煤系天然氣的資源類型、形成分布與發展前景

鄒才能，楊智，黃士鵬，馬鋒，孫欽平，李富恒，潘松圻，田文廣

（中國石油勘探開發研究院，北京 100083）

0 引言

煤系天然氣的研究和發展，對推動天然氣工業發展產生了積極而深遠的影響。20世紀40年代，德國學者認識到含煤地層中能生成大量天然氣，并能形成工業氣田[1]。前蘇聯從20世紀50年代起開展煤系氣研究并指導天然氣勘探，先后在西西伯利亞盆地和卡拉庫姆盆地發現了一批大型和特大型氣田，使得前蘇聯從貧氣國躍居為世界產氣大國，并長期保持世界第一[2]，西西伯利亞盆地在當今也是世界上最大的煤系氣產儲盆地[3]。中國煤系氣的研究、勘探始于20世紀70年代，“成煤作用中形成的天然氣與石油”一文[4]，一般作為天然氣地質學的開端，是中國煤成氣理論研究的里程碑[5-6]。煤成氣理論打破了煤系是天然氣勘探禁區的傳統認識，為開辟天然氣勘探新領域和實現中國天然氣工業跨越發展提供了重要科學指導。2017年中國天然氣儲量、產量分別為157 748.13×108m3（煤系氣占比58.7%）和1 467×108m3（煤系氣占比61.5%），與煤成氣理論出現之前的1978年相比，分別提高了96倍和10.7倍，中國從貧氣國變為世界第6大產氣國[7]。本文通過梳理全球煤系天然氣的勘探開發進展、聚煤期形成分布特征，厘清煤系天然氣資源類型、形成條件和分布規律，評價展望煤系天然氣發展前景，以期為從事煤系天然氣發展研究的科研工作者提供參考。

1 煤系天然氣的內涵與資源類型

煤系天然氣，是指煤系中煤、炭質泥頁巖和暗色泥頁巖生成的天然氣[7]，包括在煤、炭質泥頁巖和暗色泥頁巖等煤系源巖中滯留的煤層氣、頁巖氣，和從煤系源巖中運移出來在煤系中或其外聚集形成的煤系氣藏。煤系天然氣包括非常規“連續型”和常規“圈閉型”2種主要類型，可細分為非常規“煤層氣”、“頁巖氣”、“致密氣”、常規“圈閉氣”等資源類型，在聚集形態、聚集機理、分布特征、勘探開發方式等方面均有明顯的不同（見圖1）。本文主要闡述的煤系氣資源為源內煤層氣、源外致密氣及常規“圈閉氣”。

圖1 煤系天然氣資源類型、形成分布與勘探開發方式

2 全球煤系氣勘探開發進展

2.1 源外煤系氣

煤系氣的勘探可以追溯到20世紀40年代，德國西北盆地埃姆斯河流域至威悉河以西地區發現煤系氣田[1]。1959年在西荷蘭盆地東北部，發現世界第一個儲量超萬億立方米的煤系氣田格羅寧根氣田（可采儲量為2.7×1012m3）[8]。（見圖2）。德國西北盆地發現40個氣田、西荷蘭盆地發現約40個氣田，在英吉利盆地海上部分上石炭統、赤底統分別發現10個和52個氣田，上述氣田氣源均為上石炭統煤系（見圖2）[8]。俄羅斯西西伯利亞盆地天然氣大部分為煤系氣（見圖2），白堊系波庫爾組煤系為主要氣源巖，發現了10個萬億立方米級以上的大氣田，包括當時世界第1大氣田烏連戈伊氣田（可采儲量為10.75×1012m3）和第2大氣田亞姆堡氣田（可采儲量為5.24×1012m3），2011年該盆地天然氣產量和可采儲量分別為5 392.8×108m3和32.1×1012m3，分別占到俄羅斯的84%和72%[3]，至2015年已采出6.3×1012m3天然氣。美國發現致密砂巖氣藏的盆地23個，主要分布在落基山地區，白堊系煤層和煤系泥巖是主要氣源巖（見圖2）。

至2016年底，中國共發現煤系大氣田39個（見圖3），包括中國探明地質儲量和產量最大的氣田——蘇里格氣田，煤系大氣田占全國大氣田總數（59個）的66%，主要分布在陸上鄂爾多斯盆地、四川盆地、塔里木盆地和柴達木盆地，以及海域鶯歌?！倴|南盆地、東海盆地。2017年底中國煤系氣儲量、年產量分別為92 538.51×108m3、902.14×108m3，近12年來共產煤系氣6 620.53×108m3[7]。

2.2 源內煤層氣

全球煤層氣資源豐富，美國、澳大利亞、加拿大、俄羅斯等是主要產氣國（見圖2、表1）。美國是最早和最成功勘探開發煤層氣的國家，煤層氣可采資源量為21.19×1012m3，圣胡安、黑勇士、粉河、尤因塔、拉頓、阿巴拉契亞、阿克瑪、皮申斯是煤層氣商業化生產的8個主要盆地。美國煤層氣起步于上世紀70年代，2008年產量峰值為556.7×108m3，近年來發展放緩，2018年產量為289×108m3，占天然氣總產量的3%，其中一半來源于圣胡安盆地。澳大利亞是另一個煤層氣大國，估算煤層氣資源量為（8～14）×1012m3，主要分布在蘇拉特、鮑溫等盆地。近年來澳大利亞煤層氣產量快速增長，2017年總產量為397.7×108m3，其中蘇拉特盆地產量為307.4×108m3，鮑溫盆地產量為90.3×108m3。加拿大煤層氣地質資源量為76×1012m3，主要分布在阿爾伯達等加拿大西部沉積盆地。加拿大煤層氣產業起步與美國同步，2000年大規?？碧介_發，近年來產量開始下降，2018年產量約51×108m3。

圖2 全球煤系天然氣有利區分布

圖3 中國煤系天然氣有利區分布

表1 重點盆地/地區煤層氣地質條件對比

中國煤層氣近年來取得長足進展。早在20世紀70年代，中國就開始開展井下瓦斯抽放及利用，近年來中央油氣企業、煤炭企業、地方企業均積極介入煤層氣的勘探開發。截至2017年底，全國累計探明煤層氣地質儲量為6 911.77×108m3，探明了沁水盆地南部和鄂爾多斯盆地東緣兩個煤層大氣田，開辟了阜新、沈陽、焦作、豐城、六盤水、阜康等48個勘探區，累計建成煤層氣產能110×108m3/a，2018年全國煤層氣產量為53.5×108m3，建成沁水、鄂爾多斯盆地東緣兩大煤層氣產業基地。

3 全球主要聚煤期和聚煤區

3.1 主要聚煤期

聚煤期與地質歷史時期古構造、古氣候、古地理、古植物等密切相關[9-10]。全球范圍看，晚泥盆世，具有工業價值的煤炭資源開始形成，自此聚煤作用從未中斷過，但各個時期的聚煤作用強弱不同，形成具有一定的時限性。晚石炭世—二疊紀、侏羅紀和晚白堊世末期—新近紀，是聚煤作用最強的3個時期[9]，99%以上的煤炭資源分布在此3個聚煤期沉積地層[11]。世界煤炭資源約40%分布在上石炭統—二疊系，約50%分布在上白堊統—新近系，約10%來自于上三疊統—侏羅系[9-10]。

晚石炭世—二疊紀是全球范圍第1個聚煤期，地勢比較平坦，植物繁盛，聚煤作用強，形成了分布廣泛的聚煤盆地和含煤地層；晚三疊世—侏羅紀是全球范圍第2個聚煤期，裸子植物最為繁盛，侏羅紀是中國最為重要的聚煤期。晚白堊世—第三紀是第3個重要聚煤期，進入高等植物發展階段，構造活動更加強烈，氣候分帶也更加明顯?？傊?，從晚泥盆世開始到二疊紀，聚煤作用不斷增強；早、中三疊世是聚煤作用低潮期；從晚三疊世開始，經侏羅紀、白堊紀至新近紀，聚煤作用強度又不斷增大。此外，從全球廣泛分布的泥炭礦床推斷，第四紀“聚煤作用”的強度也是很大的。

3.2 主要聚煤區

聚煤區是區域背景、沉積環境、氣候條件等各種成煤控制因素綜合作用的結果[9,12]。世界煤炭資源的地理分布廣泛，遍及各大洲的許多地區，但分布不均衡?？偟膩碚f，北半球多于南半球，尤其集中在北半球的中溫帶和亞寒帶地區（見圖2）。北半球北緯30°～70°是世界上最主要的聚煤帶，占世界煤炭資源量的70%以上（見圖2）。各大洲間相比，北半球的3大洲煤炭資源均比較豐富，其中亞洲資源量約8.65×1012t，約占全球煤炭資源總量的56%以上；北美洲資源量約4.06×1012t，約占全球煤炭資源總量的26%以上；歐洲資源量有1.56×1012t，約占全球煤炭資源總量的10%以上。南半球各大洲的煤炭資源都比較少，其中大洋洲資源量約7 800×108t，約占全球煤炭資源總量的5.1%；非洲約2 100×108t，占全球煤炭資源總量的1.4%；南美洲最少，不到全球煤炭資源總量的0.4%。另外，南極洲的維多利亞地區及其他地區也發現有煤炭資源，但是還難以估算出比較確切的資源量。各個國家相比，全世界約有80個國家和地區擁有煤炭資源。中亞—俄羅斯、美國和中國的煤炭資源最豐富，合計約占全球煤炭資源總量的83%以上。

世界煤炭資源的地理分布，以兩條巨大的聚煤帶最為突出，一條橫亙歐亞大陸，西起英國，向東經德國、波蘭、中亞—俄羅斯，直到中國的華北地區；另一條呈南北向綿延于北美洲的中部，包括美國和加拿大的煤田。南半球的煤炭資源也主要分布在溫帶地區，比較豐富的有澳大利亞、南非、博茨瓦納和巴西等。

4 全球主要煤系氣形成與分布

4.1 全球典型盆地煤系氣形成與分布

4.1.1 美國圣胡安盆地

圣胡安盆地位于美國西部落基山地區的科羅拉多州西南部和新墨西哥州西北部、科羅拉多平原東部，面積為7×104km2，為一個近似圓碗狀的洼地，估算煤炭資源量為3 248×108t，煤層氣地質資源量為2.38×1012m3，煤層氣可采資源量為0.29×1012m3。形成于中生代拉臘米造山運動，是落基山脈的一個前陸盆地。圣胡安盆地為一不對稱向斜，向斜軸位于中北部，呈北西—南東向。北部邊緣地層陡傾，向中部和南部地層趨于平緩。沉積于晚白堊世和古新世的含煤地層，其中上白堊統Fruitland組是最重要的含煤地層。Fruitland組煤層總厚度一般為21.3 m，煤級為高揮發分煙煤到低揮發分煙煤，埋深為84～1 050 m，煤層含氣量為0.11～16.98 m3/t，一般為13.44 m3/t。中北部煤層總厚度最大，大于12 m，煤層層數多，單層厚度也最大。地下水從北部煤層露頭接受補給，并順煤層向深部流動，同時地下水攜帶煤層氣在構造樞紐線（非流邊界）附近聚集，形成了中北部的超壓儲集層。在梅里迪恩400區，單井產氣量平均為8 500～85 000 m3/d，產水量約48 m3/d，是圣胡安盆地產能最高的地區。Blanco Mesaverde氣田位于圣胡安盆地的中心和最深的部位，面積為3 467 km2。天然氣主要產出于海進的Point Lookout組和海退的Cliff House組砂巖，少量的天然氣分布于Menefee組中的河道砂巖中。氣源巖為Menefee組的河流和沼澤環境中形成的炭質頁巖和煤[13]，有機質類型為Ⅲ型腐殖型干酪根，天然氣是在成熟和過成熟期形成。生烴量最大值發生在漸新統埋深最大時期，天然氣被源自盆地邊緣的水動力和非儲集巖中出現的膨脹黏土所阻礙，就近成藏。

4.1.2 澳大利亞蘇拉特盆地

蘇拉特盆地是澳大利亞早侏羅世—白堊紀的克拉通盆地，北起昆士蘭州中部，向南一直延伸到新南威爾士州北部，最大沉積厚度約2 500 m，面積約30×104km2[14]。中侏羅統Walloon亞群為能量較低的曲流河及曲流河三角洲-湖泊沉積體系，煤巖主要發育在曲流河的河漫灘及曲流河三角洲平原的沼澤環境，發育了10個煤層組，煤層單層厚度較薄，大部分為0.1～0.5 m，并與薄的炭質泥巖互層發育，煤層累計厚度為20～40 m。盆地東北邊緣地層平緩，大斷層不發育，構造轉換帶上局部發育鼻狀隆起和小型調節斷層，改善了煤儲集層的滲透性。區域水文地質條件與煤巖演化程度決定了煤層氣成因類型以次生生物成因氣為主，熱成因氣為輔。經過近10年的勘探開發實踐，已識別出北部Mimosa向斜區、東北部Undulla 鼻隆區和東部Chinchilla—Geoondiwindi斜坡區3個煤層氣富集高產的甜點區，面積接近5 000 km2[14]。3個構造分區不同煤組成藏類型存在差異，北部Mimosa向斜區為斷層-水動力封堵型，東北部Undulla 鼻隆區及東部斜坡區局部為背斜-水動力封堵氣藏。蘇拉特盆地煤系氣的開發成功與薄煤層、碎屑巖頻繁互層及其衍生的有利開發地質條件密切相關。

4.1.3 俄羅斯西西伯利亞盆地

西西伯利亞盆地面積約250×104km2，基底為海西期褶皺，在盆地北部天然氣發育區，一般埋深8 km，最深為12 km。盆地經歷了裂谷期（上古生界—早三疊世）和拗陷期（晚三疊世—第四紀）兩個發育階段，其中拗陷期是煤系主要發育期，自下而上發育有中上三疊統—下侏羅統切利亞賓組、中下侏羅統秋明組、白堊系波庫爾組3套主要含煤地層，是世界特大的含煤盆地之一[15-16]。多旋回的含煤沉積、豐富的煤炭資源為大量煤系氣的形成奠定了良好的物質基礎，其中波庫爾組是盆地白堊系天然氣的主要氣源巖，為一套含煤和亞含煤地層，泥巖TOC平均值為1.31%，高者可達6%，平面上高TOC值泥巖層主要分布在盆地中、北部，TOC值達1.5%～2.0%，對主力氣層上白堊統賽諾曼階天然氣的平面分布有重要的控制作用。賽諾曼階氣層探明可采儲量占全盆地的70%，絕大部分集中在甲烷豐度大于30×108m3/km2的地區，烏連戈伊氣田是位于甲烷豐度最大、含腐殖型有機物地層最厚的地帶。此外，基底隆起長垣圈閉、儲集層厚度及物性、厚層的泥質巖蓋層等均對煤系氣富集創造了有利條件。西西伯利亞盆地煤系氣是俄羅斯天然氣工業的主體，擁有世界上產量最多和最高產的超大型氣田，已發現10個原始可采儲量在1×1012m3以上的超特大型氣田，2011年盆地天然氣儲量和產量分別占到俄羅斯全部的72%和84%。

4.1.4 中國鄂爾多斯盆地

中國鄂爾多斯盆地石炭系—二疊系為一套海陸過渡相的含煤碎屑巖沉積地層，天然氣資源豐富，迄今為止，已發現蘇里格、榆林、大牛地、烏審旗、子洲、延安等6個探明地質儲量超過1 000×108m3的煤系致密砂巖大氣田。蘇里格地區位于鄂爾多斯盆地西北部，勘探面積為4×104km2，石炭系—二疊系發育多套含氣層系，主力含氣層為二疊系下石盒子組盒8段和山西組山1段，具有勘探面積大、含氣層系多、致密低壓低豐度等典型特征，勘探開發潛力大[17-22]，2017年探明地質儲量為1.65×1012m3，為中國目前最大氣田。本溪組、太原組到山西組煤層累計厚為6～15 m，TOC值一般高于70%，暗色泥巖廣泛分布，厚度達30～50 m，TOC值為2%～3%。致密砂巖儲集層平面上連片分布，展布范圍廣，縱向上多層位砂體疊置，累計厚度為30～100 m，南北向延伸距離長，達150～200 km。地層展布平緩，圈閉界限模糊，氣水關系復雜，具有持續充注、動態成藏特征。

4.2 全球煤系氣主要地質特點與聚集模式

4.2.1 煤系氣成因機制

煤系成烴以氣為主以油為輔（Ro=0.5%～1.5%），有3個方面的證據：①煤以腐殖煤為主，其原始物質組分中H/C值低的木質素和纖維素含量超過60%；②腐殖型有機質的化學結構組成中以甲基和縮合芳環為主，利于生氣；③煤以及煤系泥巖成烴模擬實驗中，以生氣為主[7]。天然氣乙烷碳同位素組成具有較強的母質繼承性，是區別煤系氣和油型氣最常用的有效指標[23]。不同學者經過大量的數據統計發現，煤系氣乙烷碳同位素組成一般重于-28‰[15,24-29]。中國鄂爾多斯盆地蘇里格、四川盆地合川以及塔里木盆地克拉2氣田的天然氣乙烷碳同位素組成明顯重于-28‰，為典型的煤系氣。德國西北盆地、澳大利亞東南庫珀盆地、吉普斯蘭盆地天然氣乙烷碳同位素組成也重于-28‰，表明這些天然氣也為煤系烴源巖所生成。俄羅斯烏連戈伊超大氣田的天然氣為波庫爾組煤系在低演化階段的產物[30-32]，依據天然氣母質類型來劃分，該氣田的天然氣也是煤系氣。δ13C1-δ13C2-δ13C3圖版[3]（見圖4）通常被用來鑒別天然氣的成因類型。從圖中可以看出，蘇里格、合川以及克拉2等中國大氣田均為煤系氣田，德國西北盆地、澳大利亞庫珀盆地、吉普斯蘭盆地天然氣分布在煤系氣區域以內，表明其均為煤系氣，Galimov等[31]發表了俄羅斯烏連戈伊氣田部分乙烷碳同位素值（見圖4），根據這些氣樣的乙烷碳同位素組成可以判斷這些氣為典型的煤系氣。

4.2.2 源外煤系氣成藏與聚集模式

圖4 世界及中國代表性大氣田天然氣成因鑒別（圖版據

根據天然氣成藏機制的差異，將煤系氣藏劃分為兩類，即中低豐度的大面積近源“連續型”致密氣和高豐度的局部遠源“圈閉型”氣藏（見圖1）。①“連續型”致密氣通常位于構造較為穩定的低部位，沉積分異較弱，生氣強度相對較低，致密儲集層大面積連續分布，通常近源聚集，圈閉界限模糊不清，往往無統一氣水界面或氣水倒置，儲量規模大，儲量豐度低，單井產量低。深入研究鄂爾多斯盆地石炭系—二疊系、四川盆地三疊系等致密砂巖氣田群，發現煤系烴源巖與致密砂巖呈“三明治”結構，煤系源巖呈層狀蒸發式排烴、多物源三角洲砂體廣覆式分布、源儲緊密接觸規模成藏，具有大面積連續分布的標志性特征；評價鄂爾多斯盆地蘇里格地區上古生界和四川盆地中部三疊系須家河組含氣面積分別為4×104km2和6 800 km2，廣泛分布的納米級孔喉網絡系統是其主控因素，孔喉半徑主要為20～500 nm，起著溝通作用；率先在中國系統揭示并論證了陸相含煤地層致密砂巖氣“連續型”聚集規律，并針對性研發了致密砂巖氣地質評價方法。②“圈閉型”氣藏往往聚集在構造活躍區高部位的有利圈閉，生氣強度較大，氣水關系正常，上氣下水，儲量豐度高，單井產量高，如庫車坳陷、川西坳陷、鶯歌海盆地等地區的煤系氣田。以中國塔里木盆地庫車坳陷克拉蘇構造帶為例，“圈閉型”氣藏一般具備4項成藏條件：①白堊系砂巖儲集層位于三疊系—侏羅系煤系氣源巖生氣中心區，生氣強度超過100×108m3/km2；②鹽下深部白堊系巴什基奇克組辮狀三角洲砂巖儲集層大面積連片分布；③穩定分布的膏鹽巖蓋層有利于油氣的聚集和保存；④喜馬拉雅晚期天然氣高效充注成藏。

生氣強度是評價預測煤系大氣田的核心指標。通過解剖全國含煤盆地重點層系，研究確定煤系大氣田聚集的7個主控因素，包括生氣強度、晚期成藏、孔隙型儲集體、生氣區的古隆起圈閉、煤系中或其上下圈閉、低氣勢區、異常壓力封存[3]。其中生氣強度是烴源巖厚度、有機質豐度、有機質類型及成熟度的綜合體現，生氣強度高值區既可以獲得高豐度氣源，又可避免長距離運移散失，生氣強度大于10×108m3/km2是形成煤系大氣田的基本條件，生氣強度大于20×108m3/km2的區域是發現中國煤系大氣田的“甜點區”。運用該認識評價和勘探中國煤系大氣田，取得了良好效果：①在鄂爾多斯盆地發現蘇里格、靖邊、大牛地等12個煤系氣田，成為全國天然氣儲量、年產量第1位的大氣區，其中蘇里格氣田也是全國儲量最大、年產量最大的氣田，截至2017年底累計探明地質儲量為1.65×1012m3，2017年產量為212.5×108m3，為陜京4條輸氣管線提供了天然氣資源保證；②在庫車坳陷發現克拉2、克深、大北等14個煤系氣田，其中克拉2是全國儲量豐度最高（59.05×108m3/km2）、單井產量最高（克拉2-7累計產量超過125×108m3）的煤系氣田，克深氣田是全國第1個目的層埋深大于6 000 m的超深層煤系氣田，這些大氣田提供了塔里木氣區90%以上的氣源，產生了巨大的社會和經濟效益。

4.2.3 源內煤層氣成藏與聚集模式

中高階含煤盆地具有向斜富集煤層氣的特征，如美國圣胡安、中國沁水盆地，煤層含氣量從盆地邊緣向盆地中心增加。煤層氣向斜富氣是構造演化、水動力條件以及封閉條件綜合作用的結果。一個區域在向斜構造背景下，往向斜軸部方向，由于大氣滲入水沿著邊緣露頭向軸部低水勢方向匯聚，形成向斜匯水區，礦化度增高，可形成側向水力封堵，形成良好的保存環境，有利于煤層氣富集。

多氣源補給配合良好的封蓋條件，是低煤階煤層氣富集成藏的關鍵。低煤階煤層熱演化程度低，熱成因生氣量不足，需要多種氣源的補充，特別是生物氣的補充。國外典型低煤階煤層氣盆地如粉河盆地、蘇拉特盆地煤層氣成因均以生物成因氣為主，中國二連盆地煤層氣甲烷碳同位素值一般為-60.3‰～-65.3‰，表現為生物氣，晚期地表水大量滲入煤層使得煤層水化學條件具備生物氣生成條件，一般煤層水體現為較低礦化度、低硫酸鹽、pH值中性或弱堿性，同時地表水的滲入也帶來了煤巖降解菌群，利于生物氣的生成，配合良好的封蓋條件，形成低煤階煤層氣富集區[36-37]。另外，在美國尤因塔盆地存在原生熱成因氣、次生熱成因氣和生物氣等多種氣源的補充，中國準噶爾盆地南緣、準噶爾盆地東部白家海地區斷層附近圈閉中煤層氣同位素組成特征顯示存在成熟腐泥型氣的補充，表明附近和深部熱成因氣沿斷層運移到煤層富集成藏。

5 全球煤系氣發展前景展望

5.1 全球煤系氣資源潛力

5.1.1 源外煤系氣資源

美國、俄羅斯和加拿大等國家沒有單獨就“煤系氣”進行資源評價，但是落基山前陸盆地群中致密砂巖氣以及西西伯利亞盆地中的大部分天然氣均為煤系氣[3,38-39]。據第4次資源評價，中國煤系氣資源量為29.82×1012m3[7,39]，中國陸上致密砂巖大氣田天然氣主要為煤系氣[3]。預測致密砂巖氣地質資源量（17.0～23.9）×1012m3，可采資源量為（8.1～11.4）×1012m3，主要分布在鄂爾多斯、四川和塔里木等盆地，占總可采資源量的81%。

5.1.2 源內煤層氣資源

全球煤層氣資源量超過270×1012m3，主要分布在下列12個國家中（俄羅斯、加拿大、中國、美國、澳大利亞、德國、波蘭、英國、烏克蘭、哈薩克斯坦、印度、南非）（見表2）。煤炭資源大國同時也是煤層氣資源大國。俄羅斯煤炭資源量為6.5×1012t，煤層氣資源量為（17～113）×1012m3，居世界第1位。根據最新預測結果，中國煤層氣資源量為30.05×1012m3，超過美國，居世界第3位，其中技術可采資源量為12.5×1012m3[7,39]。俄羅斯、加拿大、中國、美國這前4個國家的煤層氣資源量共計為240×1012m3，約占全世界煤層氣資源總量的89%。

5.2 全球煤系氣發展前景展望

全球煤炭資源豐富，煤系氣資源量巨大。隨著認識程度和勘探開發技術的進步，煤系常規氣、煤系致密砂巖氣和煤層氣資源潛力仍有很大提升空間，開發利用的前景十分廣闊，在未來油氣工業發展中將會占據重要地位。大力勘探開發煤系氣資源，對于保障世界能源供應，減輕大氣污染，提升生活質量具有重要的現實意義。

當前北美地區非常規油氣大突破，產量快速上升，特別是頁巖氣革命改變全球天然氣生產格局，自2009年以來美國天然氣產量大幅度超越俄羅斯，頁巖氣產量的大幅提升起到決定性作用。而隨著投資目標轉移和頁巖氣勘探開發大突破，北美地區煤層氣產業投資及工作量銳減，煤層氣產量達到1997年以來新低。北美（美國、加拿大）前期投產的煤層氣井逐漸進入遞減期，預計至2030年，煤層氣業務將進一步萎縮，產量逐年降低；而澳大利亞大規模發展LNG，主要來源于煤層氣，預計至2030年煤層氣產量穩中有升。

隨著中國經濟發展進入新階段，建設“美麗中國”，保護生態環境，需要不斷加大清潔能源供應，天然氣在一次能源結構中占比將大幅提升，將由2018年的7.6%增至2030年的15%，有力保障國家碳排放目標的實現，實現油氣工業向綠色發展轉變，社會向低碳轉型[39-41]。2018年中國天然氣產量為1 580×108m3，天然氣消費量為2 766×108m3，在現有理論與技術慣性發展趨勢下，預測到2030年，中國天然氣產量約為2 000×108m3，而天然氣需求量將大于6 000×108m3，中國天然氣產量遠不能滿足消費需求，缺口不斷擴大，加大煤系天然氣的開發力度，提高天然氣保供能力，常規煤系氣、煤系致密氣和煤層氣將是天然氣儲產量增長的主體，仍將發揮不可替代的作用。①常規煤系氣是煤系天然氣儲產量增長的主體，預計2030年產量為（500～550）×108m3，庫車坳陷白堊系、準噶爾盆地南緣中生界—古近系、松遼盆地上侏羅統—上白堊統、鶯—瓊盆地新生界、珠江口盆地新生界、東海盆地新生界等是增儲上產的重要領域。②與美國相比，中國煤系致密氣具有儲集層致密、非均質性強、氣水分異難度大、甜點識別難度大等特點，而且部分致密氣為低壓系統（壓力系數為0.7～0.9，美國一般為1.1～1.4），相同地質與技術條件下采收率比美國低20%以上，提高采收率難度更大，致密氣有效動用是一個復雜的系統工程。致密氣是極具發

展潛力的現實資源，當前中國致密氣的發展，要在蘇里格等局部地區成功開發的基礎上，集中解決復雜類型致密氣甜點預測、井網部署及水平井軌跡優化、滲流規律及產能評價研發、儲集層有效改造、采收率綜合提高等瓶頸問題，勘探向新領域新盆地拓展，開發向難動用儲量和提高采收率發力，工程向多層采氣、多井提產傾斜，整體推動中國致密氣規?；l展。預計未來10年中國煤系致密氣儲產量將穩步增長，預計2030年探明儲量有望達5.0×1012m3，可實現產量為（400～450）×108m3，其中鄂爾多斯盆地伊陜斜坡上古生界、四川盆地上三疊統須家河組等將是儲產量增長的重點領域。③與美國比較，中國煤層氣產業發展整體時間落后20多年，在煤層氣田勘探開發、作業管理等方面仍然處于起步階段，煤層氣勘探開發潛力仍然巨大，需要轉變常規理念、利用非常規思維實現煤層氣高效勘探開發利用的技術革命。當前中國煤層氣產業發展仍將是穩定沁水盆地、鄂爾多斯盆地東部老區中高煤階煤層氣開發，同時積極向中低煤階、深層、煤系氣（煤層氣、煤系砂巖氣、煤系泥頁巖氣合采）綜合開發拓展和延伸[42]。而伴隨著煤層氣向新區、新層系、新領域逐漸發展，也對煤層氣勘探開發關鍵技術與裝備創新提出新需求，特別是低煤階復雜構造區甜點預測技術、深層多氣共采技術、自動化壓裂改造技術及智能化排采技術的突破，將為中國煤層氣產業持續快速發展提供重要保障。預計未來10年全國煤層氣將快速增長，預計2030年探明儲量有望達1.2×1012m3，產量有望達（150～200）×108m3。此外，煤炭地下氣化可能實現產業發展[43]。

表2 全球主要盆地煤層氣資源潛力

6 結語

煤系天然氣是煤系中煤、炭質泥頁巖和暗色泥頁巖生成的天然氣，包括源內連續型煤層氣、頁巖氣和源外連續型致密氣、圈閉型煤系氣等資源類型，是天然氣工業中極其重要的組成部分。

“連續型”和“圈閉型”是煤系氣的兩種主要成藏模式，提出生氣強度大于10×108m3/km2的區域是煤系大氣田形成的基本條件，揭示中高階煤層氣向斜富集、低階煤層氣源蓋配置的成藏規律。

預測全球煤系氣剩余資源潛力巨大。源外煤系氣主要分布在中亞—俄羅斯、美國、加拿大等國家或地區，源內煤層氣集中分布在12個主要國家。預測中國2030年煤系天然氣產量有望超過1 000×108m3，技術進步、政策變化、市場需求等不同情景將影響產量變化。