沁水盆地南部地质条件及其煤层气成藏优势分析

第２１卷增刊１２００９年４月文章编号：１６７４－１８０３（２００９）Ｓ１—００１９－０３中国煤炭地质ＣＯＡＬＧＥＯＬＯＧＹＯＦＣＨ烈ＡＶ０１．２１Ｓｕｐｌ２００９Ａｐｒ．沁水盆地南部地质条件及其煤层气成藏优势分析赵伟伟（中煤地质工程总公司资源勘查分公司，北京１００１６１）摘要：根据构造地质及煤层气成藏基本理论及分析方法．对沁水盆地南部地质条件进行了分析，并研讨了该区煤层气成藏优势，主要表现为：煤层厚度大且分布稳定，主采煤层与泥岩及灰岩组合，形成了天然封盖条件；三叠纪末煤层的最大埋深及燕山晚期的热事件，为煤层气成藏提供了良好的生气条件；区内总体构造不发育，煤储层保持了较好的结构，储层物性好；煤储层与盖层天然裂隙发育。关键词：煤层气；地质条件；成藏优势；沁水盆地南部中图分类号：Ｐ６１８．１１ＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＣｏｎｄｉｔｉｏｎｓａｎｄ文献标识码：ＡＣＢＭＡｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎＰｒｅｄｏｍｉｎａｎｃｅＺｈａｏＷｅｉｗｅｉＡｎａｌｙｓｉｓｉｎＳｏｕｔｈｅｒｎＱｉｎｓｈｕｉＢａｓｉｎ（ＲｅｓｏｕｒｃｅｓＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎＢｒａｎｃｈ，ＣｈｉｎａＣｏａｌＧｅｏｌｏｇｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＣｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ，Ｂｅｒｉｎｇ１００１６１）Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＢａｓｅｄｓｏｕｔｈｅｒｎｏｎｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｇｅｏｌｏｇｙａｎｄＣＢＭａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｂａｓｉｃｔｈｅｏｒｙａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄ，ａｎａｌｙｚｅｄｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎ８ｅａｎｉ８ＱｉｎｓｈｕｉＢａｓｉｎａｎｄｄｉｓｃｕｓｓｅｄＣＢＭａｃｃｕｍｕｌａｔｉｎｇｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｃｅｉｎｔｈｅＲｒｅａ．Ｍａｉｎｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｓｈａｖｅ：ｓｔａｂｌｅｃｏａｌａｎｄｌａｒｇｅｔｈｉｃｋｎｅｓｓｅｓ；ｍａｉｎｄｕｒｉｎｇｔｈｅｅｎｄｏｆｓｔｒｕｃｔｕｒｅｓａｒｅｃｏａｌｓｅａｍｓｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｍｕｄｓｔｏｎｅ，ｌｉｍｅｓｔｏｎｅｆｏｒｍｅｄｎａｔｕｒａｌｂｏｕｎｄｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ｍａｘｉｍｕｍｂｕｒｉｅｄｄｅｐｔｈｅｖｅｎｔＴｒｉａｓｓｉｃａｎｄｌａｔｅＹａｎｓｈａｎｉａｎｔｅｃｔｏｔｈｅｒｍａｌｖｅｒｙｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｖｅｒｙｐｒｏｖｉｄｅｄｇｏｏｄｇａｓｇｅｎｅｒａｔｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｆｏｒＣＢＭａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎ；ｎｏｔｔｈｅａｒｅａ鹊ａｗｈｏｌｅ．ｔｈｕｓｂｅＲｅｒｃｏａｌｒｅｓｅｒｖｏｉｒｆ＿ｍｌｌｌｅａｎｄｐｈｙｓｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｈａｖｅｒｅｔａｉｎｅｄ；ｎａｔｕｒａｌｆｒａｃｔｕｒｅｓａｒｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄｉｎｒｅｓｅｒｖｏｉｒａｎｄｃａｐｍｃｋ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＣＢＭ；ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎ；ａｃｃｕｍｕｌａｔｉｎｇｐｒｅｄｏｍｉｎａｎｃｅ；ｓｏｕｔｈｅｒｎＱｉｎｓｈｕｉＢａｓｉｎ沁水盆地是我国重要的含煤盆地之一，且据《中国煤层气资源》预测，其煤层气资源量达３．２８ｘ１０１２ＩＩｌ，，占全国煤层气总资源量的１０％左右，是我国煤层气资源勘探的重点区域。研究区位于沁水盆地南部，构造简单，煤层厚度稳定，且具有较高的煤层气含量，据估算煤层气资源量近１０００亿ｍ，。具有很高的勘探开发前景。地两组地层平均厚度１５０ｍ。太原组为一套滨海平原环境下形成的海陆交互相含煤沉积，自下而上分为三段，一段由灰黑色泥岩、粉砂岩、细粒长石石英砂岩和煤层组成，是本组重要的含煤层段，主煤层１５发育于此段，一般厚度为１。６ｍ，平均３ｍ，煤层分布总体东厚西薄，北厚南薄，属较移稳定煤层；二段由灰一深灰色生物碎屑灰岩、泥灰岩、泥岩、粉砂岩及薄煤层组成，Ｋ：、Ｋ，、ｋ灰岩全区稳定。含丰富的腕足、珊瑚化石；三段由深灰色细粒长石石英砂岩、粉砂岩、泥岩、灰岩及薄煤层组成。其中９号煤层为局部可采煤层，煤层顶板为泥岩、粉砂质泥岩。局部为中细粒长石石英砂岩。山西组为一套河流三角洲相含煤沉积。由深灰一灰黑色泥岩、粉砂岩、细粒长石石英砂岩及３～４层煤组成。３号煤是主要可采煤层，厚度为４～７ｍ，平均６ｍ，总体呈东厚西薄展布，分布稳定。顶板为泥岩．平均厚度２．１ｍ。１研究区地层１．１区域地层沁水盆地地层属华北地层区划，缺失志留纪、泥盆纪和下石炭世地层。另外，研究区位于近南北向沁水复向斜南部仰起端，区内地层分布具有典型的向斜盆地特征，边缘出露地层老，盆地内出露较新地层。下古生界在盆地四周出露地表，向盆地内部依次出露上古生界、中生界，盆地中部三叠纪地层大面积出露。１１２煤系地层太原组和山西组是本区主要含煤地层．沁水盆作者简介：赵伟伟（１９８２一），男，内蒙赤峰人，助理工程师，２００５年毕业于中国矿业大学。从事地质勘查工作。责任编辑：唐锦秀２研究区构造及其演化２。１区域构造沁水盆地位于吕梁一五台隆褶带的东南侧。属晋东南坳褶带沁水坳陷，为一介于太行和吕梁隆起万方数据中国煤炭地质第２ｌ卷轮廓已然形成，并继续抬升，造成白垩系缺失。新生代构造运动主要表现为对前期构造的改造作用。最终形成了研究区现今构造形态１７１。３研究区煤层气成藏优势分析研究区之所以形成优良煤层气藏，与煤系地层先期的建造及后期的改造密不可分，以下从这两个方面详细论述沁水分盆地南部地区煤层气成藏优势。３．１先期建造沁水煤田的地台式基底及巨型盆地控煤特Ｆｉｇｕｒｅ１ＴｅｃｔｏｎｉｃｓｅｔｔｉｎｇｏｆＯｉｍｈｕｌＢａｓｉｎ征，决定了煤层气生气母质的丰富和气藏带这间的ＮＮＥ向复向斜构造，是山西境内唯一没有基底圈闭的可靠嘲．而晚古生代中石炭纪华北地台被断裂切割保留完整的煤盆地（图１）。该复向斜轴线大致位于榆社一沁县一沁水一线．构造相对比较简单，断层不甚发育。南北翘起端呈箕状斜坡．东西两翼基本对称。研究区位于沁水盆地南部，指北纬３６０以南，西起寺头断层，东、南以煤层露头为界．包括柿庄、樊庄、潘庄井田在内的面积约６６０ｋｍ２的区块。沁南地区为一单斜构造，发育宽缓的ＮＮＥ和近ＳＮ向次级褶曲，断层不发育，地层平缓，倾角５。左右（图２）。２－２构造演化研究区在早远古代位于一个弱固化的克拉通的中部地区。表现为多个坳拉槽发育其中。经过中晚元古代的构造演化．逐步形成了一个统一稳定同结的大陆地壳。加里东运动使华北地台全体抬升．而晚古生代中石炭纪华北地台再次下沉成为一个向东倾斜的内克拉通沉积盆地。进入印支旋回，由于古特提斯在二叠纪和三叠Ｆｉｇｕｒｅ２ＢａｓｅｍｅｎｔｔｅｃｔｏｎｉｃｓｏｆＴａｉｙｔｍｎＦｏｒｍａｔｉｏｎｉｎｓｏｕｔｈｅｒｎＱｌｎｓｈｕｉＢａｓｉｎ纪洋壳向欧亚大陆俯冲。在东部左旋剪切挤压和西再次下沉成为一个向东倾斜的内克拉通沉积盆地，部右旋剪切挤压作用下北秦岭地槽褶皱隆起。山西为厚且稳定的煤层沉积奠定了基础。研究区石炭二地区的古地理环境发生了很大变化，研究区也不例叠煤系地层平均厚约１５０ｍ，发育含煤层段十多套，外。其中３号和１５号为主采煤层，平均厚度分别为３ｍ三叠纪末期．南秦岭也褶皱隆起，其南缘急剧抬和６ｍ．且该区３号煤层顶板及上下围岩大都发育较升，形成了南升、北隆的古构造格局。整个印支运动厚的暗色泥岩．１５号煤顶板主要为石灰岩，之上也研究区仍以倾斜的垂直升降为主。燕山旋回早期，基发育较厚泥岩，底板为泥岩或泥质粉砂岩，为煤层气本继承了前期沉积格局；中期隆起区西部挤压强烈，的保存提供了良好条件。强烈的挤压环境是沁水盆地形成的关键。进入燕山３．２后期改造晚期，华北地台东部地壳活动进一步增强，沁水盆地如果说先期的沉积建造为煤层气的成藏奠了良万方数据增刊１赵伟伟：沁水盆地南部地质条件及其煤层气成藏优势分析２ｌ好的基础．那么后期的改造则对于研究区成为良好气藏起着决定作用。因为，先期的建造仅仅能提供成藏所须的生和储两个因素，而后期的改造则贯穿生、储、盖、运、聚和保整个成藏过程的始终。研究区煤系地层形成后，共经历了印支、燕山和喜山等多期构造运动。正是多期构造的叠加改造，使本区成为优良的煤层气藏。首先是煤层气的生成。整个印支期研究区以倾斜的升降为主，三叠纪末煤层埋深达到最大．在正常古地温下的区域变质作用造成了煤层气的第一次生成；另外，燕山晚期的热事件，使研究区煤层所处的温度远远超过三叠纪末期最大埋深时的温度。造成煤化作用加剧，导致了起主导作用的第二次煤层气生成作用。为本区高的含气量奠定了基础．资料显示，３号煤层一般在８～３０ｍ３１ｔ，最高达３７ｍ３／ｔ；１５号煤层一般在１０～２０ｍ３／ｔ，最高可达２６ｍ３／ｔ。其次，对煤储层的改造。尽管研究区经历了多期构造运动的改造．但总体构造不很发育，为一单斜构造。发育宽缓的ＮＮＥ和近ＳＮ向次级褶曲，断层不发育，地层平缓，倾角５。左右，煤储层保持了较好的结构。煤层割理和裂隙发育，储层物性好：且主煤层埋深适中，０～９００ｍ左右，一般不超过７００ｍ。为煤层气资源的开发提供了便利。据王红岩研究认为区内煤储层与其盖层中天然裂隙优势发育方向基本上是正交的，同时在现今构造应力场作用下，煤储层天然裂隙表现为张性，进一步提高了储层的渗透性能。而盖层则表现为压性，增强了其封盖能力，为煤层高产创造了极其有利的条件．李金海等２００８，通过对沁水盆地南部煤层气开发区节理的野外观测和统计分析的结果也证明了这一点。总之．煤层气成藏是一个动态的过程，涉及到方方面面因素的共同作用，有的是有利的，也有不利的因素存在，只有当诸多主控因素显示有利且叠加时，方能形成优良煤层气藏。４结论通过对沁南地区地质条件的系统总结分析，认为该区煤层气成藏的优势主要表现在以下几个方面。①沁水煤田的地台式基底及巨型盆地控煤特万方数据征．决定了煤层气生气母质的丰富和气藏基底圈闭的可靠１７一Ｉ，而晚古生代中石炭纪华北地台再次下沉成为一个向东倾斜的内克拉通沉积盆地，为厚且稳定的煤层沉积奠定了基础。同时主采煤层与泥岩及灰岩的组合，形成了天然的封盖条件。②三叠纪末煤层埋深达到最大，及燕山晚期的热事件为研究区提供了良好的生气条件。③尽管研究区经历了多期构造运动的改造，但总体构造不很发育，煤储层保持了较好的结构，煤层割理和裂隙发育，储层物性好，且主煤层埋深适中，０～９００ｍ左右，一般不超过７００ｍ，为煤层气资源的开发提供了便利。④研究区煤储层与其盖层中天然裂隙优势发育方向基本上是正交的，并表现出与现今应力场的有利组合，为煤层高产创造了极其有利的条件。参考文献：【１】吴建光．沁南地区煤层气生产潜力研究们．中国煤田地质，２００３，１５（１）：２７－２８．［２】叶建平，秦勇，林大扬．中国煤层气资源【Ｍ】．徐州：中国矿业大学出版杜．１９９８．【３】王红岩．山西沁水盆地高煤阶煤层气藏特征及构造控制作用【Ｄ】．北京：中国地质大学．２００５．【４】张建博，王红岩．沁水盆地煤层气有利区预测【Ｍ】．徐州：中国矿业大学出版社．１９９８．ｆ５】孙平．煤层气在藏条件与成藏过程分析ｆＤ】．成都：成都理工大学，２００７．【６】李德．沁水煤田南部煤层气赋存及开发们．山西煤炭，２００３。２３０）：４２—４３．【７】吴永平．煤层气储层流体异常压力成因机理研究【Ｄ】．成都：成都理工大学．２００５．【８１８魏书宏，韩少明．沁水煤田南部煤层气构造控气特征研究【刀．煤田地质与勘探，２００３，３１（３）：３０－３１．【９】９樊生利．沁水煤田南部煤层气勘探成果与地质分析叨．天然气工业，２００１，２１（４）：３５－３８．【ｌＯＪ林晓英，苏现波．沁水煤田南部煤层气成藏机理【Ｊ】．天然气Ｔ业，２００７。２７（７）：８－１１．【１１】王红岩．影响煤层气富集成藏的构造条件研究［ＤＩ．北京：中国地质大学．２００２．【１２】李金海，苏现波，林晓英，等．沁水盆地煤层气开发区岩石节理发育特征【Ｊ】．矿业安全与环保，２００８，３５（５）：３７—３９．【１３１冀涛。杨德义。沁水盆地煤与煤层气地质条件ｍ。中国煤田地质，２００７，１９（５）．【１４】朱峰．山西沁水煤田煤层气分布特征与开发前景分析【刀．中国煤田地质．１９９９．１ｌ（２）．