煤成气（煤系内有机质生成的天然气）
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更新时间：2023-05-22
煤成气
煤系内有机质生成的天然气
煤成气是指煤系内有机质生成的天然气，包括：煤层内呈富集状态的有机质和岩层（主要是暗色泥岩）内呈分散状态的有机质生成的天然气。煤型气属腐殖型气，其成分以甲烷为主。其中煤层又以上古生界石炭－二叠系地层最为发育。
简介
煤成气的形成
生物成因气
成煤过程初期的泥炭化作用阶段，泥炭沼泽为富水常温的还原环境，微生物活动旺盛。在强烈的生物化学作用下，植物有机质在转变成泥炭的同时，还遭受厌氧细菌分解产生以甲烷为主的气体，这样生成的煤成气称为生物成因气。另外，煤层经聚煤期后构造抬升或剥蚀作用，也可再次遭受生物化学作用而产生生物成因气。
生物成因气是微生物地球化学作用的产物，其通过两个途径生成：一是还原二氧化碳；二是甲基型有机质发酵。
生物成因气最早形成于R<0．5%、有机质演化未成熟阶段。此时，在泥炭沼泽缺氧、低硫酸盐、低温、高pH值、适当孔隙空间、富含有机质的快速沉积环境中，温度一般认为不超过50℃，生存有大量微生物，生物化学作用强烈，植物有机质在厌氧细菌作用下降解、发酵，生成生物降解气，形成主要成分为甲烷和二氧化碳的煤成气。这一时期由生物降解生成的气称为原生生物气，因储集层（煤层及顶底板岩层）埋深较浅，生储盖不完善，没有良好的气藏封闭，生气不容易大量保存，难以成为重要的煤成气源。
生物成因气还可产生于成煤之后。当构造抬升和剥蚀作用使煤层出露地表或被松散沉积物覆盖，埋藏变浅与大气、水相通，煤层中可再次形成有利于微生物活动的环境。此时地下水和大气降水可将补给区的细菌运移到煤层内，并对煤层内的热成因气和其他甲基型有机化合物降解形成生物降解气。这一时期生成的生物降解气称为次生生物气。次生生物气形成于正常煤化作用终止以后，往往是在近代地质时期内形成的，在各种煤级的煤层中都可以发生，一般以为0．3%
热成因气
在成煤过程中，随着煤层埋藏深度的增加，地温逐渐升高，微生物活动渐趋停止，煤化作用因温度和压力的增高而增强，在褐煤转化为烟煤、无烟煤的同时，温度促使煤有机物热解，经物理化学反应而析出甲烷、二氧化碳、水和少量重烃。这样生成的煤成气称为热成因气。
热成因气是沉积有机质经物理地球化学作用“煤化或演化”的结果，其形成可从泥炭阶段延续至无烟煤阶段。煤的有机质在其煤化或演化的各个阶段中，都可通过热降解作用和热裂解作用生气，但各阶段的生气机理和生气成分不尽相同，即热成因气的生成与沉积有机质演化阶段的成熟度或煤化作用程度的阶段有关。
早期热成因气产生于煤变质作用初期，相当于有机质演化的成熟阶段的低端随着埋深的增加和地温梯度的增高，煤层经受的温度和压力随之增加，煤发生热演化和变质作用。在煤变质作用之初，煤有机质的芳构化程度较低、有大量带侧链的官能团，由于受热发生降解作用，侧链或官能团断裂，生成重烃分子和CH、CO、HO等小分子，同时煤有机大分子的芳构化程度提高，CO被水溶解带走或被进一步还原为CH，从而形成以甲烷为主要成分的煤成气。
晚期热成因气产生于煤变质作用的大部分时期，相当于烃源岩演化的成熟阶段的高端、高成熟阶段(和过成熟阶段。在煤成烃的有机质演化成熟阶段，热成因气的生成是煤有机质早期热降解作用的继续，并达到热降解速率的高峰，生成的气体中CH的比例急剧升高、CO的比例急剧下降，并有大量重烃气和液态烃的生成；在煤成烃的有机质演化高成熟阶段，热成因气以热降解生气为主，但热降解作用呈减弱趋势，热裂解作用逐渐增强，生气大部分源于煤分子侧链或官能团的脱落，一部分来源于已生成或正在生成的液态烃或重烃气的热裂解；在煤成烃的有机质演化过成熟阶段，热成因气以裂解作用生气成为主导，当Ro,max>2．5%以后，全部为热裂解成因生气。热成因气主要源于已生成的液态烃或重烃气的热裂解，部分源于煤分子或重烃分子侧链的脱落。
煤成气的分类
煤成气生成后主要赋存于含煤沉积的各类储层中，亦可运移到非煤系储层中。根据煤成气储存体岩石的性质、运移特征、聚散性和工业意义等，可按其赋存状态将煤成气划分为煤层气和煤出气两大类。
1、煤层气
由于煤层较致密，透气性差，吸附性强，储集在其中的煤成气大部分以吸附状态被吸附在裂隙的表面和煤层的微孔隙内，通常不易解析出来。有时有少部分煤成气的气体分子往返运动于煤层的内生和外生裂隙内，呈游离状态储集在煤层中，甚至可聚集成瓦斯包，造成采煤中的瓦斯突出灾害。煤层气在适当的地质条件下亦可形成工业性气藏，是现在能源勘查、开发的主要对象。
2、煤出气
