气量有着重要意义。 2.3.1 解吸机理
解吸是煤层中的吸附气由于自由气体压力减小而转变为游离气的过程，由于煤层气在煤层中的解吸和吸附是两个可逆的过程，因此以往对解吸机理的研究主要是对煤层气吸附机理的研究，力求从吸附机理的反向对煤层气吸附机理进行探讨。目前,最新的研究进展：霍永忠[28]通过实验分析了气体在煤储层内的解吸特征，并分析了煤储层气体解吸特征与物质组成、煤阶和孔隙结构的关系，结果证明了物质组成和煤阶是影响煤储层中气体解吸效率的最主要因素。陈振宏[29]等利用煤层气成藏物理模拟及热变模拟实验等手段，研究了不同煤阶煤层气的吸附、解吸特征,结果显示:高煤阶煤层气藏吸附平衡时间长且较分散，煤层气藏解吸效率较低，开发难度较大；低煤阶煤层气藏吸附平衡时间短而集中，相对解吸速率高，煤层气藏开发较容易。 2.3.2 扩散机理
由于煤基质的孔隙直径很小，与甲烷分子的直径在一个数量级上，由基质孔隙表面上解吸出来的煤层气在其中的渗透率极低,达西渗流可以忽略不计，故认为煤层气在煤基质孔隙中的运移是扩散过程[30]。煤层气的扩散实质上是指煤层气解吸后煤层气分子由高浓度区向低浓度区的运动过程，煤层气的高浓度区域即煤层气的解吸区，低浓度区域及煤层气运移扩散区。许多学者从事煤层气扩散理论方面的研究，并提出了诸多模型来描述扩散过程，李斌[31]建立了煤层裂缝中气-水两相渗流及微孔非平衡吸附器解吸扩散过程的数学模型，韦重韬[32]建立了多煤层扩散逸失地质模型和数学模型。目前对于扩散机理，学术界达成的共识是:煤层气的扩散运移遵循菲克扩散定律；煤层气的扩散速率与吸附时间、裂隙间距的平方成反比，裂缝发育密度越高，裂隙间距越小的，越有利于煤层气的扩散。2.3.3 渗流机理
一般认为，在中孔以上的孔隙和裂隙中，气体的流动为渗流,因此煤层气在经历解吸—扩散后,进入煤裂隙(割理和构造裂隙)中的运移为渗流流动运移。国外不少学者对煤层气渗流机理做了大量研究[33]，并建立了一系列的渗流模型，目前国外最为完善的渗流模型及数值模拟模型为COMET3模型(采用了双孔单渗模型，并假定气体与水的渗流都遵循达西现行渗流规律)。国内最早由周世宁院士[34]
提出煤层瓦斯的渗流方程，以此建立了煤层气在煤层中流动的渗流理论，随后的研究主要建立煤层气渗流模型以及对数学模型的修改和完善。最新的研究进展是：杨胜来等[35]采用实验方法，研究了煤层气的渗流特征，包括有效覆压、气体压力、气体性质、温度等因素对煤层气渗透能力的影响，比较了甲烷在煤层试样、砂岩试样和煤粉试样中渗流性能的差异。研究表明,煤层试样的渗透率受有效覆压的影响很大，其应力敏感性程度超过砂岩岩样。李涛等[36]采用非平衡态吸附模型，研究单相煤层气在煤体和割理中的流动规律。在考虑煤层气渗透率随拟压力变化的前提下，建立并求解了拟稳态和不稳态流动模型。 3 存在的问题
我国煤层气资源丰富，但由于地质条件复杂，煤层气藏有着自身特殊的成藏规律和成藏过程，有关煤层气的成藏机理研究还存在着一些亟待解决等问题，主要表现在以下4个方面:
(1)近年来，次生生物煤层气一直是煤层气领域研究的热点，在我国煤层气资源丰富，含煤盆地中低阶煤所占的比例很大，因此多数含煤盆地中也有次生生物煤层气，但目前仍缺乏足够的证据；对煤层气生成机理中金属元素的催化作用研究甚少。
(2)煤层气在煤层中赋存形式是否有固溶态，能否采用多种技术手段进行探测证明，煤层气在正常的地层条件下呈超临界状态赋存，在超临状态下煤层气的吸附具有哪些基本规律，受控于哪些因素目前仍认识不清。
(3)当前国内外对煤层气解吸机理的研究仅仅停留在对吸附机理的研究和对吸附/解吸可逆实验研究阶段，缺少必要的大样量的煤层气解吸模拟实验；对煤层气解吸速度的制约因素缺少系统的研究和总结；多元气体竞争吸附与弱势解吸实验研究仅仅是初探。
(4)中国的煤层气藏与国外的煤层气藏相比往往具有更加致密的渗透性特征，目前对煤层气在致密煤层介质中渗流规律和渗流机理的研究仍相当薄弱。 5 发展趋势
经过多年的努力，煤层气成藏机理研究得到了很大的发展，但依然没有达到规律清晰机理明确的程度，加之我国的煤层气研究起步较晚，地质条件特殊，因此要建立符合我国地质条件的煤层气系统理论体系，仍然需要做很多工作。对于
煤层气的成藏机理研究，笔者认为应该以下几个方面将是未来主要的研究方向。
(1)加强我国含煤盆地中次生生物成因煤层气的调查和研究力度，加快对东北、西北低煤阶煤层气的勘探和开发，并开展对煤层气催化生成机理的研究。
(2)深化对煤层气赋存状态及吸附机理的研究，从超临界吸附角度研究煤层气的吸附特征，建立相应的理论模型，力求对煤层气赋存三态动平衡做出定量的描述，指导煤层气的开发。
(3)突破传统的煤层气解吸机理研究方式，开展吸附/解吸可逆性的实验研究和吸吸模拟实验研究，摸清煤层气解吸、扩散、渗流三者之间机理的相互作用、相互联系规律。
(4)加强对中国致密煤层介质中渗流规律和渗流机理的研究，揭示中国致密煤层介质中的渗流规律和渗流机理,建立适合中国致密煤层介质特点的渗流模型。
[参考文献]
[1]孙茂远,杨陆武,刘申平.煤层气基础理论研究的关键问题[J].煤炭科学技术,2002,30(9):46～48.
[2]陈懿,杨昌明.国外煤层气开发利用的现状及对我国的启示[J].中国矿业,2008,17(4): 11～14.
[3]孙远茂,朱超.国外煤层气开发的特点及鼓励政策[J].中国煤炭,2001,27(2): 55～58.
[4]赵庆波,刘冰.世界煤层气工业发展现状[M].北京:地质出版社,1998. [5]冯三利,胡爱梅,霍永忠.美国低阶美煤层气资源勘探开发新进展[J].天然气工业,2003,23(2): 124～126.
[6]汤达祯,秦勇,胡爱梅.煤层气地质研究进展与趋势[J].石油地质实验,2003,25(3):644～647.
[7] Steven SH,Oldaker. Geologic and hydrolog-ic controls on coal bed methane
resources
inRaton
basin.
Proc
Int
Coal
bed
Methanesympogium,1993,May,17-21,Volume1: 69～78.
[8]Close JC. Natural fractures in coal. Ameri-can Association of Petroleum Geological Sur-vey,1993,187: 29.
[9]赵庆波,等.中国煤层气研究与勘探进展勘探[M].北京:中国矿业大学出版社,2001.
[10]杨起,汤达祯.华北煤变质作用对煤层含气量和渗透率的影响[J].地球科学,2000,25(3):273～278.
[11]王红岩,等.煤层气吸附特征研究[J].天然气工业,1997,17: 44～ 46.[12] 王红岩,李景明,等.煤层气基础理论、聚集规律及开采技术方法进展[J].石油勘探与开发,2004,31(6).
[13]叶建平.中国煤层气勘探开发进展综述[J].地质通报,2006,(25): 1074～ 1078.
[14]秦勇,程爱国.中国煤层气勘探开发的进展与趋势[J].中国煤田地质,2007,19(1).
[15] Rightmire CT, Eddy GE , Kirr JN. Coalbed methane resources of the United States[R]. AAPG Studies in Geology Series #17,Ⅶ -Ⅷ ,1-14. AAPG, Tulsa ,Okla-homa ,USA ,1984.
[16]James Huddlestone. Gas sorption and trans-port in coals: theory , laboratory procedureand analytical techniques ,Raven ridge re-sources. Colorado : incorporated GrandJunction , 1995.
[17]陶明信,王万春,解光新,等.中国部分煤田发现的次生生物成因煤层气[J].科学通报,2005,21(5): 19～22.
[18]王洪岩,张建博,刘洪林.中国煤层气可利用经济储量预测与发展前景[J].石油勘探开发,2003,30(1): 15～17.
[19]Smith JW, Pallasser RJ. Microbial originof Australian coal bed methane[J]. AAPGBulletin , 1996, 80: 891～897.
[20]Kotarba M. Geochemical criteria for the origin of natural gases accumulated in theUpper Carboniferous coal seam bearing for-mation in Walbrzych Coal Basin[J]. Stanis-law Staszic University of Mining and Metallurgy Scientific Bulletin 1199, Geology,1988 , 42: 1～119. [21]Kotarba M . Composition and origin of coalbed gases in the Upper Silesian and Lublinbasins, Poland [J]. Organic Geochemistry,2001, 32:
163～180.
[22]张虎全,王廷栋,等.煤层气成因研究.石油学报,2007,28(2): 29～ 33.[23] 张新民,李建武,等.淮南煤层气藏划分及形成机制[J].科学通报,2005,(50): 6～ 13.
[24]Lee Y H. Methane recovery from coalbeds:Eeffets of monolayer capacity and poreStructure on gas content [D]. UN: univ ofnm, Albuquerque, May, 1982.
[25]吴俊.表面能的吸附法计算及研究意义[J].煤田地质与勘探,1994,22(4): 18～ 23.
[26]刘红林,王红岩,张建博.煤层气吸附时间计算及其影响因素分析[J].石油实验地质,2000,23(4)365～367.
[27]AL EXEEV A D , UL YANOVA E V,STARIKOV G P, et al. Latent methane infossil coals [J] . Fuel , 2004, 83(10) :1407～ 1411.[28] 霍永忠.煤储层的气体解吸特性研究[J].天然气工业,2004,24(5):24～ 26.
[29]陈振宏等.不同煤阶煤层气吸附、解吸特征差异对比[J].天然气工业,2008,28(3): 30～32.
[30]张万禄,应文敏,等.煤层气地质学基本问题的探讨[J].石油与天然气地质,1997,18(3):189～193.
[31]李斌.煤层气非平衡吸附数学模型田[M].北京:清华大学博士论文,1999.[32]韦重韬.煤层气多煤层扩散逸失地质历史模型及数值模拟[J].高校地质学报,2004,39(3): 390～395.
[33]宋岩,张新民,等.煤层气成藏机制及经济开采理论基础[M].北京:科学出版社,2005.
[34]周世宁,林柏泉.煤层瓦斯赋存与流动理论[M].北京:煤炭工业出版社,1999. [35]杨胜来,等.煤层气渗流特征实验研究[J].中国煤层气,2005,22(1): 36～ 39.
[36]李涛,等.煤层气渗流规律与压力特征分析[J].中国煤层气,2006,22(3):16～ 20.