煤层气成因与资源分布

煤层气是与煤伴生、共生的气体资源，是赋存在煤层中的烃类气体，以甲烷为主要成分，属于非常规天然气。煤层气以吸附在煤基质颗粒表面为主，部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中。煤层气的开发利用具有一举多得的功效，是未来洁净能源发展的重要方向。

煤层气成因

煤层气的成因可以分为三大类。

（1）早期生物成因。煤层埋藏浅，普遍在地层400米以下，热力作用不足以使煤层的有机质结构变化产生气体，故有机质成分与结构的变化主要通过微生物参与下的化学反应实现，在泥炭沼泽环境中通过微生物对有机质的分解作用形成以甲烷为主的生物成因气。

（2）次生生物成因气。在煤层后期抬升阶段，煤层温度等环境条件适宜微生物生存。这些微生物主要通过位于补给区的煤层露头由大气降水带入，在相对低温条件下代谢湿气、正烷烃和其他有机化合物，生成甲烷和二氧化碳。在含煤盆地中，次生生物作用过程活跃并影响气体成分的深度间隔称作蚀变带，一般位于盆地边缘或中浅部；不发生蚀变的气体一般出现在盆地深部，称作原始气带。

（3）热成因气。从烃源岩的角度，可将煤阶演化阶段分为低成熟阶段（泥炭—褐煤）、成熟阶段（长焰煤—瘦煤）和高成熟阶段（贫煤—无烟煤）。在低成熟阶段主要形成生物气，而真正的热成因气形成于长焰煤—无烟煤阶段。

世界各国煤层气资源情况

全球煤层气资源量超过270万亿立方米，主要分布在俄罗斯、加拿大、中国、美国、澳大利亚、德国、波兰、英国、乌克兰、哈萨克斯坦、印度、南非12个国家。俄罗斯煤层气资源量约为113万亿立方米，居世界第1位。加拿大煤层气资源量约为76万亿立方米，居世界第2位，中国煤层气资源量约为30万亿立方米，居世界第3位，美国煤层气资源量约为21万亿立方米，居世界第4位。俄罗斯、加拿大、中国、美国4个国家的煤层气资源量共计240万亿立方米，占全世界煤层气资源总量的九成。

中国煤层气资源分布特征

按盆地分布，中国共有42个主要聚煤盆地，其中煤层气地质资源量超万亿立方米以上的有10个，按资源量大小排名分别是鄂尔多斯盆地、沁水盆地、滇东黔西盆地、准噶尔盆地、天山盆地、川南黔北盆地、塔里木盆地、海拉尔盆地、二连盆地以及吐哈盆地。从全国范围看，这10个盆地煤层气地质及可采资源总量占比均超过80%，地质资源总量近26万亿立方米，可采资源总量达11万亿立方米。地质资源量及可采资源量排名全国前三的依次为鄂尔多斯盆地、沁水盆地和滇东黔西盆地；资源丰度排名全国前三的依次为塔里木盆地、滇东黔西盆地和准噶尔盆地。其中，鄂尔多斯盆地煤层气资源量约为10万亿立方米，占全国煤层气资源的三分之一，沁水盆地煤层气资源量约为4万亿立方米，滇东黔西盆地煤层气资源量约为3.5万亿立方米。

（1）地理分布特征。华北、西北、南方、东北和滇藏地区是中国五大煤层气气区。煤层气资源最丰富、煤层气勘探开发最活跃、产量最多的是华北气区，其煤层气地质资源量超13万亿立方米，约占全国的一半。西北气区排名第二，其煤层气地质资源量超7万亿立方米，约占全国的四分之一。南方气区煤层气地质资源量超5万亿立方米，约占全国的五分之一。东北气区煤层气地质资源量超3万亿立方米，约占全国的十分之一。

（2）地形地貌分布特征。地震勘探及开采成本与地形地貌有着密切的联系。黄土塬、丘陵和山地是中国煤层气集中分布地，三者的煤层气地质资源量分别约为5万亿立方米、7万亿立方米和8万亿立方米，可采资源量分别约为2万亿立方米、3万亿立方米和3万亿立方米。东北气区煤层气资源主要分布在高原地区；西北气区煤层气资源主要分布在丘陵和戈壁；南方气区煤层气资源主要分布在山地地区。煤层气最富集的盆地是鄂尔多斯盆地，或者换一个耳熟能详的称呼——黄土高原。

（3）煤阶分布特征。煤类多样性决定了煤层气类型的多样性，中国高、中、低煤阶煤层气均广泛发育。高煤阶煤层气（占总资源量的28.5%）主要分布在华北和南方气区，西北和东北部分地区也有少量高煤阶煤层气分布。中煤阶煤层气（占总资源量的34.8%）主要分布在华北、南方和滇藏气区，包括华北气区的鄂尔多斯盆地东缘、南方气区的四川盆地以及青藏的扎曲盆地。鄂尔多斯、二连、吐哈、塔里木、准噶尔、三塘湖、柴达木、阜新和海拉尔等沉积盆地的西北和东北气区主要赋存低煤阶煤层气（占总资源量的36.7%）。

（4）深度分布特征。将煤层气赋存深度划分为300~1000米（浅层）、1000~1500米（中层）和1500米以深（深层）3个区间。其中，深层煤层气资源量最多，占煤层气总资源量的40%。

中国煤层气资源前景

与国外相比，中国煤层气地质条件复杂，无法照搬国外成熟技术，煤层气产业处于起步阶段，全国煤层气资源探明率仅为2.29%，未来资源潜力巨大。截至2021年底，中国煤层气地面开发累计产气量566亿立方米，2021年，全国煤层气地面开发产量为82亿立方米。

当前低碳化发展已成全球共识，能源结构正在由高碳向低碳甚至无碳转变。推动实现“双碳”目标，为煤层气产业发展和科技创新提供了重要契机和有效路径。在“双碳”背景下，中国煤层气产业已经进入一个新阶段，正处于发展史上最有利的时期。

中国煤层气产业实施近期和长远“两步走”发展战略。第1步，将2030年之前分为两个阶段，第1阶段到2025年，实现理论与技术的新突破，完成国家“十四五”规划目标年产100亿立方米，坚定产业发展信心；第2阶段2025年到2030年，形成针对大部分地质条件的适用性技术，进一步扩大产业规模，实现年产300亿立方米，在天然气总产量中占有重要地位。第2步为2030年之后的长远时期，逐步实现1000亿立方米大产业战略。

作者：张雨祥 李永洲 陈沫（中石油煤层气有限责任公司勘探开发研究院、煤层气开发利用国家工程研究中心）