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技术文章
五大煤源岩层与五大勘探有利区：华北、西北、西南、华南、东北煤层气机会地图
点击次数：9 发布时间：2026/11/12 10:15:29
煤层气勘探的选区逻辑，绕不开层系与煤阶两条线索。石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系五套煤源岩层，对应华北、西北、西南、华南、东北五大勘探有利区。区域之间的煤阶、埋深与孔隙结构差异，让低场核磁在跨区样品对比中可能成为一条值得考虑的技术路径。
一、背景：五套煤源岩层构成选区的层系骨架
煤层气的分布受控于聚煤期。五套煤源岩层自老到新依次为石炭系、二叠系、三叠系、侏罗系、白垩系，对应华北、西北、西南、华南与东北五大勘探有利区。
层系与煤阶的组合决定储层面貌：华北以石炭系中高煤阶、二叠系中高煤阶、三叠系低煤阶为主，西北以侏罗系中低煤阶为主，西南与华南以二叠系中高煤阶为主，东北以白垩系中低煤阶为主。
二、现状与痛点：区域差异让"一套参数走全国"行不通
五大有利区共享同一套评价逻辑，参数层面的难点因区域而异。
2.1 煤阶跨度大，赋存机理随之分化
煤阶直接影响孔隙类型与吸附能力。公开文献综述倾向认为，中高煤阶煤岩微孔发育，中低煤阶煤岩的大孔与裂隙系统相对更发育，游离气存储空间更大。
机理差异在 CO₂ 驱替实验中被量化：高阶煤竞争吸附贡献率 83.42%，低阶煤压力驱动机制占 66.22%。
这套差异的直接结果是：增产工艺随煤阶而变，华北煤层气与西北煤层气可能难以共用一套改造方案。
2.2 埋深与地温改变吸附态与游离态的分配
浅层（小于 1500 m）煤层气以吸附气为主，占总含气量 90% 以上；煤层气游离气占 20%–50%，深层煤单位体积总含气量是浅层煤的 2–3 倍。
温度与压力对吸附量的影响已有实验数据：温度升高使 CH₄ 单位吸附量降幅达 30%，注入压力由 10 MPa 增至 20 MPa 时降幅为 32.6%。各有利区的地温梯度与埋深区间不同，吸附/游离比例需要分区标定。
2.3 跨区样品对比缺少统一测量标尺
区域优选依赖横向对比，对比的前提是数据可比。各区样品分散在不同实验室，测试方法、制样流程与标定口径存在差异，数据的可比性由此打折。
非均质性进一步放大了这一困难。大吉区块深部 8 号煤基质孔隙度 3.60%–6.11%、渗透率平均 0.016 mD；同盆地中东部 8 号煤气测孔隙度 0.40%–10.67%。同一盆地内部已呈现如此跨度，跨盆地对比或许更需要一套统一基准。
把区域差异转化为可比的定量参数，正是低场核磁在区域评价中承担的角色。
三、现有解决方案：一套无损定量方法覆盖五套层系
低场核磁的适配性来自孔隙全尺度覆盖。核磁 T₂ 弛豫可测定煤中微孔、中孔、大孔与裂隙的分布与连通关系。两类煤阶样品落在同一张 T₂ 谱的不同区间，同一台设备即可完成表征。
吸附气与游离气的分别定量，为跨区对比提供共同指标。原位低场核磁可在 30–70 °C 条件下追踪完整煤样甲烷吸附，T₂ 谱面积与气体质量呈线性关系（R² > 0.997），并产生三个特征 T₂ 峰。同一套标定流程下，吸附/游离比例有望形成横向排序。
孔隙压缩性让埋深差异也能被量化：煤岩吸附诱导孔隙应变与吸附气含量呈线性，孔隙压缩性为 0.0509–0.0902 MPa⁻¹。埋深与应力敏感性的经验判断由此转为可测量数值。
四、应用场景
华北是当前突破最集中的区域。鄂尔多斯盆地 2024 年探明 3 个千亿方级深层煤层气大气田，探明地质储量突破 5000 亿 m³，接近该地区以往煤层气探明总量的 70%；大吉气田平均埋深 2130 m，2025 年 7 月年产能突破 25 亿 m³。华北煤层气的评价重点，落在石炭系与二叠系中高煤阶样品的微孔含气性与割理连通性上。
西北的机会在侏罗系。准噶尔、吐哈等盆地已开展煤层气勘探评价，侏罗系中低煤阶的大孔—裂隙系统发育，西北煤层气的表征重心偏向游离气与可动流体识别。
西南与华南落在二叠系，西南煤层气的埋深跨度尤其大。四川盆地、渤海湾盆地均已开展煤层气相关评价工作，二叠系中高煤阶煤岩的选区评价更依赖原位温压测量数据。
东北指向白垩系。白垩系中低煤阶煤岩勘探程度相对较低，公开资料显示相关评价仍在推进，样品级的孔隙结构与含气性数据是选区阶段的基础输入。
基于核磁分层技术的超临界二氧化碳驱替煤层气动态研究
驱替过程恒定梯度分层弛豫表征
在35 ℃、11 MPa实验条件下，向甲烷饱和煤样注入超临界 CO2，采用恒定梯度分层测试，每层厚度 1 cm，共 5 层，连续监测 192 h 至信号稳定，分层采集甲烷信号时空演化规律，有以下结论：
捕捉空间位置的差异化响应特征 ：
近端段（0‒20 mm）驱替早期甲烷信号波动微弱；远端段（30‒50 mm）甲烷信号明显下降，降幅 21.97%。该类储层空间差异化响应特征可通过
分层精细化监测手段精准捕获，传统整体检测方式难以甄别与表征该细微空间差异。
揭示低渗透区甲烷滞留与富集机制：
分层数据显示，中心段（20‒30 mm）在驱替中后期出现明显信号上升（最高达13.32%），表明该低渗透区域发生了CH4 富集。这种“局部富集”现象易被其他层位信号掩盖，传统方法难以有效识别。
表征微观动态非均质性：
分层技术将煤体内部非均质性与局部流体作用机制可视化，解释高阶煤 CO2 驱替煤层气（CO2-ECBM）产气效率偏低、储层产气空间差异大的原因。实验证明：非均质高阶煤储层中，甲烷产出不服从简单的距离衰减规律，主要受局部渗流通道控制；基于该机理，可针对性设计储层改造方案（压裂、水平井等）提升煤层气采收率。
五大煤源岩层与五大勘探有利区的框架，把煤层气有利区的优选拆成层系、煤阶、孔隙结构、流体赋存四个可测量环节。从现有公开数据看，区域差异已有较明确的体现，可比的定量数据是排序依据的前提。
纽迈的低场核磁设备支持无损、定量、原位、全尺度的煤岩表征，可用于不同区域、不同层系样品的统一对比评价，为有利区优选与层系选择提供参数支撑。需要区域样品对比测试方案，可联系纽迈技术支持。
原创作者：苏州纽迈分析仪器股份有限公司
