生物成因煤层气生成的主控因素探讨

2012-02-13卢玉杰

中国煤层气 2012年1期

卢玉杰徐影

(1.山东科技大学地质科学与工程学院,山东 266510;2.河南理工大学资源环境学院,河南 454000)

1 引言

煤层气一般分为热成因煤层气和生物成因煤层气。长期的研究过程主要以热成因煤层气为主,但近期美国粉河盆地的煤层气开发表明生物成因煤层气具有非常重要的意义。A.R.Scott等曾估计,全球至少20%的煤层气为生物成因煤层气。另外,一些国内外学者的研究表明,由于生物成因煤层气持续生成,一些煤层气井的采出总量远远高于勘探阶段发现的资源总量。因此,了解生物成因煤层气的形成机理,对勘探开发这部分煤层气资源具有重要意义。

2 生物成因煤层气的生成途径

生物成因煤层气是微生物在较低的温度 (适宜温度30℃～55℃)条件下对有机质作用,在煤层中生成的以甲烷为主的气体。其生成途径主要有两种方式：一种是CO2还原作用;另一种乙酸发酵作用。CO2还原作用：CO2+4H2→CH4+2H2O(4H2+HCO-3+H+→CH+4+3H2O);乙酸发酵作用：CH3COOH→CH4+CO2(CH3COO-+H+→CH4+CO2)

不同的成煤环境是生物成因煤层气形成途径差异的主要原因。通常认为淡水环境以乙酸发酵作用为主要形成机制,其生成的CH4的δ13C1平均值为-59‰;海相环境以CO2还原作用为主,其生成的CH4的δ13C1平均值为-68‰。另外,有研究表明,乙酸发酵生成CH4慢于CO2还原生成CH4的速率。一些实验室模拟煤产生甲烷的结果也表明,H2/CO2促进甲烷产生,而高浓度的乙酸盐并不促进甲烷产生,因此,一般认为CO2还原是生成甲烷的主要途径。