澳大利亚Bowen与Surat盆地煤层气特征研究

王 磊 樊太亮 杜云星, 孙滨斌

(1.中国石化集团国际石油勘探开发有限公司，北京 100029；2.中国地质大学(北京)，北京 100083 3.中国科学院地质与地球物理研究所，北京 100029)

Bowen盆地和Surat盆地位于昆士兰州东南部，近南北走向。Bowen盆地为早二叠世-中三叠世的前陆盆地，面积约20万km2，盆地东部以一系列南北向发育的逆冲断层为界。Surat盆地为早侏罗至早白垩世稳定地块上发育的克拉通内坳陷盆地，面积约27万km2，盆地整体位于Bowen盆地南部，其北部不整合叠置于Bowen盆地南部之上，基底为下古生界变质岩。Bowen盆地最大沉积厚度约9000m，其早二叠世为浅海、边缘海沉积，主要煤层均为河流三角洲沉积环境；Surat盆地下部为陆相侏罗系沉积，盆地部分区域沉积厚度达3000m。

前人对Bowen和Surat盆地进行了大量的研究，但对两个盆地的煤层气特征，尤其是盆地生烃(煤层气)潜力和煤层气开发潜力及选区评价等仍然缺乏认识。本次在Bowen盆地采集了6口井67个煤岩样品和在Surat盆地采集了7口井211个煤岩样品，对这些煤层样品进行了系统的煤层气特征研究。

图1 Bowen盆地煤层样品显微组分及最大镜质体反射率

1 主要含煤层系

Bowen盆地主要含煤层系为二叠系Bandanna组CRB1、CRB2和CRB3层，本次采集样品埋深321～739m，分布稳定，单层厚度大，煤层少。CRB1和CRB3层为区域连续稳定分布的厚度最大的煤层，单层厚度2～3m，CRB2层相对较薄，单层厚度为0.5～0.8m，煤层累计平均厚度约8m。样品厚度如表1。

表1 Bowen盆地煤层样品厚度表

Surat盆地主要含煤层系为中侏罗世Walloon亚群的Upper Juandah、Lower Juandah和Taroom煤组。Walloon亚群煤层样品埋深98～1116m，具有层多、层薄的特征。本次采集样品有19～39层，单煤层厚度0.28～1.78m，以0.3～0.8m薄层为主，累计厚度10～28m。

2 煤的显微组分

Bowen盆地煤层显微组分相对百分含量具有镜质组>惰质组>壳质组的特点(图1)。镜质组含量离散分布于38%～91%，浅层(321～401m)样品的镜质组含量(38%～70%)明显低于中层(50%～91%)。 壳质组含量低， 主要分布于1.8%～3.8%。惰质组含量高，离散分布于6.1%～58%，浅层(321～401m)样品的惰质组含量(28%～58%)明显高于中层(6.1%～47%)。煤层样品最大镜质体反射率范围0.69%～0.97%，属于中等成熟度，为Ⅱ型与Ⅲ型中煤级煤。

Surat盆地煤层显微组分相对百分含量镜质组>壳质组>惰质组(图2)。镜质组主要分布于70%～90%。壳质组含量5%～35%，主要分布于8%～22%。惰质组含量0～23%，大多数样品惰质组含量<5%。煤层样品最大镜质体反射率值位于0.4%～0.65%之间，属于低成熟度，为低煤级煤和Ⅰ型中煤级煤。

图2 Surat盆地煤层样品显微组分及最大镜质体反射率

3 煤层气成分及含气量

煤层气的根据成因分为生物成因气和热成因气。生物成因气为低变质煤(泥炭至亚烟煤)中有机质在低温条件下(<50℃)经过微生物的分解，发生生物化学降解作用，生成以甲烷为主的气体。热成因气是当温度超过50℃，煤化作用增强，煤中碳含量丰富起来，而大量富氢和富氧的挥发分释放出来，其主要成分是甲烷、二氧化碳和水等。实验得到煤层气的主要成分为甲烷，含量 >88.2%，其次为二氧化碳，Bowen盆地含量0.23%～1.53%，Surat盆地含量0.03%～11.8%，再次为乙烷，含量0.01%～3.1%，含微量丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷及己烷。Bowen盆地煤层气为热成因气。Surat盆地浅煤层为生物成因气，中-深煤层为生物-热过渡带成因气。

含气量是煤层气的物质基础，受煤层气成因、煤化程度、煤层埋深、割理发育程度、含气饱和度等因素影响。通过解吸实验对样品进行了含气量测量。样品经过45～60天的等温解吸实验得到了损失气与解吸气量，取200g解吸后的样品研磨后进行残余气解吸测量，求和得到总含气量。

实验数据显示Bowen盆地煤层含气量为4.32～11.55m3/t(图3)，显示Bowen盆地煤层气开发潜力大。其中埋深浅层(321～356m)和深层(621～739m)样品含气量低，约为5m3/t，埋深中等的样品含气量相对较高，分布范围6～11m3/t。分析其原因，浅层煤层样品的保存条件相对较差，可能导致部分气体溢散，含气量降低。深部样品由于压实作用导致煤层割理闭合，降低了割理密度，减小了煤层气吸附表面，导致含气量下降，压实作用同时导致煤层渗透率降低。因此浅煤层和深煤层含气量比埋深中等含气量低，不利于煤层气保存和开发。

图3 Bowen盆地煤层样品总含气量

Surat盆地样品经过56～182天的等温解吸实验及残余气解吸测量得到总含气量。Surat盆地的含气量离散分布于2.28～13.89m3/t(图4)，90%样品含气量>4m3/t，揭示Surat盆地具有巨大开发潜力。Hoffmann等(2009)认为Surat盆地侏罗系煤层根据最大镜质体反射率值为不成熟到低成熟度，生烃潜力有限，实验数据不支持Hoffmann的结论，显示煤的生烃能力与镜质体反射率(煤阶)没有直接关系。Surat盆地煤层含气量从浅层(<393m)到中层(393～871m)与深度成近似的线性关系，埋深越深，含气量越大。分析其原因，首先因为浅层地层温度低，达不到热成因气的生成条件，为单一的生物成因气，其次浅层保存条件差，因此浅层含气量小。随着深度增加，地温升高，逐渐有热成因气生成，煤层气由单一的生物成因气逐渐过渡到生物-热过渡带成因气，含气量逐渐增大。深层(>871m)具有和Bowen盆地煤层相似的特征，即含气量下降，原因与Bowen盆地相同。综合两个盆地含气量数据，中等埋深煤层地质条件相比较浅层和深层更好，因此含气量最大，有利于煤层气开发。

图4 Surat盆地煤层样品总含气量

对比Bowen盆地与Surat盆地煤层气特征，Bowen盆地含气量中等，Surat盆地含气量低-中等，但其最大含气量高于Bowen盆地。根据煤岩有机显微组分中壳质组生烃能力最强，镜质组次之，惰质组最差，Surat盆地的镜质组与壳质组含量之和高于Bowen盆地，所以Surat盆地煤层生烃能力高于Bowen盆地煤层。因此在澳大利亚煤层气开发中建议选取Surat盆地中等埋深的煤层进行。

4 结论

Bowen盆地煤层显微组分含量镜质组>惰质组>壳质组，最大镜质体反射率0.69%～0.97%，为Ⅱ型与Ⅲ型中煤级煤。Surat盆地煤层显微组分含量镜质组>壳质组>惰质组，最大镜质体反射率0.4%～0.65%，为低煤级煤和Ⅰ型中煤级煤。

煤层气的主要成分为甲烷，含量大于88.2%，其它成分为二氧化碳、乙烷、丙烷、异丁烷、正丁烷、异戊烷、正戊烷及己烷。

Bowen盆地煤层含气量为4.32～11.55m3/t，为中等含气量。Surat盆地的含气量2.28～13.89m3/t，为低-中等含气量。两个盆地都具有煤层气开发潜力。

浅煤层地层温度低、保存条件差，深煤层压实作用使割理闭合降低了含气量，同时导致渗透率降低，不利于煤层气开发。中等埋深煤层地质条件相比浅、深煤层更好，含气量最大，有利于煤层气开发。

Surat盆地煤层生烃能力高于Bowen盆地煤层，建议选取Surat盆地中等埋深煤层进行煤层气开发。