小议影响煤层气含量的地质因素分析与定量预测

汪永才 郭爱华

【摘要】该文结合笔者实际经验，合理分析了影响煤层气含量的地质因素，随后运用支持向量机回归的方法，对某工区煤层气含量进行定量预测。

【关键词】影响 煤层气含量 地质因素 定量预测

对于煤层含气量，其主要决定了煤层气能否成藏。其中影响煤层气含量的地质因素不仅包括煤变质程度以及煤层埋藏深度，还有岩浆活动与煤层封闭性等等，煤变质程度是最重要的影响因素。然而因为煤层气含量和它的影响因素间存在较为繁杂的关系，通过线性关系要合适地表示煤层气含量的内在变化规律较为困难。该文基于前人的研究分析，根据某工区的具体资料，通过数量比较少的已知样本，选用可以避免局部极小问题的支持向量机回归的这种办法，正确地定量预测并分析了煤层气含量，最终得出更为便利正确的煤层气含量预测方法。

1 对煤层气含量造成影响的地质因素

1.1 煤层封闭性

进行含气量影响因素的分析之时，应对煤层的顶底板厚度以及岩性进行考虑。将处在煤储层上下某厚度的岩层叫做煤层的封闭层，完好的封闭层能保证地层压力，使地层水交替得以受阻，煤层气通常吸附态得以存在。还使煤层气以水溶、游离这些方式的散失得以变少。煤储层针对煤层气的贮存能力极大程度之上决定于封闭层具有的封闭性。封闭层的岩性及厚度对封闭层的有效性产生直接影响。据有关研究表明煤储层上下二十米的封闭层对煤层造成最高的影响，还使封闭层和煤层气含量之间的关系得以成立。其表示，伴随着封闭系数的加大，煤层气含量缓缓变大。

1.2 煤变质程度

针对煤层气含量，其伴随着煤阶的变大，会有首先急剧增高，再有缓慢增高，再有急剧增高，最后有急剧降低的这一阶段性演化特征。首个阶段停止在镜质组最高反射率达到大约1.3%的位置，就是褐煤至焦煤；再一个阶段就是1.3%-2.8%，就是焦煤及瘦煤、贫煤以及初级无烟煤；第三个阶段就是2.8%-3.5%，也就是无烟煤早期；最后一个阶段高于3.5%，就是无烟煤中后期。首个阶段中，煤层气含量发生急剧增高，重点因为煤中微孔变多，生气量变多；再一个阶段之中，重点因为新生孔隙变大的空间有限；第三个阶段，主要因为甲烷不仅生成很多，空隙空间以及吸附性也变大；最后一个阶段，生气作用停止导致煤层气含量急剧降低。

1.3 煤层埋藏深度

在一定的深度之中，在另外的影响煤层气含量的地质条件相似、相同之时，煤层气含量伴随着埋藏深度进而变多。然而很多时候，煤层气含量和埋深间没有明显的线性正相关关系，它的变化梯度伴随着煤层埋深进行改变。就是伴随着埋藏深度增加，煤层气含量梯度改变为：从小至大后至小，最终趋于0。煤层气含量当煤层埋深高于某数值以后不随埋深变多的这一现象，其常通过煤层的储气能力得以决定。然而不是全部地区的煤层气含量均符合埋深加大而加多的此趋势。在一些地方，于地史期间，出现过剧烈抬升剥蚀作用，致使甲烷大量散失。然后又出现再沉降作用，但是沉降程度未达至煤层再次生气要求的深度地方，煤层气含量常常主决定于煤储层以上不断沉积地层的残留厚度，就是煤储层和它的上部区不整合面间的地厚，但和目前煤层埋藏深度没有关系。所以对地壳升降运动多、剥蚀及风化作用剧烈地方的煤层气分布趋势进行探究之时，要重点研究残留厚度针对煤储层含气性造成的影响。

1.4 岩浆活动以及构造类型

因为岩浆进行侵入之时，具有动力、烘烤的作用，在岩墙两边，产生了天然焦以及高变质煤、多节理煤以及正常煤的这一分带问题。对于天然焦以及高变质煤，它们的渗透率与孔隙率比原煤层要高，于是煤层气的富集、贮存形式和正常煤层大有不同。于天然焦之内，煤层气通常通过游离状态，存到节理、孔隙之内，于高变质煤之内，游离气与吸附气共同存在，而吸附气含量显然低于游离气含量。

同时，不等类型的地质构造于其进行形成之时，因为不相同的构造应力场以及应力分布，致使封闭层以及煤储层具有的结构与构造特点、地下水径流条件这些产生区别，最终对煤储层的含气性造成影响。

1.5 煤岩盖层的条件

煤属于裂隙- 孔隙性储层，一种双重孔隙介质。煤层气储集的主要空间是孔隙，煤层气运移的主要通道为裂隙。一般情况下，围岩的隔气、透气性能，对煤层气的赋存产生着重要影响。如果煤层顶、底板岩性比较紧密完整的页岩、油页岩，煤层中产生的气体就能保存下来，这样的地质情况下，煤层气含量就比较高； 如果顶、底板的岩石为多孔隙或脆性裂隙发育的砾岩和砂岩时，气体容易逸散，从而使煤层的气含量较低。另外，影响煤层气的含量的因素还有水动力条件和地质构造。当发生水力封闭现象时，煤层就会较容易的保存气，而当发生水力驱散、运移现象时，会造成煤层气的逸散，然后在新条件下气进行聚集。1.6 储气能力

在煤储层中，煤层气主要有三种形式：游离气、水溶气和吸附气。其中主要以吸附气的形式存在。这是因为游离气、水溶气容易受煤层孔隙、温度和压力等因素的影响，气的存储能力小，故含量都不大。一般情况下，吸附气占煤层含气量的80%以上。煤层的煤岩成分、压力以及煤层的埋深等都直接影响到煤层的储气能力。从理论上来讲，随着煤埋藏深度的增加，煤层中气体的压力随之增大，吸附气的含量也随之逐渐趋于饱和。但是，在一定的深度范围内，埋藏深度增加，其煤层中的气含量也随之增加。经过对大量的实验结果分析表明，普通情况下，煤层中的气含量会随着埋藏深度以及压力的增加而增加。

2 煤层气含量的定量预测研究

通过对煤层气含量的主控地质因素进行研究。针对实际工区煤层气含量的主要影响因素进行研究，正确选用合适的参数，运用支持向量机回归能够定量预测工区的煤层含气量。

2.1 支持向量回归原理介绍

支持向量机（ SVM） 是一种机器学习方法，它以统计学习理论（ SLT ） 为基础，以最小化错误率的理论界限为依据，用于小样本统计估计和预测学习的一种方法。它将输入向量通过一种事先选择好的非线性映射映射到一个高维特征空间，为了求得最优解，需在特征空间中构造最优分类超平面。支持向量回归的原理即是将待训练的数据集通过一个非线性映射映射到一个高维特征空间，一般是

Hilbert 空间，然后将非线性函数回归问题转化为高维特征空间中的线性函数回归问题。我们可以假定一个训练样本集{ xi，yi}，i = 1，…，n。其中xi为n 维样本输入，yi为n 维样本输出，n 为样本个数，我们需要求解的便是从xi映射到yi的函数f，使训练之后，可以通过f找到与x想对应的y。

2.2 某工区煤层气含量的主控因素分析

该文以某矿区为研究工区，总体构造形态呈现中生界构成的NW向缓倾单斜构造，存在少许宽缓短轴褶皱发育，断裂不发育。对煤层气含量造成影响的重要地质因素包括：成煤构造以及后期改造致使坳陷以及隆起存在长久的继承性，同时煤层盖层物质厚度比较大，同时发育稳定；煤田累计达到15m到20m的可采厚度，矿区煤层之中虽然煤层气含量比较低，而因为煤层厚度很大，进行储存的煤层气资源量比较大；矿区镜煤反射率重点位于0.6%-0.8%此范围内，属于中低挥发分烟煤，吸附量也比较高，同时煤层气含量也比较大。针对控制以及影响矿区煤层气含量的重要地质因素进行研究，正确选用煤层厚度，表示煤层变质程度以及煤吸附能力的镜煤反射率以及灰分含量视为对工区煤层气含量造成影响的三项参数。

2.3 基于支持向量机回归的煤层气含量定量预测

对于支持向量机回归，它的自适应调整能力非常强，能够进行主控因素和煤层气含量二者间关系模型的建立，最终就煤层气含量做出定量预测。该文中支持向量机的输入向量主要有具体测试的煤层厚度以及镜煤反射率、灰分含量三项参数，将煤层气含量视为输出向量。进行15组训练样本的随机选用，并进行预测模型的建立，正确建立模型结构。主要通过径向基函数当做核函数-radialbasis kernel function-KRF，合理进行参数取值。同时为验证该模型的具体运用效果，选用10组样本当做检验样本实施预测分析，得出测试结果。

由测试结果能够知道，通过支持向量机回归的这一算法，进行煤层气含量和主控因素二者间关系模型的建立，某种程度之上，它的预测结果表示煤层气含量和主控因素间的变化动态，同时煤层气含量的预测值与实测值间存在比较小的误差，达到实际精度的要求。

3 总结

虽然影响煤层气含量的因素很多很杂，但是于某稳定矿区之中，依然能针对实际问题作出实际分析。按照工区的已知实测数据，选用合适的参数，通过支持向量机回归方法，建立出来的煤层气含量预测模型，有着极易实现及准确性大的优势，为煤层气含量进行定量预测的一种积极尝试。

参考文献

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