扇及分流河道的冲蚀，也可出现无煤带，煤的含硫量趋于中等。
三角洲分流河道因决口而改道，便出现了三角洲朵叶的变化，即由活动的建设性朵叶变为废弃的破坏性朵叶。在废弃的朵体上，由于压实作用，地势渐趋低洼，演变为泥炭沼泽发育的场所。这种条件反复出现，于是形成了若干含煤沉积旋回(图8-30)。
浪控三角洲往往形成于平行岸线的滩脊，分布有沼泽及海湾环境，形成的煤层平行岸线延伸，在废弃河道及入海河口形成的煤层则垂直岸线分布，煤层局部被风暴冲越扇所冲蚀。
Galloway(1983)认为由于大潮差海岸的高沉积速率，以及频繁的高能量海水(波浪及潮汐等作用)的侵蚀和氧化，滨岸地带难以形成厚层泥炭。

图8-29 河流三角洲及洪泛盆地湾体系的沉积环境(据Donaldson，1979)


图8-30 表明泥炭聚集位置的三角洲沉积的发展(据Frazier等，1969)

五、扇三角洲沉积体系与成煤特征
1.扇三角洲沉积体系
扇三角洲沉积体系是由冲积扇提供物质并沉积在活动扇与静止水体分面处、全部或大部分位于水下的沉积体(Nemec和Steel，1988)。
不同的学者对扇三角洲亚相的划分方案是不同的:有人将发育于湖泊中的扇三角洲总体划分为顶积层、前积层和底积层;有人将扇三角洲体系的成因相划分为扇三角洲平原组合、扇三角洲前缘组合和前三角洲沉积。许多古代和现代的实例都赞同三分法。
2.成煤特点
在扇三角洲最大进积阶段，扇三角洲平原广阔平坦的地貌特征及废弃阶段构造活动的相对稳定为泥炭沼泽的发育提供了有利条件，扇三角洲体系通常有较好的含煤性。
扇三角洲沉积体系中，出现理想聚煤场所必须具备3个条件(李思田等，1988):①形成扇三角洲沉积体系的冲积扇必须是湿地扇;②扇三角洲朵体发育在湖滨区的广阔平台之上，还应有一个开阔平坦的扇三角洲平原;③在扇三角洲发育过程中，应出现持续时间较长的稳定发育阶段。此时，泥炭沼泽首先在废弃的扇三角洲平原和三角洲边缘平原区发育，随后向近端和远端蔓延，聚煤面积逐渐扩大。因此，聚煤条件最好的是浅水湖泊周缘带扇三角洲体系，其次是纵向水系发育的扇前和扇间洪积－冲积平原体系(图8-31)。

图8-31 扇三角洲泥炭沼泽发育示意图(据Galloway等，1989)

不同的扇三角洲含煤性具有明显的差别。凡是扇三角洲平原比较发育﹑而水下扇三角洲相对不发育的，含煤性比较好。其中细粒沉积物发育的扇三角洲平原含煤性更好。与此相反，水下扇三角洲平原特别是水下重力流沉积发育，而扇三角洲平原不发育的，含煤性差，甚至不含煤。
三角洲砂质朵体规模的大小，特别是沿古水流方向的长短是决定聚煤条件好坏的重要因素。长轴型扇三角洲体系，通常发育一个平坦的扇三角洲平原，容易形成广阔的聚煤沼泽环境，其含煤性好;而短轴型扇三角洲的聚煤条件较差。
扇前和扇间洪积－冲积平原能否聚煤与纵向网结河体系的发育程度有关。纵向网结河体系发育的洪积－冲积平原，通常显示向上变细﹑河道砂体被包围在泥岩之中的沉积构成中，湿地和沼泽沉积发育，含煤性较好;纵向水系不发育和以横向辫状水系占优势的沉积构成中，砂岩含量高，泥质含量低，含煤性不好，甚至不发育煤层。
扇三角洲不同阶段聚煤不同:建设阶段，扇三角洲边缘盆地或边缘平原区可能出现间歇性沼泽化，形成薄而分布局限的煤层。破坏阶段，以水进为主，不利于形成泥炭沼泽。废弃阶段，出现的聚煤沼泽面积最广，持续时间最长，在扇三角洲朵体的边缘，具有煤层层数多﹑累计厚度大的特点;在废弃的扇三角洲平原区，具有煤层层数少﹑单层厚度大的特点。
六、滨岸带沉积体系
滨岸带一般指滨海平原的外缘一直到海水浪基面以上的地带，它是狭长的高海水能量的环境，是一种海、陆交互的过渡地带。根据物源的来源特征，可以划分为陆源碎屑岸带及海盆内源的碳酸盐滨岸带。两者的沉积物补给不同，因此对成煤作用的关系也不尽相同。虽然内源碳酸盐滨岸带在其他条件有利时也能形成煤层，但有工业可采意义的煤层尚不多。这里主要介绍与成煤作用较密切的陆源碎屑滨岸带。
陆源碎屑滨岸带沉积物的补给，主要来自沿岸流搬运的远方河流沉积物、向陆搬运的大陆架沉积物、局部的陆岬侵蚀产物，以及小的滨岸水系携带的沉积等。滨岸带的特征主要是由海水的波浪能与潮汐能决定的，其中二者都与潮差直接相关。海岸地形的分布与3种潮差类型有关，即:潮差为0～2m的小潮差，海岸多为浪控海岸，障壁岛等有关环境较发育;大潮差海岸(4～6m)为潮控海岸，多出现具向海辐射线状砂脊的河口湾环境;中等潮差的海岸(2～4m)，其特征介于前两者之间，发育低矮的障壁岛和广阔的潮坪或沼泽(图8-32)。

图8-32 滨岸砂体几何形态与潮差变化的关系(据Barwis和Hayes，1979)

碎屑滨岸带的各种环境，如海滩、障壁岛、潟湖、潮坪、河口湾等，可作为其他沉积体系的局部构成组分，也可组合成独立的滨岸带沉积体系。其中，障壁岛潟湖体系是主要成煤沉积体系。这种沉积体系有陆源碎屑型，也有内源碳酸盐型。后者位于浅海海域内台地周边的滨岸带，其沉积作用以具有生物化学等特征而与陆源碎屑滨岸带有着明显的差异，对于煤的聚集来说后者更具重要意义。
1.障壁岛潟湖沉积体系及其沉积特征
障壁岛潟湖体系中，主要的沉积组成有:带状展布的砂质障壁岛沉积，位于障壁之后的封闭、半封闭水体(如潟湖)及其沿岸的潮坪沉积，障壁岛之间与广海相沟通的入潮口和其两侧的潮汐三角洲(图8-32)。
(1)障壁岛沉积
障壁岛沉积包括临滨、海滩、风成砂丘、冲越扇沉积等，亦称障壁复合体。障壁岛多为顺海岸伸展的砂体，起着防护海水直接内侵的障壁作用，故而得名。临滨和海滩沉积分布于其向海一侧，风成砂丘是风力对障壁砂的改造产物，分布于障壁岛的中部地带，冲越扇沉积是因风暴涌浪而使海水漫越障壁岛顶部、在其向陆一侧堆积的产物，其复合体构成冲越坪，分布于障壁岛向陆一侧的外缘带。
(2)入潮口与潮汐三角洲沉积
入潮口与潮汐三角洲沉积是在较大的涨落潮进出的主潮道附近形成的一些沉积，由于沿岸流的影响及涨落潮流的作用，大多具有特有的层序(图8-33)。Kumar等(1974)把下部以退潮流作用为主的沉积称为深潮道相;其上的沉积，多形成于入潮口边缘浅部，涨潮方向潮流作用影响明显，称为浅潮道相。
潮汐三角洲是由于潮流流速的突变，在入潮口两侧形成砂质沉积。潮差的大小，对于潮汐三角洲的形成、发育及形态有明显的影响。中潮差地带，涨潮与退潮三角洲大致同等发育;小潮差地区，则往往以涨潮三角洲明显地具有相当优势，形成相当规模的沉积。

图8-33 入潮口垂向层序和相特征(据Kumar等，1974)

由于退潮三角洲位于向海一侧，因而除受到双向潮流的作用外，还要经受较多的海水波浪、沿岸流等作用，故交错层所反映的流向也多复杂。
(3)潟湖、潮坪沉积
潟湖沉积多以泥及粉砂为主，通常含较多钙质，可发育透镜状或薄层石灰岩，多具细的水平层理，菱铁矿及黄铁矿结核常见，有特定的动物化石。
潮坪沉积在潟湖周边地带，是由潮汐作用形成的堆积。潮差愈大，在同样地形条件下潮坪分布越广。在大部分中低潮差的障壁潟湖体系中，只形成较薄的潮坪层序。通常，潮坪沉积可分为潮上、潮间及潮下带，其中，潮间沉积多由浅而深的泥质沉积、泥砂质混合沉积及砂质沉积构成，分别称为泥坪、混合坪及砂坪，并形成砂、泥互层的各种形态层理。
潟湖的淤浅过程总是伴随着其周边潮坪地带的扩展，最终为其所取代，因此形成了自下而上的潟湖潮坪沉积层序，表现在粒度上为向上变粗又变细的特征。通常，这种垂向层序特征都是以整个障壁岛潟湖体系向海进积，即海退为背景;当海侵时，则出现与上述相反的层序。
2.障壁岛潟湖沉积体系的成煤特征
Cohen和Staub(1979)曾研究了美国南卡罗来纳州障壁岛后的斯纳格底沼泽中泥炭堆积的发展阶段，Cohen等(1983)还研究了巴拿马一个典型障壁后泥炭的形成环境，均明显地反映了潟湖淤浅后沼泽化的发展过程。
障壁岛后潟湖充填形成的障壁岛后成煤模式，曾由许多学者加以阐明。Horne等(1978)以美国东部石炭纪煤系为例，提出了这种成煤层序(图8-34)。
在障壁后潟湖淤浅沼泽化形成的煤层，其长轴平行于沉积走向，即平行障壁岛砂体延伸方向，煤层分布较广泛，但由于成煤前的古地形及周期或成煤后期潮道的影响，厚度变化较大，煤层硫分含量较高。
Cohen(1984)通过对大西洋滨海平原的奥克费诺基泥炭沼泽的研究，提出了古障壁岛后成煤模式(障壁间成煤模式)。在美国大西洋沿岸滨海平原上，往往可以见到在废弃障壁沙脊之后，分布着较平坦且透水性差的黏土质沉积，这些微咸水沼泽沉积之上，都有泥炭层发育。在泥炭层与下伏沉积之间，往往具有明显的时间间断。

图8-34 美国东肯塔基与南西弗吉尼亚石炭系中障壁后沉积综合垂向层序(据Horne，1978)

3. 煤体结构特征

煤体结构是指煤层经过地质构造变动后煤的结构和构造的保留程度。煤层遭受的构造破坏愈强烈,煤就愈破碎,煤的原生结构和构造保留得也愈差,因而煤层结构、构造呈现出不同的变化。根据煤层所受构造破坏程度不同,煤体结构可分为原生结构、碎裂结构、碎粒结构和糜棱结构4种类型(袁崇孚,1986;王双明,2008)。在我国煤田地质界将碎裂结构煤、碎粒结构煤和糜棱结构煤统称为构造煤。在韩城钻孔资料中对煤体结构的描述为块煤、块粉煤、粉末煤、鳞片煤(王双明,2008)。韩城区块内构造类型多样,展布方向及相互关系复杂。地表出露的大中型构造行迹主要发育在东部边浅部和中深部构造带,而煤层中的中小构造普遍存在,主要的构造类型有褶皱构造、挠曲构造、断裂构造、层滑构造、地层裂缝、节理裂隙等。韩城区块受构造变动影响而形成的构造煤具有如下规律:韩城区块南部多为碎裂煤,较少的碎粒煤,原生结构煤发育广泛;北部则多发育碎粒煤、鳞片煤,断层附近煤体结构破坏严重。浅部煤体结构通常比深部煤体结构复杂,在地层由陡变缓地带多发育碎粒煤、鳞片煤等不同程度的构造煤。

4. 煤储层的特征

与常规天然气储层相比，煤层气储层具自身的特殊性，煤层气的赋存与常规天然气也明显不同。表5.4列出了煤储层与常规砂岩储层的异同点。

表5.4 常规砂岩储层和煤储层的比较表


续表

(1)煤的孔隙结构特征
煤层是一种双重孔隙介质，属裂隙—孔隙型储层。割理将煤分割成若干基质块，基质块中包含有大量的微小孔隙，是气体储存的主要空间，其渗透性很低；割理是煤中的次要孔隙系统，但却是煤层中流体(气体和水)渗流的主要通道。孔隙和割理都是煤储层研究的重要内容。
割理是指煤层中近于垂直层面的天然裂隙，其成因有内生和外生(构造成因)之分，规模有大有小，与煤田地质学上的“裂隙”为同义词。在煤层气地质领域，一般将“割理”和“裂隙”通用。
根据孔隙—割理的物理测试结果，通常将煤中孔隙(包含割理)的空间尺度划分为：＜0.01μm为微孔，0.01～0.1μm为小孔，0.1～1μm中孔，＞1μm为大孔。
(2)煤的割理系统
割理的规模类型：割理的规模存在很大差异，小者数微米长，大者数米长。不同规模的割理在煤层中的发育程度相差较大。不同规模的割理，对气体的渗流起着不同的作用。张新民(2002)等按照割理的规模以及割理与煤层、煤岩类型及煤岩成分的关系对其进行了分类(表5.5)。

表5.5 割理的规模类型及特征简述表


续表

割理的三维几何形态：割理系统有互相大致垂直的两组，其中延伸长度大，且发育的一组叫面割理；被面割理横切的另一组叫端割理。端割理一般与面割理是互相连通的。端割理的长度受面割理间距的控制，面割理间距越宽，端割理越长。端割理与面割理的高度受控因素相同，主要与煤岩类型和煤岩组分有关。割理的宽度与其规模有关。割理规模越大，宽度亦越大，变化范围一般为1μm至几厘米。
割理的长度在层面上可测量到，发育的面割理呈等间距分布，其长度变化范围很大。总体上，煤的光泽越亮、镜煤和亮煤越多、厚度越大，面割理越发育、割理高度越大。面割理高度小到几微米，大到几十厘米。
割理形态也是多姿多态的，在层面上主要有：①网状，这种割理连通性好，属极发育；②一组大致平行排列的面割理极发育，而端割理极少，这种割理属于发育，连通性属较好；③面割理呈短裂纹状或断续状，端割理少见，这种割理连通性差，属于较发育。剖面上，割理主要呈垂直于层理或微斜交层理平行排列。
(3)煤层渗透率
宏观孔隙网络组成了连通性好的面割理和连通性稍差的端割理。面割理与端割理正交并垂直于煤层层面。割理是水和气流动的主要通道。被割理网络所包围的完整煤基质块体中的大部分孔隙为微孔隙，在这些煤中，流体主要通过扩散方式运移。故煤层的渗透性主要取决于煤层中割理的渗透性。根据火柴模型(the matchstick model)(Sawyer.1990；Harpalani和Chen，1997)，割理的孔隙度(φc)和渗透率(k)可近似为：

中国非常规油气地质学

式中：a和b分别为割理的间距和一个割理孔径的宽度。
割理渗透性由割理密度(间距)、裂缝宽度和开启性、范围和连通性控制。这些因素又取决于煤级、煤质(灰分含量)、煤岩组分、煤层厚度、构造变形、煤化作用和原地压力(Ammosov和Eremin，1963；Close，1993；Laubach et al.，1998)。由于煤层具极强的可压缩性，原地压力可以影响储层渗透性和产量特征。通常，由于超压作用，煤层渗透性随着埋深的加大而减小。因此，美国大多数煤层气产自埋深小于1200m的煤层。煤阶对煤层的渗透性也有显著影响，由表5.6可看出，低煤阶煤层气藏的渗透率一般大于高煤阶煤层气藏。

表5.6 世界部分中、低煤阶煤层气藏试井渗透率参数表

(4)煤储层的吸附特征
煤是一种优良的天然吸附剂，对各种气体具有很强的吸附能力，这是煤层气与常规储层储气机理不同的物质基础。煤吸附甲烷属物理吸附，理由主要是甲烷的吸附热比气化热低2～3倍，氮气和氢气的吸附也与甲烷一样，这表明煤对气体的吸附是无选择性的；大量的吸附试验证明，煤对甲烷等气体的吸附是快速的、可逆的。因此，可以用物理吸附模型来探讨煤吸附气体的机理。
(5)煤吸附能力的影响因素
煤的吸附能力受煤本身的物理、化学性质及煤体所处的温度、压力等条件的控制。实验结果表明，煤的吸附能力受煤变质程度、温度、水分含量影响较为显著。
煤变质程度对吸附能力的影响。煤对甲烷的吸附是一种发生在煤孔隙内表面上的物理过程，吸附能力受孔隙特征的影响。在煤变质过程中，孔隙在发生着变化，从而影响着煤的吸附能力。张新民等(2002)认为从褐煤至无烟煤2号煤的吸附能力是随着煤化作用的增加而增大(表5.7)。成岩作用阶段褐煤的吸附能力明显低于其他各变质阶段的煤，长焰煤至肥煤3个煤阶吸附量增加缓慢，焦煤之后，煤的吸附量开始快速增加，于无烟煤2号煤的吸附能力最强。

表5.7 不同煤阶煤的吸附常数平均值(30℃，含平衡水分)

温度对煤吸附性能的影响。等温吸附实验一般采用的温度是30℃或煤储层温度。在压力不变的情况下，随着温度的升高，煤的吸附能力降低。在其他条件不变时，随着压力的升高煤对甲烷的吸附能力增大。
水分对煤吸附性能的影响。张新民等(2002)试验表明，随着煤中水分的增加，Langmuri体积呈减小趋势，这主要是煤的内表面上可供甲烷气体分子“滞留”的有效吸附点位是一定的，煤中水分越高，可能占据的有效吸附点位就越多，相对留给甲烷分子“滞留”的有效点位就会减少，煤的饱和吸附量就会降低。
(6)煤储层压力特征
煤储层压力是指煤层孔隙中的流体(包括气体和水)压力。煤储层压力对煤层气含量、气体赋存状态起着重要作用。同时，储层压力也是水和气体从煤的裂隙中流向井筒的能量。当降低煤储层压力，煤孔隙中吸附的气体开始解吸，向裂隙中扩散，在压力差作用下从裂隙向井筒流动。煤层气开采就是根据这一原理，通过排水降低储层压力而采气的。
实际上，原始煤储层压力差别较大。这是由于它受多种因素的影响，如区域水文地质条件、埋深、含气量、地应力等都可对煤储层压力造成影响。一般用压力梯度去衡量储层压力的大小，将储层压力划分为三种类型(表5.8)。正常储层压力应等于9.5～10.0kPa/m，即基本上等于静水压力梯度；大于10.0kPa/m为高压储层，小于9.5kPa/m为低压储层。

表5.8 储层压力类型划分方案表

5. 煤体结构特征

(一)韩城区块煤体结构类型划分
煤体结构一般被用于描述煤体受到地质应力作用所导致的宏观差异与微观差异。通常在后期构造演化过程中宏观构造和微观结构不变的煤称为原生结构煤。在后期地质演化作用下,受应力作用影响,使得煤体本身原生的宏观结构发生改变并形成各种不同的次生结构、煤体本身发生各种物理-化学变化的煤称为构造煤(袁崇孚,1986;王恩营等,2008)。几十年来,人们从煤的形态、结构、成因、物理力学性质等角度出发,对煤体结构类型进行了一系列的划分(陈善庆,1989;李康等,1992;曹代勇等,2003,2012a;琚宜文等,2004,2009;张玉贵等,2008;王恩营等,2009;李小明,2007;屈争辉,2011)。袁崇孚(1986)从瓦斯防治角度将煤体结构类型划分为原生结构煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤。琚宜文等(2004)从破坏程度、变形机制等多个角度对构造煤分类,在详细研究沁水盆地和两淮煤田构造煤的基础上,结合前人研究成果,扩展了构造煤的概念,提出了构造煤的结构-成因分类方案,将构造煤分为脆性变形、脆韧性变形和韧性变形3个序列的10类煤。然而,不同区域内,煤本身的成煤环境存在很大的差异,地质演化历史不同,受构造作用的影响也不同。因此,不同区域内煤体结构的划分应与该区本身的构造演化特征相匹配,具有自身的独特性。韩城区块受燕山期和喜马拉雅期构造运动等多期地质作用的影响,煤层变形明显、煤体结构复杂、构造煤类型多样。本书通过对区块内煤岩样品特征的宏观描述(包括煤的硬度与脆度、煤的断口、煤的裂隙发育状况、煤的结构、构造以及宏观煤岩组分等特征)并结合前人的研究成果(王双明,2008),以煤岩变形机制和煤体宏观构造、微观结构为基础,将煤体结构划分为4种类型,即原生结构煤、碎裂煤、鳞片煤和碎粒煤(图3-4)。

图3-4 研究区4种煤体结构类型

(1)原生结构煤:以半亮型煤为主,次为光亮型,光泽鲜亮,形态完整,结构均一致密,层状构造,层理清晰可见,质硬,不易破碎,敲击呈块状破碎,呈贝壳状、阶梯状断口,内、外生裂隙不发育。
(2)碎裂煤:以半亮型煤为主,光泽较亮,呈次生碎裂结构,层状构造,层理清晰可见,较易沿裂隙、节理面破裂,呈块状碎裂,断口多平整,外生裂隙和割理发育。
(3)鳞片煤:以半暗型煤为主,次为半亮型,层理不可见,次生鳞片状构造,鳞片呈层叠状,鳞片皆平行滑动方向定向层叠状排列,鳞片大多煤煤质松软,手捻易碎成片状或细粒状,裂隙和割理不发育。
(4)碎粒煤:以半暗型煤为主,次为暗淡型煤,煤体破坏严重,原生结构已完全消失,煤体呈次生碎粒结构,不同粒度的颗粒混杂堆积,一般为1～3mm的细小颗粒,煤岩全部碎粒化,煤质疏松,易碎,不同方向的小裂隙发育(表3-3)。

表3-3 韩城区块煤体结构类型划分表

结合区域地质构造分析,韩城区块由北向南发育3个主要的断裂带:薛峰北断裂带、东泽村断裂带、前高断裂带。受区域构造运动的影响,地应力由东西向转变为近南北向,煤层在构造应力作用下发生变形,形成不同类型的构造煤。通过对韩城象山矿井下原位3号、5号和11号煤岩煤体结构进行观察描述可知,3号煤的煤体结构相对简单,除原生结构煤外还有少量鳞片煤,11号煤的煤体结构稍复杂,除原生结构煤外还伴生有碎粒煤和碎裂煤,而5号煤的煤体结构复杂,四种煤体结构煤均有分布。对韩城象山矿3号、5号和11号煤煤体结构发育情况进行统计可知(表3-4),构造煤总厚度占煤层总厚度的46%。由于构造煤属于软煤,机械强度低,构造煤本身含有大量的原生煤粉,后期遭受应力破坏更易形成次生煤粉,因此,煤体结构类型是决定煤粉产出的重要因素。考虑到不同煤体结构煤对煤粉产出的影响程度不同,把原生结构煤、碎裂煤、鳞片煤和碎粒煤划为三类,Ⅰ类煤为原生结构煤、Ⅱ类煤为碎裂煤、Ⅲ类煤为鳞片煤和碎粒煤。其中,Ⅲ类煤(鳞片煤与碎粒煤)对煤粉产出的影响最大。由于Ⅲ类煤具有低强度、低渗透率、微孔隙、比表面积大等特点,煤体结构破碎程度极大,最易形成煤粉颗粒,是煤粉产出的重要来源,而原生结构煤产生的煤粉相对较少(Xueshen Zhu et al.,2013)。

表3-4 3号、5号和11号煤层中不同煤体结构类型厚度统计表

6. 煤储层地质特征

煤层气储层是由孔隙、裂隙组成的双重结构系统(Tremain et al.，1990;Kulander et al.，1993;Laubach et al.，1998;张慧，2001;苏现波等，2009)(图4-6)。煤层被理想化为由一系列裂隙切割成规则的含微孔隙的基质块体，煤中的基质孔隙，是吸附态和游离态煤层气的主要储集场所，气体的吸附量与煤的孔隙发育程度和孔隙结构特征有关。煤基质孔隙孔径小，数量多，是孔内表面积的主要贡献者，为煤层气的储集提供了充足的空间，煤储层的裂隙系统是煤中流体渗透的主要通道。

图4-6 煤储层几何模型

一、煤储层孔隙系统
1.煤储层孔隙分类
煤孔隙特征往往以下列指标参数予以表征:孔隙大小，形态，结构，类型，孔隙度，孔容，比表面积及孔隙的分形特征。在目前技术条件下，多采用普通显微镜和扫描电镜(SEM)观测，以及压汞法及低温氮吸附法测试等方法来研究煤的孔隙特征。
煤基质孔隙有两种分类方法:成因分类和大小分类。
不同研究者对煤基质孔隙的成因分类的方案也不相同。郝琦(1987)划分的成因类型为植物组织孔、气孔、粒间孔、晶间孔、铸模孔、溶蚀孔等。张慧(2001)以煤岩显微组分和煤的变质和变形特征为基础，参照扫描电镜观察结果，按成因特征将煤的孔隙分为原生孔、变质孔、外生孔及矿物质孔等四大类十小类。此外陈萍等(2001)研究了煤孔隙的形态分类，桑树勋等(2005)分别探讨了煤中固气作用类型分类，傅雪海等对煤孔隙进行了分形及自然分类(表4-1)。孔隙的成因类型及发育特征是煤储层生气储气和渗透性能的直接反映。煤孔隙成因类型多，形态复杂，大小不等，各类孔隙都是在微区发育或微区连通，它们借助于裂隙而参与煤层气的渗流系统。

表4-1 煤岩孔隙分类

注:分类未标明者均为直径，单位为nm。(转引自汤达祯等，2010)
煤基质的孔径分类一般采用霍多特(Ходот)(1961)的分类方案。霍多特对煤的孔径结构划分是在工业吸附剂的基础上提出的，主要依据孔径与气体分子的相互作用特征。煤是复杂多孔介质，煤中孔隙是指煤体未被固体物(有机质和矿物质)充填的空间。霍多特(1961)曾经按空间尺度将煤孔隙分为大孔(＞1000nm)、中孔(100～1000nm)、小孔(10～100nm)、微孔(＜10nm)。气体在大孔中主要以层流和紊流方式渗透，在微孔中以毛细管凝结、物理吸附及扩散现象等方式存在。考虑到煤层气中主要成分甲烷分子的有效分子直径为0.38nm的运聚特征和分类影响范围等因素，研究者主要采用霍多特的分类。
2.煤孔隙定量描述
煤基质孔隙可用3个参数定量描述:总孔容，即单位质量煤中孔隙的总体积(cm3/g);孔面积，即单位质量煤中孔隙的表面积(cm2/g);孔隙率，即单位体积煤中孔隙所占的体积(%)。对煤层而言，按常规油气储层的分类多属致密不可渗透储层或低渗透储层，煤层气的运移又是通过裂隙实现的，基质孔隙中煤层气的运动仅是扩散。因此，煤层气的研究中一般不采用有效孔隙率这一名词，而采用裂隙孔隙率，用于评价煤层气的运移情况。绝对孔隙度则用于评价储层的储集性能。煤的总孔容一般在0.02～0.2cm3/g之间，孔面积一般在9～35cm2/g之间，孔隙率在1%～6%之间。
3.煤孔隙影响因素
煤的孔隙度、孔径分布和孔比表面积与煤级关系密切。
镜质组反射率增高，煤的孔隙度一般呈高—低—高规律变化。低煤级时煤的结构疏松，孔隙体积大，大孔占主要地位，孔隙度相对较大;中煤级时，大孔隙减少;高煤级时，孔隙体积小，微孔占主要地位。宁正伟等(1996)对华北焦作、淮南、安阳、唐山、平顶山等矿区石炭-二叠系45个煤样压汞及氦气的测试表明，高变质程度的贫煤、无烟煤微孔发育，占总孔隙体积的50%以上，大、中孔所占比例较低，平均小于总孔隙体积的20%。中变质程度的肥煤、焦煤、瘦煤，大、中孔发育，尤以焦煤最高，可占总孔隙体积的38%左右，微孔相对较低，小于总孔隙体积的50%。因此中演化变质程度的煤大、中孔发育，对煤层气的降压、解吸、扩散、运移有利，是煤层气储层评价中最有利的煤级。
煤的孔径分布和煤化程度有着密切的关系。根据陈鹏(2001)研究，褐煤中不同级别孔隙的分布较为均匀;到长焰煤阶段，微孔显著增加，而大孔、中孔则明显减少。到中等煤化程度的烟煤阶段，其孔径分布以大孔和微孔占优势，而中孔比例较低。到高变质煤阶段如瘦煤、无烟煤，微孔占大多数，而孔径大于100nm的中孔、大孔仅占总孔容的10%左右。
孔比表面积是表征煤微孔结构的一个重要指标。一般微孔构成煤的吸附空间，对应于基质内部微孔隙，具有很大的比表面积;小孔构成煤层毛细凝结和扩散区域;中孔构成煤层气缓慢渗流区域;大孔则构成强烈层流区域，对应于割理缝及构造裂隙等。大的比表面积表明其吸附煤层气的能力强，而比表面积的主要贡献者为微孔。一般认为，煤对气体的吸附能力随着煤级的增高而增大。按照这一规律，煤的比表面积也应当随着煤级的增高而增加。但对我国部分煤样进行低温氮测试的结果发现却不完全如此(图4-7)。可以看出，我国部分煤样低温氮测试的比表面积和煤级的关系，与煤的孔隙度和煤级的关系相类似。在中、低煤级阶段，随着煤变质程度的增高，煤的比表面积逐渐降低;到无烟煤阶段，煤的比表面积又开始增加。比表面积的最小值位于烟煤与无烟煤的交界处(Ro=2.5%)。而Bustin等(1998)所进行的CO2等温吸附实验显示，煤级增高，煤样的微孔孔容和表面积先减后增，在烟煤阶段出现最小值。

图4-7 煤的比表面积与煤级的关系

二、煤储层微裂隙系统与煤储层渗透率
1.煤储层裂缝系统分类
煤的裂隙与孔隙共同构成了煤层气在煤储层内的赋存空间和运移通道。王生维等(1997)从煤层气产出特征分析的需要出发，广泛地研究了煤裂隙与孔隙的特征后，提出了适用于煤储层岩石物理研究和煤层气产出特征分析的煤储层孔隙、裂隙分类与命名方案(表4-2)。霍永忠(2004)提出了煤储层显微孔裂隙的分类方案(表4-3)。
表4-2 煤储层孔隙、裂隙系统划分及术语


(据王生维等，1997)
表4-3 煤储层显微孔—裂隙分类


(据霍永忠，2004)
在显微尺度下识别的微裂隙按照其延展性和开放性，可从实用角度划分为A、B、C、D四类(表4-4)。
表4-4 煤储层微裂隙实用分类简表


(据姚艳斌等，2007)
2.煤储层裂缝系统形成影响因素与煤孔隙受到煤变质作用影响一样，煤裂缝同样受到煤变质作用影响。张胜利(1995;张胜利等，1996)研究认为，中等变质的光亮煤和半亮煤中割理最发育，这些煤层分布区是煤层气勘探开发的优选靶区。Law等(1993)认为割理频率与煤阶存在函数关系，割理频率从褐煤到中等挥发分烟煤随煤阶升高而增大，然后到无烟煤时随煤阶上升而下降。宁正伟等(1996)经过研究也发现，中等变质程度的煤层内生裂隙最为发育，提高了煤的渗透性和基质孔隙连通性，煤储层物性条件好，在勘探开发过程中易降压，有利于煤层气的解吸、扩散和运移，是最有利于煤层气开发的煤级。王生维等(1995)也认为，煤中孔隙的发育除了受控于煤相之外，还受煤阶和变质作用类型的控制;微裂隙的发育受煤岩成分和煤变质双重因素的控制;内生裂隙的发育除了受煤岩成分影响外，还受煤变质的制约。毕建军等(2001)通过研究认为，割理的密度主要取决于煤级，一般在镜质组反射率为1.3%左右时割理密度最大;割理在高煤级阶段发生闭合主要是由于次生显微组分的充填和胶合作用所致。
随着埋藏深度的增加，煤储层受到较大的地应力作用，煤储层渗透性将变差。从美国圣胡安盆地、黑勇士盆地、皮申斯盆地煤储层绝对渗透率随深度的变化趋势，可以看出这一明显趋势(图4-8)。

图4-8 美国部分地区煤储层渗透率与埋藏深度的关系

3.煤储层渗透率
煤储层的渗透率是反映煤层中气、水的流体渗透性能的重要参数，它决定着煤层气的运移和产出。它是煤储层物性评价中最直接的评价指标。煤层气勘探初期的渗透率主要有试井渗透率和煤岩(实验室)渗透率两种。在煤储层评价时，一般将试井渗透率作为评价渗透率的首选参数，而当研究区没有试井渗透率资料时，可选取煤岩渗透率作为替代参数。试井渗透率是在现场通过试井直接测得的。对煤储层而言，多采用段塞法和注水压降法(Zuber，1998)。试井渗透率最能反映储层原始状态下的渗透性，因此是比较可靠的渗透率确定方法。
据现有资料，国外的煤储层的渗透率一般较高，一般都在10×10-3μm2以上，如拉顿盆地渗透率为(10～50)×10-3μm2，黑勇士盆地为(1～25)×10-3μm2，圣胡安盆地为(5～15)×10-3μm2，粉河盆地高达(500～1000)×10-3μm2(Zuber，1998;AyersJr.，2002)。与国外相比，国内的煤储层渗透率一般都低于1×10-3μm2，较好的煤储层也一般都在(1～10)×10-3μm2之间，大于10×10-3μm2的储层很少。根据《中国煤层气资源》(叶建平，1998)数据统计，我国煤储层渗透率变化于(0.002～16.17)×10-3μm2之间，平均为1.273×10-3μm2。其中:渗透率小于0.10×10-3μm2的层次占35%，介于(0.1～1.0)×10-3μm2之间的层次占37%，大于1.0×10-3μm2的层次占28%，小于0.01×10-3μm2和大于10×10-3μm2的层次均较少(图4-9)。我国的煤层渗透率以(0.1～1.0)×10-3μm2等级为主。煤层渗透率普遍较低，即使是在目前已经投入商业化开发的沁水盆地东南部的渗透率一般也都在(1～10)×10-3μm2之间。
煤岩渗透率又称实验室渗透率，是通过实验室的常规煤岩心分析获得的。相对于试井渗透率，实验室测试的渗透率有许多局限之处。最主要的是实验室测得的渗透率由于环境条件的变化往往不能反映真实情况等。首先，实验室的渗透率一般在常温、常压下测得，与煤储层的高温、高压的原始状态不符;其次，实验室渗透率由于样品大小过小而降低了测试的精度。最后，即使足够大的煤样也不能够完全反映煤储层的大的外生裂隙，因此实验室渗透率可能低估煤储层的实际渗透率;另一方面，煤样运送、制样过程中也可能造成人工裂隙，这时实验室渗透率值又将高估煤储层的实际渗透率。
虽然煤岩渗透率在用于储层渗透率评价时存在许多不足之处，但由于其比较容易获得，一直作为煤储层渗透率评价的主要指标。特别是对处于煤层气勘探初期且还未实施煤层气钻井的区域进行评价时，可选择煤岩渗透率作为评价储层渗透性的重要指标。对我国山西、陕西、河南、沈阳和安徽等省煤田的大量煤岩样品的渗透率测试发现，煤岩渗透率在大部分情况下可以反映煤储层渗透率的真实情况。图4-10为选取的我国11个重点煤层气矿区的实测煤岩渗透率分布的高低箱图。各矿区的渗透率平均值一般都在(0.1～1)×10-3μm2之间，部分矿区可高达1×10-3μm2以上。

图4-9 中国主要矿区(煤田)试井渗透率分布


图4-10 中国主要煤田(盆地)煤岩实测渗透率分布箱式图

对比图4-9和图4-10可以发现，各矿区的煤岩渗透率值与试井渗透率值的取值区间基本相近，且煤岩渗透率和试井渗透率具有较好的正相关关系。因此，在对煤储层渗透率进行评价时，选择以试井渗透率值为主，而煤岩渗透率值为辅，将二者有机结合起来实现对煤储层的评价。

7. 煤储层特征

1.煤储层孔隙特征及发育机制
煤储层是由孔隙、裂隙组成的双重结构孔隙系统（Kulander et al.，1993；Laubach et al.，1998）。煤层被理想化为由一系列裂隙切割成规则的含微孔隙的基质块体，煤中的基质孔隙，是吸附态和游离态煤层气的主要储集场所，气体的吸附量与煤的孔隙发育程度和孔隙结构特征有关。煤基质孔隙孔径小，数量多，是孔内表面积的主要贡献者，为煤层气的储集提供了充足的空间，煤储层的裂隙系统是煤中流体渗透的主要通道。
煤基质的孔径分类，有两种划分方案：第一种是Ходот（1966）的分类方案，该方案是在工业吸附剂的基础上提出的，主要依据孔径与气体分子相互作用的特征按孔径大小将煤孔隙分成大孔（＞1000nm）、中孔（100～1000nm）、小孔（10～100nm）、微孔（＜10nm）；第二种方案是国际理论应用化学联合会1972年提出的分类方案，按孔径大小将煤孔隙分成大孔（＞50nm）、中孔（2～50nm）、微孔（0.8～2nm）和亚微孔（＜0.8nm）。目前煤炭研究部门多采用第一种分类方案，而煤层气研究为了侧重纳米孔隙多采用第二种分类方案。
煤的孔径分布与煤的变质程度密切相关，褐煤（Ro≤0.5%）的孔径大小分布较为均匀，其中9×103～9×104nm的大孔和2～10nm的中孔明显占多数，具有较高的孔隙度，分布范围为5%～25%。高变质煤，如瘦煤、无烟煤（Ro＞2.5%），微孔占大多数，中孔、大孔仅占10%左右，孔隙度较低，一般小于10%，多小于6%。高煤阶煤岩中次生孔隙发育，能够形成中孔和微孔，使得高阶煤的孔隙度增加（图 11-4）。Bustin 等（1998）所进行的CO2等温吸附实验显示，随煤级增高，煤样的微孔孔容和表面积先减后增，在烟煤阶段出现最小值（图11-5）。

图11-4 阜新盆地低煤阶煤（左）与沁水盆地高煤阶煤（右）扫描电镜下孔隙结构对比

2.煤储层裂隙系统与渗透率
煤储层裂隙的分类主要考虑裂隙大小（姚艳斌等，2007）、裂隙成因、裂隙的形态等。目前采用得较多的是综合形态和成因的分类方案（苏现波，1998），即将裂隙划分为内生裂隙（割理）、外生裂隙和继承性裂隙3类。
内生裂隙发育与煤岩组分和煤化程度密切相关，一般只发育在镜煤和亮煤分层中，不切穿上下分层。一般认为，内生裂隙是煤中凝胶化物质在煤化作用过程中受温度、压力的影响，内部结构变化，体积收缩，引起内张力而形成的，部分受到构造应力作用的影响。中变质阶段煤的内生裂隙最发育，低变质烟煤和高变质无烟煤阶段逐渐减少。内生裂隙可以分为两组大致相互垂直的主内生裂隙（面割理）和次内生裂隙（端割理）。
外生裂隙是指煤层在较强的构造应力下产生的裂隙，按成因可分为剪性外生裂隙、张性外生裂隙和劈理。继承性裂隙兼有内生裂隙和外生裂隙的双重性质，属过渡类型。

图11-5 不同Ro煤储层孔隙度

（据Rodrigues et al.，2002）
煤裂隙的发育程度及地应力双重作用控制了渗透率的大小。含煤盆地煤储层的渗透率变化较大，一般随深度增加而呈指数递减（图11-6，图11-7）。近地表煤储层渗透率可达1000×10-3μm2，600～1000m渗透率降到0.1×10-3μm2左右，再往深部递减速度减小。不同盆地、同一盆地不同区块渗透率变化趋势不同（Law，1993）。美国圣胡安盆地1A区块、1B区块＋1C区块、2区块、3区块煤储层渗透率分别为（15～60）×10-3μm2、（10～35）×10-3μm2、（5～25）×10-3μm2、＜5×10-3μm2，渗透率呈减小的趋势；美国粉河盆地主力煤层 Fort Union 组渗透率较大，分布在（35～1000）×10-3μm2之间（Ayers，2002）。中国沁水盆地高变质煤渗透率，相对于其他盆地偏低，分布范围为（0.01～5.75）×10-3μm2；鄂尔多斯盆地东缘煤储层渗透率分布范围为（0.02～85）×10-3μm2。

图11-6 煤储层渗透率随深度的变化


图11-7 实验室模拟不同围压条件下煤储层渗透率变化

8. 煤储层评价概述

煤层气储层与常规天然气储层相比存在许多显著的不同。一方面，在煤层气储层中，煤不仅是气体的储集岩而且是生气的源岩；另一方面，煤层气的产出过程除了涉及到流体的渗流过程外，还涉及到了气体的吸附、解吸和扩散等一系列复杂的过程（Saulsberryet al.，1996）。因此，煤层气储层系统中包含了煤层气的产生、煤层气的储集、煤储层内部分气体的迁移、煤层气的富集成藏、以及煤层气的产出等过程。
基于煤层气储层系统的概念和理论体系，可将煤储层评价系统定义为：不仅包含了反映煤层气储集能力的含气量和储层压力等参数，而且包含了反映煤层气产出能力的渗透率、割理和裂隙发育特征等参数，同时还包括影响煤层气储集和产出的煤地质学特征参数（如煤层厚度、埋深和煤体结构等）的综合评价系统。
6.1.1.1 煤储层的煤地质学特征
煤地质学特征，不仅涉及到煤储层发育的沉积、构造和水文地质等条件，也包括煤层的煤厚、埋深、煤体结构类型、煤级和煤岩组成等。煤的地质学特征对煤层气的生成、储存以及煤层气的开发都具有显著的影响，它可间接反映煤层气的储集能力特征或储层物性特征，同时它也与煤层气的开发工艺选择具有重要关系（Crosdaleet al.，1998；Bustinet al.，1998；秦勇等，1999；ChalmersandBustin，2007）。煤储层地质学特征的主要评价参数有构造类型、封盖特征、水文地质、煤厚及稳定性、煤层埋深、煤岩和煤体结构特征等。
6.1.1.2 煤储层储集能力特征
煤层气是一种非常规的天然气藏，它主要以吸附态储存于煤的微孔系统中，而仅有少部分以游离态或溶解态储存于煤的割理或裂隙系统中。煤层气的产出过程是一个排水降压过程。当储层压力降到煤层气的临界解吸压力时，煤层气便从煤的微孔表面解吸，随后扩散到煤孔隙—裂隙系统中，并在压力差的驱动下从裂隙向井筒流动。根据煤层气这种储集和产出原理，这里将煤的吸附能力、原位含气量、含气饱和度、储层压力梯度和临储压力比等作为煤储层储集特征评价的主要评价参数。
6.1.1.3 煤储层物性特征
煤储层物性特征主要包括渗透率以及各级别的裂隙和割理的发育特征等。煤储层物性特征的好坏是决定煤层气产出的关键，也是评价煤层气藏是否具有商业开采价值的主要因素。
煤储层中的割理和裂隙系统构成了煤层气储层中流体（煤层气和储层水）的渗流通道，其发育优劣可间接反映煤储层的渗透性能和开采条件。鉴于目前国内外关于煤的裂隙和割理描述的称谓较多（Laubachet al.，1998；苏现波等，2002；樊明珠和王树华，2002；王生维等，2005），给研究带来不便，这里将煤的裂隙或割理进行了重新厘定。这里参照Solano-Acosta等（2007）的分类，将煤中方向性较好的裂隙称为割理；将方向性稍差的定为裂隙；两者也统称为裂隙，并按照尺度和成因分类方法，分为大裂隙（宏观裂隙或外生裂隙）、中裂隙、小裂隙和微裂隙（表6.1）。其中宏观裂隙是指不包括断层在内，自然条件下肉眼可识别的裂隙系统，大小通常为几毫米到几米。一般来说，大、中裂隙与外生节理（裂隙）相当，是构造应力场下煤层构造变形的产物，高度可达数米，可以出现在煤层的任何部位，不受煤岩分层或条带的限制。小裂隙和微裂隙除构造应力形成外，通常是煤化作用过程中所形成的内生节理（裂隙）。
表6.1 煤层气储层评价系统中的裂隙分类定义