خصائص احتواء الغاز والعوامل الرئيسية المسيطرة عليه في طبقات الفحم منخفضة الدرجة في حوض ووجيانفانغ، شمال الصين

طاقة خفية في الفحم اليومي

عميقاً تحت شمال الصين، تكمن طبقات سميكة من الفحم الطري منخفض الدرجة تحمل بهدوء مورداً مفاجئاً: غاز طبيعي، أساساً الميثان. هذا الغاز يمكن أن يزود محطات توليد الطاقة، وإذا تسرب، يسهم في تسخين الكوكب بقوة أكبر بكثير من ثاني أكسيد الكربون. السؤال العملي ذي الأهمية المناخية الذي تطرحه الدراسة وراء هذا المقال هو: كم كمية الغاز التي تحويها هذه الفحوم فعلاً، ما الذي يبقيها محتجزة هناك، وأين أفضل المواقع لاستخراجه بأمان وكفاءة؟

حوض مصمم للفحم والغاز

تركز الدراسة على حوض ووجيانفانغ، جزء من حوض إرليان الأكبر في منغوليا الداخلية، وهي منطقة مميزة كجبهة استراتيجية لغاز الميثان المحتبس في الفحم منخفض الدرجة. هنا توجد ستة طبقات فحم رئيسية على عمق يتراوح تقريباً بين 600 إلى 1000 متر تحت السطح، تشكلت في نظام نهري-بحيري قديم واسع حيث دفنت المستنقعات الغنية بالنباتات مراراً. إحدى الطبقات، المعروفة صناعياً باسم الطبقة 3–3، هي أكثر سمكاً واستمرارية من الباقي، ما يجعلها محوراً طبيعياً للاستكشاف الغازي. عموماً، يمكن أن تصل سماكات طبقات الفحم في هذا الحوض إلى عشرات الأمتار إجمالاً، مما يوحي بوجود مساحة كبيرة لتخزين الغاز رغم أن الفحوم نفسها شابة نسبياً وأقل تعرضاً لحرارة الأرض.

كيف يبدو الفحم عن قرب

لفهم كيفية احتفاظ هذه الصخرة بالغاز، جمع الباحثون أكثر من مئة عينة من بئرين رئيسيين وخضعت لسلسلة من الاختبارات. الفحوم من نوعيات منخفضة الدرجة مثل اللجنِيت وفحم اللهب الطويل، غنية بالمادة العضوية لكنها لا تزال رطبة وطرية نسبياً. تحت المجهر تظهر مسام وشقوق دقيقة عديدة. تكشف القياسات المخبرية أن معظم حجم المسام يقع في المسام الصغيرة إلى المتوسطة، بينما تقع غاية مساحة السطح الداخلي—الأسطح التي يلتصق بها الغاز—في مسام فائقة الدقة أقل من عشرة مليارات من المتر في القطر. في الوقت نفسه، فإن الممرات التي تسمح بتدفق الغاز ضيقة: المسامية متوسطة لكن النفاذية منخفضة، ما يعني أن الغاز يواجه صعوبة في التحرك دون تحفيز مثل التكسير الهيدروليكي.

كم كمية الغاز ومن أين جاءت؟

تُظهر اختبارات النضح الميدانية أن طبقات الفحم تحتوي على كميات متواضعة لكنها متغيرة من الغاز، تتراوح حوالي 0.45 إلى 1.85 متر مكعب من الغاز لكل طن من الفحم، مع تركيب الميثان الذي يشكل تقريباً من نصف إلى أكثر من أربعة أخماس الإجمالي. النيتروجين هو الغاز غير الهيدروكربوني الرئيسي، مع كميات صغيرة من ثاني أكسيد الكربون وآثار من الهيدروكربونات الأثقل. باستخدام قياسات النظائر المستقرة—البصمات الدقيقة في ذرات الميثان—حدد الفريق أن معظم الغاز نُشئ بفعل ميكروبات في ظروف شبيهة بالبحيرات، بدل أن يكون ناتجاً عن تسخين عميق للمادة العضوية. تتبع هذه الميكروبات في الغالب مساراً شبيهاً بتخمير الأحماض العضوية البسيطة، مع دور أصغر لتحويل ثاني أكسيد الكربون، وهو نمط متسق مع مناطق الفحم منخفض الدرجة الأخرى في حوض إرليان.

لماذا يختلف محتوى الغاز من مكان لآخر

الغاز ليس موزعاً بشكل متساوٍ عبر الحوض. باستخدام كل من القياسات الميدانية ونموذج تعلّم آلي يمزج العمق، سمك الفحم، خصائص الصخور، وسجلات الآبار، رسم المؤلفون خريطة لمحتوى الغاز عبر كل الطبقات الست. وجدوا نمطاً واضحاً: تتجمع مناطق الغاز العالي أولاً في مركز الحوض ومع تطور الحوض انتقلت نحو الشمال الشرقي، بينما أجزاء الشمال الغربي تحتوي على فحم رقيق أو فقير بالغاز. لتفسير ذلك، فَحَص الفريق العديد من العوامل المحتملة: كيمياء الفحم، المساحة المسامية، عمق الدفن، سمك الطبقة، ومدى إحكام الصخور المحيطة. سمحت طريقة إحصائية تسمى تحليل الانحدار الجزئي لأقل المربعات بوزن هذه العوامل معاً بدلاً من كلٍ على حدة. برزت ثلاثة عوامل كالأهم: كمية المواد المتطايرة (مؤشر على درجة الفحم)، المسامية الكلية، ومحتوى الكربون الثابت. كما كان لمحتوى الرماد (المعادن) أثر، بينما لعب العمق والسمك وقوة الختم للصخور الطفلة أدواراً مفيدة لكنها ثانوية.

تداعيات لاستخدام أنظف وأكثر ذكاءً للغاز

عند تجميع القطع، ترسم الدراسة صورة لغاز الميثان المحتبس في الفحم كنتيجة لعمليات مترابطة: تنتجه الميكروبات؛ تخزنه مسامات الفحم الدقيقة والأسطح الغنية بالكربون؛ تسمح المسام الأكبر والشقوق بتحريكه؛ وتساعد طبقات الطين السميكة والقوية أعلاه وأسفله على منعه من التسرب. في ووجيانفانغ، يجمع أكثر القطاعات الواعدة للتطوير بين عدة طبقات سميكة، وبنية مواتية لحجز الغاز، وعيوب مانعة جيدة للخروج، بينما تفتقر مناطق أخرى لكمية كافية من الفحم المنتج للغاز لتكون جذابة. من خلال توضيح خواص الصخور الأكثر أهمية، تساعد هذه الدراسة في تحويل الاستكشاف من مجرد إيجاد أماكن يكون فيها الفحم سميكاً إلى تحديد "نقاط الحلاوة" حيث يمكن لذلك الفحم بالفعل أن يقدم الغاز. تدعم تلك المعرفة إنتاجاً أكثر كفاءة واستهدافاً وتحكماً أفضل في الميثان—وهي خطوة حاسمة لمواءمة استخدام الطاقة المرتبط بالفحم مع أهداف الصين طويلة الأجل المتعلقة بالمناخ و"الحياد الكربوني المزدوج".

الاستشهاد: Hu, Y., Cai, Y., Chen, J. et al. Gas-bearing characteristics and its main controlling factors in low-rank coal seams of the Wujianfang Basin, North China. Sci Rep 16, 13355 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44456-x

الكلمات المفتاحية: الميثان المحتبس في الفحم, الفحم منخفض الدرجة, حوض ووجيانفانغ, خصائص احتواء الغاز, جيولوجيا الخزان