2008年10月
地 质 科 学
CH I N ESE JOURNAL OF GEOLOGY
43(4):777—791
沁水盆地石炭2二叠纪含煤岩系
高分辨率层序地层及聚煤模式
3
邵龙义1
肖正辉2
汪 浩1
鲁 静1
周 俊
1
(1.中国矿业大学资源与地球科学系
北京 100083; 2.湖南科技大学湖南湘潭 411201)
摘 要 晋东南沁水盆地的煤层气储层主要是石炭2二叠系煤层,其厚度变化明显受控于当时
的沉积环境及层序地层格架。本文对该盆地含煤岩系的太原组和山西组进行了高分辨率层序
地层分析,并探讨了主采煤层15号和3号煤层在层序地层格架下的分布模式
。以区域性分布的与下切谷砂岩共生的间断面、不整合面、海侵方向转换面、下切谷砂岩底面
、由深变浅—再由
浅变深的沉积相转换面以及共生的古土壤层为界,将含煤岩系划分为
3个三级复合层序和
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个四级层序。15号厚煤层和3号厚煤层位于三级海侵
(泛)面附近,前者形成于障壁—潟湖及
滨外陆棚沉积环境,较低的泥岩堆积速率与较慢的可容空间增长速率相平衡;后者形成于三角
洲平原分流间湾环境
,较高的泥炭堆积速率与较高的可容空间的增长速率相平衡
。太原组的以“根土岩—煤层—海相石灰岩”旋回为代表的四级层序中的煤层可能形成于“海相灰岩层滞
后时段”,即从海平面抬升到陆棚之上到碳酸盐岩真正沉积下来之前的时段,因为缓慢的海平面抬升速率与泥炭堆积速率保持较长时间的平衡,从而聚集了厚层的泥炭
/煤层。
关键词 层序关键界面 层序地层格架
聚煤模式 石炭2二叠系 沁水盆地
中图分类号:P512.2
文献标识码:A
文章编号:0563-5020(2008)04-777-15
3国家973项目(编号:2006CB202202)及国家自然科学基金项目
(批准号:40172050,40672103)资助。
邵龙义,男,1964年2月生,博士,教授,沉积学专业。e 2mail:ShaoL@cumtb 1edu 1cn
2007-10-11收稿,2008-01-21改回。
层序地层格架下厚煤层的分布模式引起了众多地质学者的兴趣
(Cross,1988;D ies 2
sel,1992;Flint et al .,1995;Hamp s on,1995;Ha mp s on et al .,1996;Petersen et al .,1996;Bohacs and Suter,1997;D iessel et al.,2000;Holz et al .,2002),尤其是可容空间增加速率与泥炭堆积速率的比率被用来解释在一个可容空间周期内泥炭/煤的厚度变化特征
(Bo2
hacs and Suter,1997;D iessel et al .,2000;ShaoLongyi et al .,2003)。目前已认识到:当可
容空间增加平衡或者稍微超过有机物的产出量能形成厚而孤立的泥炭,这种平衡的时间
选择和厚煤层的位置将进一步依赖于沉积场所的沉降速率和沉积物供给的变化(Bohacs
and Suter,1997)。大量对近海型陆源碎屑含煤岩系煤层的研究表明:以冲积相和三角洲
相为主的厚煤层常常与最大海泛面相关(Cross,1988;Ham ilton and Tadros,1994;A itken
and Flint,1995;Flint et al .,1995),因为在最大海泛面附近
,快速的可容空间产生速率与
快速泥炭堆积速率相平衡。但是近年来
,人们对海相碳酸盐岩煤系的研究发现
:在快速
沉降的背景下
,一些很厚的和广泛分布的煤层也可出现于海侵面附近
(邵龙义等,2003;
ShaoLongyi et al.,2003)。因此,厚煤层在层序地层格架中的分布模式仍然是一个需要进
地 质 科 学2008年
一步探讨的课题。
沁水盆地石炭2二叠系蕴藏着丰富的煤炭资源和煤层气资源
,是近几年里煤层气勘探
开发的热点地区
(刘焕杰等,1998;张建博等,1999;傅雪海等,2003)。研究该区煤层
(煤
层气储层)厚度分布规律及控制因素引起许多学者的兴趣,提出该区含煤岩系是在三角
洲及障壁—潟湖沉积体系中形成
(葛宝勋等,1985;煤炭科学院地质勘探分院等
,1987;程保洲,1992;尚冠雄,1997;张鹏飞等,2001;桑树勋等,2001;邵龙义等,2006);已经认识到煤层气资源的形成保存与含煤岩系沉积体系及层序地层格架之间的内在关系(秦勇
等,2000;桑树勋等,2002;李增学等,2005),但是专门针对该区石炭2二叠纪含煤岩系的
层序地层的研究还比较少见。本文的研究表明
:厚煤层的分布受区域古地理背景及海平
面变化规律的控制
,高分辨率层序地层格架的建立则有助于预测厚煤层的分布规律
。
1 区域地质背景
沁水盆地位于山西省东南部,北纬35°～38°,东经111°00′～113°50′,总体呈北北东
向延伸,中间窄,呈哑铃状
(图1)。盆地东西宽约120km ,南北长约330k m ,总面积逾3
×104
km 2
。古构造上它属于华北地台中带,是在燕山期剪切挤压不断增强、隆升不断扩大的背景下形成的残余构造盆地。燕山期,华北地区剪切挤压应力作用显著增强,早2中侏罗世的大华北盆地逐渐向鄂尔多斯地区退缩,至晚侏罗2早白垩世的燕山运动中期山西
地区已成为隆起区
,位于其上规模最大的复式向斜型沁水盆地最终定型
(陈刚等,1998)。
沁水盆地石炭2二叠系自下而上包括本溪组
、太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子
组及石千峰组
,其中太原组和山西组是主要含煤岩系
(孔宪珍等,1996)。太原组以石灰岩、铝土质泥岩、粉砂岩、粉砂质泥岩及砂岩为主,厚44190～193148m ,含多层可采煤层
,
总厚0～16189m,平均7119m 。山西组以砂岩、粉砂岩和泥岩为主
,石灰岩仅在局部地区
见到,厚18160～213125m ,含可采煤层1～2层,总厚0～1010m ,平均4120m 。太原组的
15号煤层和山西组的3号煤层在全区广泛分布
,横向分布稳定
,厚度较大,是该区的主采
煤层和主要煤层气储层
。
沁水盆地作为华北地台的一部分
,在晚古生代主要是海陆交互相的古地理背景
(彭
格林等,1999),在本溪组及太原组沉积期主要为障壁—潟湖及滨外碳酸盐陆棚沉积体
系,在山西组和下石盒子组沉积期主要为三角洲沉积体系,在上石盒子组沉积期主要为
冲积平原沉积体系,在石千峰组沉积期以湖泊沉积体系为主
。研究表明(邵龙义等,
2006):在太原组沉积期,研究区北部发育下三角洲平原相沉积,煤层相对较厚
,中部和南
部为潟湖相沉积
,煤层相对较薄
,东南角主要为滨外碳酸盐陆棚相沉积,在晋城一带为障
壁砂坝相沉积分布区
,煤层亦较厚;在山西组沉积期,北部以下三角洲平原分流河道相沉
积为主,中部和南部以分流间湾相沉积为主,东南部则以河口砂坝相沉积为主
,厚煤带都
位于中部和南部三角洲分流间湾地区。总之,太原组富煤地带多与砂岩富集带相吻合
,
位于北部下三角洲平原和南部障壁砂坝地区
,山西组厚煤带则大都位于南部三角洲分流
间湾地区。
2 层序关键界面的识别及层序划分原则
层序地层的关键界面是指层序界面
、海侵面和最大海泛面等
,这些关键界面的识别
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4期邵龙义等:沁水盆地石炭2二叠纪含煤岩系高分辨率层序地层及聚煤模式
图1 沁水盆地位置示意图(图中虚线为图4的剖面位置)
Fig.1 D istribution of m ining and exploration areas in s outheastern Shanxi (the dash line indicates location of the cross secti o n of fig .4)
对于层序划分有着极其重要的意义
。
(1)三级层序界面的识别标志
1)区域不整合面 古构造运动形成的不整合面是典型的层序界面
。如中奥陶世石灰岩与石炭2二叠纪含煤岩系之间的界面作为一区域不整合面在全区普遍发育且易于识别对比,是很好的层序界面
。
2)下切谷冲刷面
区内一些大规模分布的砂岩体一般为低位期的下切谷充填沉积
,
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其底面是一种侵蚀不整合面,可作为三级层序界面
。如太原组底部的晋祠砂岩(代号为
K 1,以下K 为标志层)、山西组底部的北岔沟砂岩
(K 7)、下石盒子组底部的骆驼脖子砂
岩、上石盒子组下段底部砂岩
、上石盒子组中段底部砂岩以及石千峰组底部砂岩等
。这些砂岩底界面常为河道强烈下切作用形成的区域性冲刷面,其上、
下的沉积环境、古生物
组合、陆源碎屑成份及微量元素组成等一般都有明显变化
(窦建伟等,1997)。3)海侵方向的转换面 研究区在太原组下部的
15号煤层沉积时
,在同生构造控制
下,华北地台由“南升北降”变为“北升南降”,南部地势变低
,海侵方向由原来的北东方向
变为南东方向
,这一界面已经通过区域古地理分析被识别出来
,它代表着新的沉积事件
的开始(尚冠雄,1997)。
4)古土壤及根土岩
煤层底板的发育植物根的泥岩相当于现代的潮湿气候下的淋
余土(leached s oil )和潜育土(gley ),是地表暴露的一个主要标志,代表了一段时间的沉积
间断,其中与下切谷河道共生的河道间的古土壤层可作为缺少下切谷砂体的情况下的河
道间层序界面
(邵龙义等,2005)。
(2)三级海侵面的识别标志
主要是在一个层序中发育于下切谷充填沉积的砂体之上的第一个海泛面,经常是薄
煤层或灰色泥岩等
,这些薄煤层和泥岩常常共生有古土壤层
。在没有河道发育的地带
,
海侵面与层序界面重合
,海侵面直接覆盖在河道间层序界面处的古土壤层上
。
(3)三级最大海泛面
一个层序中代表海侵范围最大的一个面,也是反映当时水体最深的岩石单元的底
面。在河流体系中可以是向上变厚的最厚的一层煤层的底面
(A itken and Flint,1995),在多个向上变粗的序列(准层序)中泥岩最为发育的序列(准层序)的底面,有时直接为含
菱铁矿结核的泥岩底面
。
在碳酸盐浅海陆棚沉积背景下,在可以是向陆地延伸最远的一层石灰岩的底面
。在山西省境内太原组沉积期的海侵记录以含Pseudoschw agerina
带的灰岩为代表
,在太原
西山,该
带又被划分为
4个亚带,分别以庙沟灰岩
、毛儿沟灰岩、斜道灰岩和东大窑灰
岩标志层为标志。就海侵规模来看
,庙沟灰岩向西北方向尖灭于河东煤田的桥头镇
,毛
儿沟灰岩分布范围扩大而最终尖灭于内蒙古的准格尔煤田南部巨厚的
6号煤层中,斜道
灰岩分布变小,其北界位于山西北部的原平
—宁武附近,东大窑灰岩在太原以北相变为
泥灰岩或海相泥岩
,至山西北部的宁武附近尖灭
。上述4期海侵,以毛儿沟灰岩所代表
的海侵范围最大
(程保洲,1992;武法东等,1995;孔宪珍等,1996)。
(4)四级层序的建立
上述三级层序边界限定了本区的三级复合层序,在三级复合层序内部还发育了一系列四级层序。四级层序界面经常以河流侵蚀面、煤层底面、古土壤层
(根土岩)及沉积相
转换面等为标志
。
在河流三角洲沉积体系中
,四级层序界面以河道侵蚀面为界
,在河道间的地区则主
要为古土壤或与之共生的沉积相转换面。四级的海侵面主要为覆盖于河道相砂岩之上
的河漫滩粉砂岩与泥岩互层序列的底部界面,在河道间的地区海侵面与层序界面重叠
。
最大海泛面则主要是由浅到深
、再由深到浅的沉积相转换面
,这样的面可以是厚层泥岩
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4期邵龙义等:沁水盆地石炭2二叠纪含煤岩系高分辨率层序地层及聚煤模式
的底面,也可以是厚层煤层的底面
。
在障壁—潟湖及滨外碳酸盐陆棚沉积背景下,由于缺乏河道下切所形成的下切谷充
填砂岩,所以层序界面经常与海侵面重叠,这样的面可以是代表陆上暴露的古土壤层
(煤层底板根土岩
),也可以是没有暴露但是表现出由深到浅
、再由浅到深的沉积相转换面
。
最大海泛面则经常是区内代表最大水深的石灰岩标志层的底面,如太原组的吴家峪灰岩
(K 0)、庙沟灰岩(K 2)、毛儿沟灰岩(K 3)、斜道灰岩
(K 4)、东大窑灰岩
(K 5)以及附城灰岩
(K 6)的底面。在没有石灰岩发育的地区,最大海泛面可以是能与这些标志层对比的障壁
岛相砂岩或潟湖相泥岩的底界。太原组围绕着晋祠砂岩
(K 1)、庙沟灰岩
(K 2)、毛儿沟灰
岩(K 3)、斜道灰岩(K 4)、东大窑东岩
(K 5)以及相当于
K 6灰岩(附城灰岩)等标志层,可
划分为6个四级层序。
3 层序地层格架的建立
本文对太原西山剖面、阳泉露头剖面以及寿阳
、屯留—长子和樊庄等钻井剖面进行
了高分辨率层序地层分析
,划分了四级层序及三级复合层序
。以阳泉剖面
(图2)和樊庄剖面(图3)为例,首先以本溪组底部区域不整合面、太原组15号煤层底部的海侵方向转
换面和山西组底部的北岔沟砂岩底面等为界,将研究区含煤岩系本溪组
、太原组和山西
组共划分为
3个三级复合层序
。沁水盆地南北向各露头和钻井剖面的层序地层的对比
见图4(剖面位置如图1中所示)。该研究区含煤岩系划分了
3个三级复合层序,15号煤层位于复合层序
Ⅱ的海侵体系域底部
,3号煤层位于复合层序
Ⅲ的高位体系域附近
。下面对含煤岩系三级复合层序中的层序组、四级层序及其体系域特征给予分析
。
(1)复合层序Ⅰ
该层序包括的地层从本溪组底部到15号煤层的底板
。层序底界为一区域性平行不整合面。发育海侵层序组和高位层序组,标志着最大海侵的灰岩是太原西山地区半沟段
第二层灰岩(半沟灰岩),该灰岩在绝大部分地区稳定分布,海侵几乎遍及整个盆地
。海侵期间,首先沉积了成份成熟度和结构成熟度较高的细粒砂岩
,然后过渡到粉砂岩
、粉砂
质泥岩及泥岩
,局部地区发育聚煤作用
,形成了较薄的煤层或煤线
,在垂向上表现为退积
的序列。高位层序组在垂向上表现从潮下灰岩到障壁—潟湖相泥岩的加积到弱进积的
序列,随着晚期高位体系域的发展,该盆地的大部分地区发育潟湖相沉积
,并且形成了广
泛的薄煤层。
(2)复合层序Ⅱ
该层序包括的地层从太原组15号煤层底板到北岔沟砂岩底面,发育海侵层序组和
高位层序组。与下伏复合层序
Ⅰ的界面是一海侵方向转换面
,此界面以下海水从东北方
向侵入,之上海侵方向转换为来自东南侧(尚冠雄,1997)。海侵方向转换面之上,首先沉
积了区域上比较稳定的沼泽相煤层、潟湖相泥岩及滨外陆棚相石灰岩
(庙沟灰岩)组成的
在垂向上表现为退积到弱加积的序列,属于海侵层序组沉积
。高位层序组在垂向上表现为从潮下灰岩到障壁—潟湖相泥岩的加积到弱进积的序列
。三级最大海泛面以太原组
中部毛儿沟灰岩
(K 3)底面为代表。毛儿沟灰岩分布范围遍及山西全省
,是当时最大的海
侵沉积,其南部可达华北地台的南缘
,北部的大同煤田也有其相应的沉积
(程保洲,1992;
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图2 沁水盆地阳泉矿区石炭2二叠纪层序地层柱状简图(沉积相解释参考葛宝勋等,1985)
K 1.晋祠砂岩;K 2.庙沟灰岩;K 3.毛儿沟灰岩;K 4.斜道灰岩;K 6.K6砂岩;K 7.北岔沟砂岩;3#～15#煤层编号;LST.低位体系域;TST .海侵体系域;HST.高位体系域;TSS .海侵层序组;HSS .高位层序组;LSS .低位层序组(下同)
Fig .2 Columnar section showing sequence stratigraphy of the Per m o 2Carboniferous coal measures
in Yangquan coal m ine areaof the northern Q inshui Basin
尚冠雄,1997)。因此,可以认为毛儿沟灰岩及其相当层位的底面为三级层序最大海泛面。
在海侵层序组中发育全区稳定分布的下煤组
(15号煤层),15号煤层及其上覆泥质
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4期邵龙义等:沁水盆地石炭2二叠纪含煤岩系高分辨率层序地层及聚煤模式
图3 沁水盆地樊庄地区含煤岩系层序地层柱状简图(图例同图2)
Fig.3 Columnar section showing sequence stratigraphy of the Per m o2Carboniferous coal measures
in Fanzhunag area of the s outhern Q inshui Basin
岩段构成四级层序(如阳泉剖面,见图2中的S2)中的海侵体系域沉积,其上的庙沟灰岩
(K
2)则构成四级层序中的高位体系域沉积,四级最大海泛面位于庙沟灰岩(K
2
)之底。
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在该层序的高位层序组中,发育以毛儿沟灰岩
(K 3)、斜道灰岩
(K 4)、东大窑灰岩
(K 5)和附城灰岩
(K 6)等石灰岩标志层
,构成多个海侵
—海退旋回层。其中的四级层序
多是以煤层底板根土岩为层序界面
,以煤层及上覆泥岩和粉砂岩作为海侵体系域沉积
,以石灰岩及上覆泥岩和粉砂岩作为高位体系域沉积。在沁水盆地东北部阳泉地区
,可以有以厚层的分流河道砂岩为代表的低位体系域下切谷发育
。该高位层序组中发育
S3
、S4、S5和S6等四级层序
(图2和图3)。
值得一提的是
,全区稳定分布的
15号煤层在四级层序中发育于海侵体系域,在三级
复合层序中发育于海侵层序组的下部
,即接近三级初始海泛面
(海侵面)附近,说明它是
在三级海平面变化旋回的海平面上升初期形成的
。
(3)复合层序Ⅲ
区域上,该复合层序相当于山西组的地层,即从北岔沟砂岩底部到骆驼脖子砂岩底
部。该三级复合层序由海侵层序组和高位层序组构成
,局部有低位层序组发育
。低位层
序组以北岔沟砂岩为代表,海侵层序组由多个煤层组成的上煤组
(包括区域上稳定分布的3号煤)序列构成,代表可容空间增加速率逐渐增加的过程
。高位层序组由三角洲平
原分流间湾泥岩组成。最大海泛面位于
3号煤层之上一套分流间湾相泥岩的底面
。该复合层序一般发育
S7、S8和S93个四级层序
,代表3次由分流河道下切
、充填和分流间湾的发育过程。每个四级层序包括以厚层分流河道砂岩
(如北岔沟砂岩)为代表的低位体系域下切谷、以砂泥岩互层为代表的海侵体系域及以煤层为代表的高位体系
域。区域上稳定分布的
3号煤发育于四级层序的高位体系域
。在三级复合层序中
,该煤
层虽然也发育于海侵层序组
,但它位于海侵层序组的顶部
,即接近三级最大海泛面位置
。
4 厚煤层在层序地层格架中的分布模式
当前国内外关于层序地层格架中的成煤模式都用到了Jervey (1988)的可容空间概
念。可容空间是可供潜在沉积物堆积的空间;它是全球海平面与盆地基底沉降两者的函数,其产生和变化与盆地沉积物供给无关。在滨海平原背景下基准面可以认为是地下潜
水面及海平面。Bohacs and Suter (1997)提出了一个以泥炭堆积速率及可容空间增加速
率为基础的成煤模式。可容空间增加速率和泥炭堆积速率之间平衡状态被用来分析和预测煤厚及煤质变化,过低的可容空间增加速率能造成泥炭地的暴露和侵蚀
,使有机物氧化和降解,并最终形成排水性好的厚层古土壤
;相反,过高的可容空间增加速率将引起
泥炭地的淹没
,从而终止泥炭堆积
。这两种情况都不利于厚煤层的聚积
,只有当可容空
间增加速率平衡或稍微超过泥炭堆积速率时,厚煤层才会形成
。在层序地层格架中
,在海侵层序组从海侵面到最大海泛面,可容空间增加速率是逐渐增高的,在最大海泛面处
可容空间增加速率达到最大点(海平面上升的拐点
)。在泥炭聚集速率很高的情况下
,厚
度较大的煤层则会在最大海泛面附近形成,因为高速增长的可容空间可以保护堆积下来
的泥炭,使之不受氧化剥蚀。相反,在泥炭堆积速率较低的情况下
,则较厚的煤层只能在
可容空间增长速率较慢的海侵面附近形成
,因为此时只有慢速的可容空间增加速率才能
与缓慢的泥炭堆积速率相平衡
,从而形成较厚的煤层
(邵龙义等,2003)。沁水盆地全区稳定发育的主要可采煤层有两层
,即太原组的
15号煤层和山西组的
3
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号煤层,也是煤层气勘探开发的目的层。根据15号煤层和3号煤层的聚煤环境及它们在
层序地层格架中的位置,其聚煤模式如图
5所示,这两层煤在层序地层格架中的位置可
以用可容空间增加速率(R A )和泥炭堆积速率
(R P )之间的平衡状态来分析
。15号煤层形
成于靠海一侧
,主要为滨外陆棚以及障壁
—潟湖成煤环境
,并形成于三级海侵面附近
(图5c ),此时较低的泥炭堆积速率与较慢的可容空间增加速率相平衡,从而形成该厚煤层,
对应图5a 中煤层厚度在层序地层格架中
R A /R P >1的情况。3号煤层形成于靠陆地一
侧,主要形成于以河流作用为主的下三角洲平原分流间湾环境,并形成于最大海泛面附
近(图5b ),此时较高的泥炭堆积速率与较高的可容空间的增长速率相平衡
,正是这种平
衡促成了该厚煤层的形成
,对应图5a 中煤层厚度在层序地层格架中
R A /R P <1的情况。
此外,关于该区太原组的“根土岩2煤层2海相石灰岩”旋回的成因,ShaoLongyi et al.
(2003)曾提出“海相灰岩层滞后时段聚煤”的观点,即煤层形成于海平面上升过程中的
“碳酸盐沉积滞后时段
”中,“滞后时段
(lag time )”指在海平面上升至碳酸盐台地上之后
到碳酸盐岩真正开始沉积之前的一段时间。很多学者研究发现
:全新世最后一次冰期后
海平面上升到佛罗里达陆棚上之后,碳酸盐岩并没有立即沉积下来,而是在数千年之后
才沉积下来
(Schlager,1981;Read et al .,1986;Harris et al.,1993),在这数千年的“滞后
时段”中,红树林泥炭则大量发育,形成了红树林泥炭层
,最终的层序是不整合面
—红树
林泥炭层—海相碳酸盐岩沉积
。与此类似,沁水盆地太原组的“
根土岩2煤层2海相石灰
岩”旋回亦可能代表着一次海平面下降形成古土壤层之后,缓慢海侵过程中堆积了早期
的泥炭层和晚期的正常海相石灰岩层。煤层与上覆的石灰岩海相层是一个连续的海侵
过程(张鹏飞等,2001)。
5 结 论
(1)对太原西山、阳泉、寿阳、樊庄及屯留—长子等剖面进行了高分辨率层序地层分
析,在沁水盆地石炭
2二叠纪太原组和山西组含煤岩系中划分出
3个三级复合层序和
9个四级层序。三级复合层序的层序界面以区域性分布的与下切谷砂岩共生的间断面、区域不整合面和海侵方向转换面等为代表,三级复合层序中可进一步划分出低位、海侵及高
位层序组,四级层序可进一步划分出低位
、海侵及高位体系域。
(2)太原组形成于滨外陆棚及障壁—潟湖沉积环境
,其中的15号煤层代表潟湖淤浅的沼泽沉积,该煤层在层序地层格架中位于三级层序界面
/海侵面附近
,较低的泥炭堆积
速率与较慢的可容空间增加速率相平衡
,从而形成该厚煤层
。山西组的沉积环境是三角
洲平原,其中的3号煤层形成于分流间湾淤浅而成的泥炭沼泽中,该煤层位于三级最大
海泛面附近,此时较高的泥炭堆积速率与较高的可容空间的增长速率相平衡
,促成了该厚煤层的形成。
(3)太原组的“根土岩2煤层2海相石灰岩”旋回中的煤层的成因可用“海相灰岩层滞
后时段聚煤”的观点来解释,即碳酸盐在海平面上升至台地上之后并没有马上沉积下来
,
而是在几千年甚至上万年后才真正沉积下来
,在碳酸盐沉积滞后这段时间里稳定的浅水
环境有利于泥炭沼泽的发育
,从而堆积可采煤层
/泥炭层。
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4期邵龙义等:沁水盆地石炭2二叠纪含煤岩系高分辨率层序地层及聚煤模式7
7
8
地 质 科 学2008年
参考文献
陈 刚,刘林玉.1998.沁水盆地古生界天然气圈闭条件分析
.西北地质,19(4):34—38.
Chen Gang and L iu L inyu .1998.The analysison the trap conditions of the Paleoz oic natural gas in the Q inshui Basin .N orth 2
w estern Geology ,19(4):34—38.
程保洲.1992.山西晚古生代沉积环境与聚煤规律
.太原:山西科学技术出版社.1—253.
Cheng Baozhou https://www.doczj.com/doc/2a4011625.html,te Paleoz oic Sedim entary Envir onments and Coal Accumulati on in Shanxi,China.Taiyuan ∶Shanxi
Science and Technology Press .1—253.
窦建伟,邵龙义,张鹏飞.1997.河北省南部晚古生代含煤岩系层序地层研究
.见:顾家裕等主编,层序地层学及其
在油气勘探中的应用论文集.北京:石油工业出版社.129—133.
Dou Jianwei,ShaoLongyi and Zhang Pengfei .1997.Sequence stratigraphic study on Late Palaeoz o ic coal measures in s outhern
Hebei,North China.in:Gu J iayu,et al .eds .Sy mposium of Sequence Stratigraphy and Its App licati on in O il and Gas Exploration and Development .Beijing:
Petr oleum Industry Press .129—133.
傅雪海,秦 勇,姜 波,王文峰,李贵中.2003.山西沁水盆地中2南部煤储层渗透率物理模拟与数值模拟
.地质科
学,38(2):221—229.
Fu Xuehai,Q in Yong,J iangBo,W angW enfeng and L i Guizhong .2003.Physical and numerical si m ulati ons of permeability
of coal reservoirs in central and s outhern part of theQ inshui Basin,Shanxi .Chinese Jour.Geol .,38(2):221—229.
葛宝勋,尹国勋,李春生.1985.山西阳泉矿区含煤岩系沉积环境及聚煤规律探讨.沉积学报,3(3):34—44.
Ge Baoxun,Yin Guoxun and L i Chunsheng .1985.The discussi o n of the sedi m entary environment and coal 2accumulati on in
the coal 2bearing seriesof the Yangquan m ining area in the Shanxi Province .Acta Sedim entologica S inica ,3(3):34—44.
孔宪珍,许惠龙,李润兰,常江林.1996.山西晚古生代含煤地层和古生物群
.太原:山西科学技术出版社.1—280.
Kong Xianzhen,Xu Huil ong,L i Runlan and Chang https://www.doczj.com/doc/2a4011625.html,te Paleoz oic Coal 2Bearing Strata and B iota in Shanxi,
China 1Taiyuan:Shanxi Science and Technology Press .1—280.
李增学,余继峰,王明镇,张新民,郭建斌.2005.沁水盆地煤地质与煤层气聚集单元特征研究
.山东科技大学学报(自
然科学版),24(1):8—13.
L i Zengxue,Yu Jifeng,W angM ingzhen,Zhang Xinm in and Guo Jianbin.2005.Research on the coal geol o gy and character 2
istics of coalbed methane accumulation units in Q inshui Basin .Journal of Shandong U niversity of Sci.&Tech .,24
(1):8—13.
刘焕杰,秦 勇,桑树勋.1998.山西南部煤层气地质.徐州:中国矿业大学出版社.10—25.
L iu Huanjie,Q in Yong and Sang Shuxun .1998.The Geol o gical Characteristics of Coalbed Gas in Southern Shanxi .Xuzhou:
China University of M ining and Technology Press .10—25.
煤炭科学院地质勘探分院,山西煤田地质勘探公司.1987.太原西山含煤地层沉积环境.北京:煤炭工业出版社.1—633.
Institute of Geol o gical Expl o rati on CC MR I and Shanxi Pr ovincial Coal Exploration Company .1987.Sedimentary Envir onments
of Taiyuan Xishan Coal Basin.Beijing:Coal Industry Press .1—633.
彭格林,钟 蓉,唐伟忠.1999.华北地台西缘晚石炭世—早二叠世早期海水进退及其与聚煤作用的关系
.古地理学
报,1(2):18—27.
Peng Gelin,Zhong Rong and TangW eizhong .1999.The relationship bet w een the coal accumulating pr ocess and theLate Car 2
boniferous 2early Early Per m ian marine transgressi on 2regressi o n on the western margin of the North China Platfor m.
Journal
of Palaeogeography ,1(2):18—27.
秦 勇,傅雪海,岳 巍,林大扬,叶建平,焦思红.2000.沉积体系与煤层气储盖特征之关系探讨
.古地理学报,2(1):
77—84.
Q in Yong,Fu Xuehai,Yue W ei,L in Dayang,Ye Jianping and J iao Sihong .2000.Relationship bet w een depositional syste m s
and characteristics of coalbed gas reservoir and its caprock.Journal of Palaeogeography ,2(1):77—84.
桑树勋,陈世悦,刘焕杰.2001.华北晚古生代成煤环境与成煤模式多样性研究.地质科学,36(2):212—221.
8
87
4期邵龙义等:沁水盆地石炭2二叠纪含煤岩系高分辨率层序地层及聚煤模式
Sang Shuxun,Chen Shiyue and L iu Huanjie.2001.Study on diversity of Late Paleoz oic coal 2form ing environments and models
in North China.Chinese Jour.Geol.,36(2):212—221.
桑树勋,秦 勇,范炳恒,姜 波,傅雪海.2002.层序地层学在陆相盆地煤层气资源评价中的应用研究
.煤炭学报,27
(2):113—118.
Sang Shuxun,Q in Yong,Fan B ingheng,JiangBo and Fu Xuehai.2002.Study on sequence stratigraphy applied to coalbed
methane res ource assess m ent.Journal of China Coal Society ,27(2):113—118.
尚冠雄.1997.华北地台晚古生代煤地质学研究
.太原:山西科学技术出版社.1—405.
Shang Guanxiong https://www.doczj.com/doc/2a4011625.html,te Paleoz oic Coal Geology of North China Platform.Taiyuan:Shanxi Science and Technology
Press .1—405.
邵龙义,陈家良,李瑞军,张鹏飞.2003.广西合山晚二叠世碳酸盐岩型煤系层序地层分析
.沉积学报,21(1):
168—174.
ShaoLongyi,Chen Jialiang,L i Ruijun and Zhang Pengfei .2003.A sequencestratigraphic inter p retati o n on Late Per m ian car 2
bonate coal measures in the Heshan coalfield,s outhern China.A cta Sedim entologica S inica ,21(1):168—174.
邵龙义,何志平,罗文林,刘永福,张鹏飞.2005.河北省南部石炭、二叠纪煤系土壤特征.西安石油大学学报
(自然科学
版),20(3):6—10.
ShaoLongyi,He Zhip ing,Luo W enlin,L iu Yongfu and Zhang Pengfei .2005.Characteristics of the palaeos ols in the coal
measures of the Carboniferous and Per m ian in s outhern Hebei.Journal of X i πan Petroleum U niversity (Natural Sci .
Ed .),20(3):6—10.
邵龙义,肖正辉,何志平,刘永福,尚潞君,张鹏飞.2006.晋东南沁水盆地石炭二叠纪含煤岩系古地理及聚煤作用研
究.古地理学报,8(1):43—57.
ShaoLongyi,Xiao Zhenghui,He Zhiping,L iu Yongfu,ShangLujun and Zhang Pengfei .2006.Paleogeographyand coal ac 2
cumulation for coalmeasures of the Carboniferous 2Per m ian in Q inshuiBasin,
s outheastern Shanxi Province .Journal of
Palaeogeography ,8(1):43—57.
武法东,陈钟惠,张守良,葛立刚.1995.华北石炭二叠纪的海侵作用.现代地质,9(3):284—292.
W u Fadong,Chen Zhonghui,Zhang Shouliang and Ge L igang .1995.Transgressi o ns during Per mo 2Carboniferous period in
North China.Geoscience ,9(3):284—292.
张建博,王红岩.1999.山西沁水盆地煤层气有利区块预测.徐州:中国矿业大学出版社.1—255.
Zhang J ianbo andW ang Hongyan .1999.The Predicti on of Favorable B l o cks of Coalbed Gas in the Q inshuiBasin of the Shanxi
Province.Xuzhou:China University of M ining and Technology Press .1—255.
张鹏飞,邵龙义,代世峰.2001.华北地台晚古生代海侵模式雏议
.古地理学报,3(1):15—24.
Zhang Pengfei,ShaoLongyi and Dai Shifeng .2001.D iscussi o ns on the transgressi on model of theLate Palaeoz oic in theNorth
China Platfor m.Journal of Palaeogeography ,3(1):15—24.
A itken J F and Flint S S .1995.The app lication of high res oluti on sequence stratigraphy to fluvial system s:a case study from
the Upper Carboniferous B reathitt Group,easternKentucky,USA.Sedim entology ,42(1):3—30.
Bohacs K and Suter J.1997.Sequence stratigraphic distributi on of coaly r ocks:funda mental controls and paralic exa mp les .
AAPG B ull.,81:1612—1639.
Cross T A.1988.Controls on coal distributi on in transgressive
2regressivecycles,Upper Cretaceous,W estern Interior,USA.in:W ilgus C K,HastingsB S,Kendall C G St C,Posa mentier H W ,Ross C A andVan W agoner J C.eds .Sea 2Lev 2el Changes:An Integerated App roach .Society of Econom ic Paleontologists and M ineralogists,Special Publicati on,42:371—380.
D iessel C F K.1992.Coal 2Bearing Depositional Syste m s .Berlin:
Springer 2Verlag.721.
D iessel C,Boyd R,W ads worth J,Leckie D and Chalmers G .2000.On balanced and unbalanced accommodati o n/peat accu 2
mulati on ratios in the Cretaceous coals from Gates For mati on,western Canada,and their sequence 2stratigraphic signif 2
icance .International Journal of Coal Geology ,43:143—186.
Flint S S,A itken J F and Hamp s on G .1995.App lication of sequence stratigraphy to coal 2bearing coastal p lain successi o ns:
i m plicati ons for the UK coal measures .in:W hateleyM K G and SpearsD A.eds .European Coal Geology .Geolog 2ical Society of London,Special Publicati on,82:1—16.
9
87
地 质 科 学2008年
Ham ilton D S and Tadros N Z .1994.U tility of coal seam s as genetic stratigraphic sequenceboundaries in non 2marine basins:
an exa mp le from the Gunnedah basin,Australia.AAPG B ull .,78(2):267—286.
Hamp s on G .1995.D iscri m ination of regionally extensive coals in the Upper Carboniferous of the Pennine Basin,UK using
high res olution sequence stratigraphic concepts .in:W hateleyM K G and SpearsD A.eds .European Coal Geology .Geological Society of London,Special Publicati on,82:79—97.
Hamp s on G,Elli ott T and Flint S S .1996.Critical application of high 2res oluti on sequencestratigraphic concep ts to the Rough
Rock Group (Upper Carbonifer ous )of northern England .in:Howell J A and A itken J F .eds .H igh Resoluti on Sequence Stratigraphy:Innovati o ns and Applicati ons .Geological S ociety of London,S pecial Publication,104:221—246.
Harris P M ,Kerans C and Bebout D G .1993.Ancient outcrop and modern examples of p latform carbonate cycles:i m p lica 2
ti o ns for subsurface correlation and understanding reservoir heterogeneity .in:Loucks R G and Sarg J F .eds .Carbon 2ate Sequence Stratigraphy:Recent Developments and App lications .AAPG M e m oirs ,57:475—492.
Holz M,Kalkreuth W and Banerjee I .2002.Sequence stratigraphy of paralic coal 2bearing strata:an overview.International
Journal
of Coal Geology ,48:147—179.
JerveyM T.1988.Quantitative geological modeling of siliciclastic rock sequencesand their seis m ic expression 1in:W ilgus C
K,Hastings B S,Kendall C G St C,Posa mentier H W ,Ross C A and Van W agoner J C.eds .Sea 2Level Changes:An IntegeratedApp r oach .Society of Economic Paleont o logists andM ineralogists,Special Publicati on,42:47—70.
PetersenH Ⅰ,Rosenberg P and Andsbjerg https://www.doczj.com/doc/2a4011625.html,anic geoche m istry in relation to the depositional environments ofM id 2
dle Jurassic coal seam s,Danish Central Graben,and i m plicati ons for hydrocarbon generative potential.AA PG B ull.,80(1):47—62.
Read J F,Grotzinger J P,Bova J A and KoerschnerW F.1986.Models for generati o n of carbonate cycles .Geology ,14(2):
107—110.
SchlagerW.
1981.The paradox of drowned reefs and carbonates platfor m s .Geol .Soc
.Am er .B ull.,92(4):197—211.ShaoLongyi,Zhang Pengfei,Gayer R A,Chen Jialian and Dai Shifeng .2003.Coal in a carbonate sequence stratigraphic
frame work:the Upper Per m ian Heshan For mation in central Guangxi,s outhern China.Journal of the Geological Socie 2
ty London ,160:285—298.
Perm o 2Carbon iferous coal m easures i n the Q in shui Basin :H igh 2resoluti on sequence stra tigraphy and coal accum ula tin g m odels
ShaoLongyi 1
Xiao Zhenghui 2
W ang Hao 1
Lu Jing 1
Zhou Jun
1
(1.D epartm ent of Resources and Earth Sciences,China U niversity of M ining and Technology,B eijing
100083;
2.Hunan U niversity of Science and Technology,
X iangtan,
Hunan
411201)
Abstract
The Q inshui Basin in s outheasternShanxi Province is an important basefor coalbed meth2ane exploration and p r oduction in China .The methane reservoirs in this area are Carboniferous and Per m ian coals and their thickness are str ongly controlled by the depositi o nal environ ments and the sequence stratigraphic frame work.This paper analyzed the high 2res olution sequence stratigraphy of the Per mo 2Carbonifers ous Taiyuan and Shanxi Formations .The accu mulating models of the No.15and No .3coals,the major coals in the Q inshui Basin,in the context of sequence stratigraphywere discussed .Bounded by regi o nal disconform ity,transgressi on direc 2tion s witching surface,the baseof incised valley fill sandst o ne,facies 2reversal surface and as 2
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4期邵龙义等:沁水盆地石炭2二叠纪含煤岩系高分辨率层序地层及聚煤模式
s ociated palaeos ols,the coal measureswere subdivided into 3third 2order composite sequences and 9fourth 2order sequences .The No .15coal of the Taiyuan Formation was formed in the bar 2rier 2lagoon and offshore shelf settingsand was developed at the transgressivesurfaceof the com 2posite sequence Ⅱ,where the lowerpeat accu mulati on ratewas balanced by the sl ower accommo 2dation creation rate .In contrast,the No .3coal of the Shanxi For m ation was formed in a fluvial 2delta setting,and was devel o ped at the maximu m surfaceof the composite sequence Ⅲ,where the higher peat accu mulati on ratewas balanced by the higher accommodati on creation rate .The coal in the fourth 2order sequence represented by “seat earth 2coal 2marine limest one ”could be for med during the “lag ti m e ”of marine deposits,when devel o pment of balanced accommodati on creation ratesand peat accu mulation ratesm ight favor the accu mulati on of thick coals .
Key W ords Key surfacesof sequencestratigraphy,Sequencestratigraphic fra mework,Coal 2accu mulating model,Per mo 2Carbonifer ous,The Q inshui Basin
“地质科学”
44卷第1期目录准噶尔盆地陆东
—五彩湾地区石炭系火山岩储集性能及影响因素
…………………………………
吴小奇 刘德良 李 剑 孙先如(1)…………………………………………………………………断裂输导在我国高效和中效聚集的大
2中型气田形成中的作用
………………………………………
付 广 王有功 吕延防 付晓飞(14)………………………………………………………………塔里木北部库车地区的断层系统及其对油气的控制作用李振生 刘德良(26)
…………………………
济阳坳陷新生界岩性油气藏特征及油气富集条件李运振 刘 震 张善文 郝 琦 吕希学(35)…塔里木盆地西北缘柯坪冲断带构造变形特征王国林 李曰俊 黄智斌(50)
……………………………
松辽盆地北部白垩纪末反转变形的三维构造物理模拟陈均亮 李忠权 应丹琳 林春华(63)
………东海陆架盆地西湖凹陷新生代反转构造样式及其形成机制初探
…………………………………… 刘卫红 林畅松 郭泽清 刘景彦 薄冬梅 宋小勇(74)
…………………………………………陕西勉县后沟—大坪山锰矿床地质—地球化学特征及控矿因素
…………………………………… 杨钟堂 乔耿彪 李智明 杨晓勇 黄洪平 蓝翔华 宋忠宝 刘小舟 万 伟(88)
…………
印度次大陆中央构造带沉积—变质型锰矿的矿物学和地球化学
……………………………………
杜小伟 杨晓勇 杨钟堂 L.G .G walani (103)
………………………………………………………黑龙江省五星
Cu 2N i 2Pt 2Pd 矿床的PGE 2Au 元素地球化学特征与成矿探讨
…………………………
李光辉 梁树能 孙景贵 孙 冬 逄 伟 常 艳(118)
…………………………………………新疆阿拉套山成矿作用
:区域背景、矿源和模式
倪守斌 满发胜 陈江峰 孙盼盼(128)
……………
塔里木盆地二叠纪火成岩的同位素年代学……………………………………………………………
张洪安 李曰俊 吴根耀 苏 文 钱一雄 孟庆龙 蔡习尧 韩利军 赵 岩 刘亚雷(137)
青藏高原及邻区晚更新世2全新世冰川活动的年代学及影响因素
姜 英 陈建军(159)
………………
安徽铜陵新桥
Cu 2Au 2Fe 2S 矿床黄铁矿
Re 2O s 定年及成矿意义
………………………………………
谢建成 杨晓勇 杜建国 杜小伟 肖益林 屈文俊 孙卫东(183)
………………………………山东胶州大西庄辉石巨晶
Sr 2Nd 同位素组成及其源区性质
李全忠 谢 智 陈江峰 高天山(193)
…北大别罗田榴辉岩的减压出溶结构与超高压变质作用刘贻灿 古晓锋 陈振宙(202)
…………………
江苏省东海县片麻状碱性花岗岩的成因及年代学研究……………………………………………… 夏 斌 李建峰 张玉泉 刘立文 何观生 王 洪 王 敏 杨之青(213)
……………………
(下转第809页)
1
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沁水盆地构造演化与煤层气的生成 李明宅杨陆武胡爱梅徐文军 （中联煤层气有限责任公司科技研究中心，北京，１０００１１） 摘要沁水盆地面积约２３９２３ｋｍ２，蕴藏着丰富的煤炭资源和煤层气资源，是我 国重要的煤层气勘探区。本文主要从盆地演化的角度讨论了煤层的形成及其生气 潜力，认为沁水盆地南部是有利的煤层气勘探区块。 关键词沁水盆地构造演化沁水盆地南受煤层气 １沁水盆地构造演化特征 在影响煤层气生成和保存的众多地质因素中，以构造作用的影响最大，因为盆地的构造特征和构造热演化决定着煤的聚集和生气作用。 １．１构造特征及成煤期后构造发育特征 沁水盆地位于晋中一晋东南地区，为近南北向的大型复式向斜，面积约２３９２３ｋｍ２。盆地内次级褶皱发育，南部（古县一屯留一线至阳城）和北部（祁县以北）以近南北向褶皱为主，局部近东西、北东和弧形走向的褶皱；中部（祁县至沁源）则以北北东向褶皱发育为特点。断裂以北东、北北东和北东东向高角度正断层为主，集中分布于盆地西北部、西南部及东南部边缘。该盆地处于长期抬升状态，具有内部褶皱发育、断裂不甚发育和煤系地层广泛稳定分布的特点，区别于其西侧的鄂尔多斯盆地和东侧的华北东部断块含煤区，前者煤系沉积后长期持续稳定沉降、上覆地层厚、构造简单，后者煤系沉积后又经历了强烈的块断作用改造。 沁水盆地煤系地层沉积后，历经印支、燕山和喜山三次构造运动改造。印支期本区受侯马一沁水一济源东西向沉积中心的控制，以持续沉降为主，沉积了数千米的三叠纪河湖相碎屑岩，由北向南增厚。三叠纪末的印支运动，使华北地区逐渐解体，盆地开始整体抬升，遭受风化剥蚀。燕山期内构造运动最为强烈，在自西向东挤压应力作用下，石炭系、二叠系和三叠系等地层随山西隆起的上升而抬升、褶皱，形成了轴向近南北的复式向斜，局部断裂并遭受剥蚀。同时，区内莫霍面上拱，局部伴有岩浆岩侵入，形成不均衡的高地热场，使煤的变质程度进一步加深。由于该变质作用是在煤层被抬升、褶皱、剥蚀，上覆静岩压逐渐减小的情况下进行的，因而对煤的割理及外生裂隙的生成、保存等均产生了有别于深成变质作用的影响。喜山期区内受鄂尔多斯盆地东缘走滑拉张应力场作用，在山西隆起区产生北西一南东向拉张应力，发育了山西地堑系，区内形成了榆次—介休一带的晋中断陷，沉积了上千米的上第三系、第四系陆相碎屑岩，其他地区石炭系、二叠系和三叠系等地层继续遭受剥蚀，并在北部和东南部因拉张而形成北东向正断裂，致使沁水盆地定 一３６—
第２３卷第２期２ ０１６年３月地学前缘（中国地质大学（北京） ；北京大学）Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ（Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｂｅｉｊｉｎｇ）；Ｐｅｋｉｎｇ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ）Ｖｏｌ．２３Ｎｏ．２ Ｍａｒ．２０１６ ｈｔｔｐ ：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ 地学前缘，２０１６，２３（２）收稿日期：２０１５－０９－１２；修回日期：２０１５－１１－ ０１基金项目：中国地质调查局项目“沁水盆地及周缘页岩气资源调查评价”（２０１４－ ２５８）作者简介：付娟娟（１９８１—），女，博士研究生，工程师，矿产普查与勘探专业。Ｅ－ｍａｉｌ：ｊｕａｎｊ ｕａｎｆｕ＿２０１２＠ｈｏｔｍａｉｌ．ｃｏｍ＊ 通讯作者简介：郭少斌（１ ９６２—），男，教授，博士生导师，从事层序地层学、储层评价和油气资源评价方面的教学和科研工作。Ｅ－ｍａｉｌ：ｇ ｕｏｓｂ５８＠１２６．ｃｏｍｄｏｉ：１０．１３７４５／ｊ ．ｅｓｆ．２０１６．０２．０１７沁水盆地煤系地层页岩气储层特征及评价 付娟娟， 郭少斌＊， 高全芳， 杨 杰中国地质大学（北京）能源学院，北京１０００８３ ＦＵ Ｊｕａｎｊｕａｎ， ＧＵＯ Ｓｈａｏｂｉｎ＊， ＧＡＯ Ｑｕａｎｆａｎｇ， ＹＡＮＧ ＪｉｅＳｃｈｏｏｌ ｏｆ Ｅｎｅｒｇｙ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，Ｃｈｉｎａ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｇｅｏｓｃｉｅｎｃｅｓ（Ｂｅｉｊｉｎｇ），Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００８３，ＣｈｉｎａＦＵ Ｊｕａｎｊｕａｎ，ＧＵＯ Ｓｈａｏｂｉｎ，ＧＡＯ Ｑｕａｎｆａｎｇ，ｅｔ ａｌ．Ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｅｎｒｉｃｈｍｅｎｔ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｉｎ ｔｈｅＣａｒｂｏｎｉｆｅｒｏｕｓ－Ｐｅｒｍｉａｎ ｃｏａｌ－ｂｅａｒｉｎｇ ｆｏｒｍａｔｉｏｎｓ ｏｆ Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ．Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ，２０１６，２３（２）：１６７－１７５Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ，ａｓ ｏｎｅ ｏｆ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｃｏａｌ－ｂｅａｒｉｎｇ ｂａｓｉｎｓ ｉｎ Ｃｈｉｎａ，ｎｏｔ ｏｎｌｙ ｈａｓ ｐｌｅｎｔｙ ｏｆ ｃｏａｌａｎｄ ｃｏａｌ－ｂｅｄ ｍｅｔｈａｎｅ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ，ｂｕｔ ａｌｓｏ ｈａｓ ａ ｌｏｔ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｌｉｔｔｌｅ ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｎｄ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｉｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｎ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ，ｗｅ ｓｔｕｄｉｅｄ ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｕｐｐｅｒ Ｐａｌｅｏｚｏｉｃ ｏｆ Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ，Ｃｈｉｎａ．Ｃｏｍｐｒｅｈｅｎｓｉｖｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ ｍｅｔｈｏｄｓ，ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ Ｘ－ｒａｙ ｄｉｆｆｒａｃｔｉｏｎ，ＮＭＲ，ＦＩＢ－ＳＥＭ，ｍｉｃｒｏｓｃｏｐｉｃ ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｉｎｓｅｃｔｉｏｎｓ ａｎｄ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｄｓｏｒｐｔｉｏｎ ｅｔｃ．ｗｅｒｅ ａｐｐｌｉｅｄ ｔｏ ａｎａｌｙｚｅ ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｇｅｏｃｈｅｍｉｓｔｒｙ，ｒｏｃｋａｎｄ ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｐｏｒｅｓ ｅｖｏｌｕｔｉｏｎ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ－ｒｉｃｈ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ．Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ，ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒｓ ｉｎ ｔｈｅ ｓｔｕｄｙ ａｒｅａ ｉｓ ｅｖａｌｕａｔｅｄ．Ｔｈｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｔｙｐｅｓ ｏｆ ｐｏｒｅｓ ａｎｄ ｍｉｃｒｏ ｆｒａｃｔｕｒｅｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ ｈｅｒｅ，ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｉｄｅ ｅｎｏｕｇｈ ｓｐａｃｅｓ ｆｏｒ ｔｈｅ ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ．Ｍｉｎｅｒａｌ ｐｏｒｅｓ，ｍａｉｎｌｙ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｉｎｔｅｒｇｒａｎｕｌａｒ ｐｏｒｅｓ ａｎｄ ｉｎｔｅｒｃｒｙｓｔａｌｌｉｎｅ ｐｏｒｅｓ ｉｎ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｐｌａｔｅ，ｔｒｉａｎｇｌｅ ｏｒｉｒｒｅｇｕｌａｒ ａｒｅ ｗｅｌｌ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｗｈｅｒｅａｓ ｏｎｌｙ ａ ｓｍａｌｌ ａｍｏｕｎｔ ｏｆ ｏｒｇａｎｉｃ ｐｏｒｅｓ ｉｎ ｓｈａｐｅｓ ｏｆ ｄｏｔ ｏｒ ｏｃｃａｓｉｏｎａｌ ｅｌｌｉｐｓｅｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｐｏｒｏｓｉｔｙ ｈａｓ ａ ｌａｒｇｅ ｓｐｅｃｉｆｉｃ ｓｕｒｆａｃｅ ａｒｅａ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ａ ｒａｎｇｅ ｆｒｏｍ ２．８４ｍ２／ｇ ｔｏ ６．４４ｍ２ ／ｇ ｗｉｔｈ ａｎａｖｅｒａｇｅ ｏｆ ４．２６ｍ２ ／ｇ．Ｔｈｅ ａｖｅｒａｇｅ ｖａｌｕｅ ｏｆ ｐ ｏｒｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｉｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ３．６４ｎｍ ａｎｄ １０．３４ｎｍ，ｗｈｉｃｈｍｅａｎｓ ｍａｉｎｌｙ ｍｅｓｏ－ｐｏｒｅｓ ｄｅｖｅｌｏｐｅｄ．Ｔｈｅ ａｐｐｒｏｐｒｉａｔｅ ｒａｔｉｏ ｏｆ ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ，ｗｈｉｃｈ ｉｓ ｃｏｍｐｏｓｅｄ ｏｆ５７．５％ｏｆ ｃｌａｙ ｍｉｎｅｒａｌｓ ａｎｄ ４１．３％ｏｆ ｂｒｉｔｔｌｅ ｍｉｎｅｒａｌｓ，ｉｓ ｐｒｅｔｔｙ ｇｏｏｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｉｒｃｏ－ｐｏｒｅｓ，ｇａｓａｂｓｏｒｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｒａｃｔｕｒｉｎｇ．Ｈｉｇｈ ｖａｌｕｅ ｏｆ ＴＯＣ ａｎｄ Ｒｏ，ｃａｕｓｅｄ ｂｙ ａｂｎｏｒｍａｌ ｔｈｅｒｍａｌ ｇｒａｄｉｅｎｔ ｉｎ Ｍｅｓｏｚｏｉｃ，ｐｒｏｖｉｄｅｄ ｆａｖｏｒａｂｌｅ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ ｆｏｒ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ．Ｏｎ ｔｈｅ ｗｈｏｌｅ，ｔｈｏｕｇｈ ｔｈｅ ｂｕｒｉａｌ ｄｅｐｔｈ ｉｓｓｈａｌｌｏｗ，ｔｈｅｒｅ ｉｓ ｇｒｅａｔ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｐｏｔｅｎｔｉａｌ ｆｏｒ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｉｎ ｔｈｅ Ｃ－Ｐ ｐｅｒｉｏｄ ｉｎ ｔｈｅ ＱｉｎｓｈｕｉＢａｓｉｎ ｂｅｃａｕｓｅ ｔｈｅ ｏｒｇａｎｉｃ ｃｈｅｍｉｃａｌ ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ，ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ａｎｄ ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ａｒｅ ｑｕｉｔｅｓｕｉｔａｂｌｅ ｆｏｒ ｔｈｅ ｆｏｒｍａｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｔｏｒａｇｅ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇ ａｓ．Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ；Ｃ－Ｐ ｐｅｒｉｏｄ；ｓｈａｌｅ ｇａｓ；ｒｅｓｅｒｖｏｉｒ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ摘 要：沁水盆地是我国重要的含煤盆地，不仅其煤炭及煤层气资源丰富，在上古生界石炭纪—二叠纪地层中还有大量页岩发育。而目前，针对该地区页岩地层的相关研究极少，该地区页岩气资源是否具有勘探开发潜力有待深入而细致的研究。本文以沁水盆地上古生界石炭系—二叠系海陆交互相页岩储层为研究对象，通过薄片鉴定、Ｘ线衍射分析、氩离子抛光－扫描电镜分析、核磁共振、氮气吸附等实验方法，研究了富有机质页岩储层有机质含量、类型、成熟度等有机地化特征以及储集空间类型、物性、矿物组成、孔隙结构等储层特征。在此基础上，对研究区页岩储层的勘探开发潜力进行了评价。结果表明：沁水盆地石炭系—二叠系富有机质页岩储层中发育形态各异的不同类型孔隙及微裂缝。其中，矿物基质孔十分发育，主要包括有呈片状、三角形及
沁水煤层气田位于沁水盆地南部晋城地区，主体部分在沁水县境内，共划分为樊庄、潘庄、郑庄三个区块[1] 。寺头断层以西为郑庄区块，以东北部为樊庄区块，南部为潘庄区块（图1）。该区域为我国煤层气产业的重要基地，国内主要产气井多分布在此，研究意义重大。 胡底井田位于樊庄区块的中西部，在沁水县胡底乡蒲池村附近，西以老圪堆、王庄沟、东山一线为界，距沁水县城50km ，东至西岭后、上坟西西部，南抵鸡窝岭、小岭上、七坡、西庄北部，距胡底乡约 1km ，北至吴沟村、楼底、银疙堆一线南部，隶属胡底 乡管辖。井田总体成东西向的长方形，长约6km ，宽 约4km ，北纬35°43′～35°45′15″，东经112°32′44″～ 112°36′44″，面积约20.51km 2。 1区域地质概况 沁水煤层气田位于沁水盆地东南部斜坡，总体构造形态为一马蹄形斜坡带，地层倾角平缓，一般2° ～7°，平均4°左右。断层相对不发育，断距大于20m 的 断层仅在西南部分布，主要有寺头断层以及与之伴生的次一级正断层组成的弧形断裂带，呈北东向-东西向展布。区内低缓、平行褶皱普遍发育，展布方向以北北东向和近南北向为主，褶皱的面积和幅度都很小，背斜幅度一般小于50m ，面积小于5km 2，延伸长度从数百至上千米，呈长轴线型褶皱（图2）。 区内地层由老至新包括下古生界奥陶系中统峰峰组、上古生界石炭系上统本溪组、太原组、二叠系下统山西组、下石盒子组、中统上石盒子组、上统石千峰组、中生界三叠系、新生界新近系及第四系。岩浆活动以燕山期侵入体为主，导致煤岩变质程度增高。 2矿区地质 胡底井田位于晋获褶断带的西侧，区内构造比 作者简介：王凤清（1960—），女，1982年毕业于焦作矿业学院煤田地 质与勘探专业，河南省三门峡黄金工业学校高级讲师、高级工程师，主要从事煤田地质研究。 收稿日期：2011-04-18责任编辑：唐锦秀 沁水盆地胡底井田地质特征及煤层气赋存规律 王凤清 （河南省三门峡黄金工业学校，河南三门峡472000） 摘要：沁水盆地由于其良好的储气条件，多年来一直是国内外煤层气学者的研究对象。胡底井田位于樊庄区块的中西部，通过对其地质特征和煤储层的各项特征研究，探讨了区内煤层气的赋存规律及影响因素，得到以下认识：本区构造简单，煤层较厚且变质程度高，吸附能力强，含气量大，封存条件好，煤层气资源蕴藏丰富；受褶曲构造影响，在井田中部含气量较低，由中部向西含气量逐渐增高，向东含气量先增大后减小，南北方向也呈现起伏性变化；煤层气含量与煤层埋深基本呈正相关变化；煤层埋藏史、水文地质及煤层封盖等条件使本区形成了良好的煤层气富集区。关键词：沁水盆地；胡底井田；煤层气；地质特征；赋存规律中图分类号：P618.11 文献标识码：A Geological Features and CBM Hosting Pattern in Hudi Minefield,Qinshui Basin Wang Fengqing (Henan Province Sanmenxia School of Gold Industry,Sanmenxia,Henan 472000) Abstrac t:Since the favorable gas reserving conditions,the Qinshui Basin is always one of main subjects investigated of CBM researchers both home and abroad in many years.The Hudi minefield is situated in the mid western part of the Fanzhuang sector.Based on geological features and coal reservoir characteristic study,CBM hosting pattern and impact factors in the area have been studied.Thus following cognitions have obtained:structures in the area are simple,coal seams are thick and highly metamorphosed,stronger adsorptive capacity,higher gas content,better sealing and keeping conditions,accordingly abundant CBM resources.Since impacts from folded structures,CBM content in middle minefield is lower,increasing westward,increasing first then decreasing eastward and presents undulating from south to north.Positive correlation has existed between CBM content and coal buried depth.Coal seam accumulation,hydrogeological and seam closing cap conditions made the minefield a favorable CBM enrichment area.Keywords:Qinshui Basin;Hudi minefield;CBM;geological feature;hosting pattern 中国煤炭地质 COAL GEOLOGY OF CHINA Vol．23No．07Jul ．2011 第23卷7期2011年7月 文章编号：1674－1803（2011）07－0022－06 doi ：10.3969/j.issn.1674-1803.2011.07.06
沁水盆地煤层气赋存区域地质背景 2.1 沁水盆地地质概况 沁水盆地位于山西省东南部（见图1），盆地总面积436.8km2，煤炭资源量29.16万t，具有形成煤层气的丰富物质基础。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3.28×1012m3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[9]。 图1 沁水盆地区域构造背景图 盆地现今构造面貌为一近南北向的大型复式向斜，次级褶曲发育。南部和北部以近南北向褶曲为主，局部为近东西、北东和弧形走向的褶皱；中部则以北北东向褶皱发育为特点。断裂以北东、北北东和北东东向高角度正断层为主，集中分布于盆地西北部、西南部及东南部边缘。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。沁水盆地自下而上钻遇的主要地层有峰峰组(O2f)、本溪组(C2b)、太原组(C3t)、山西组(P1s)、下石盒子组(P1x)、上石河子组(P2s)、石千峰组(P2 sh)和第四系(Q)等，其中山西组和太原组为主要含煤层系，3#和15#煤层为煤层气勘探的主要目的层，3#煤层为局部勘探目的层。 根据盆地内的构造发育特征、煤层埋藏深度、煤阶分布、煤层气含量变化等特
沁水盆地煤层气赋存区域地质背景 点，将盆地内石炭——二叠系含煤地层的煤层气富集单元划分为沁南富气区、东翼斜坡带富气区、西翼斜坡带富气区、西山富气区和高平——晋城富气区[10]。沁南富气区总含气面积3630km2，分为樊庄、潘庄、郑庄三个区块[11][12]。 研究区沁水盆地南部煤层气田位于沁水复向斜南部晋城地区，东临太行山隆起，西临霍山凸起，南为中条山隆起，北部以北纬30°线为界连接沁水盆地腹部，面积约3260km2，包括樊庄区块，潘庄区块，郑庄区块等(图2)。据已经取得工业产能的煤层气井资料，计算高产富集区内探明含气面积346km2，地质储量754×108km3[13]。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。 图2 沁水盆地南部煤层气田区块位置图 2.2 樊庄区块煤炭地质概况 沁水盆地樊庄区块位于山西省晋城市西北85km处。区块南北长18.53~19.96km 东西宽16.37~19.27km，面积398km2。樊庄区块位于沁水盆地南部斜坡，总体构造形态为一马蹄斜坡带，地带宽阔平缓，地层倾角一般为2°~7°，平均4°左右。区内大
浅论中国主要含煤地层的分布特征 Brief Analysis on the Distribution Character of China Coal-bearing Stratum （益新公司地质勘察部宋佳） 摘要：中国主要成煤时代为石炭纪、二叠纪、侏罗纪、白垩纪和第三纪，而各个含煤地层在中国的南北方却又有许多差别，如含煤层厚度，煤系的岩性组成，以及煤层的可采性等；在一个大含煤地区可以分出许多组，不同的组在岩性，厚度以及可采性等也存在较大差异。因此研究中国的主要含煤地层具有十分重要的意义。 Abstract:In China,main coal forming periods are Carboniferous,Permian,Jurassic period,Cretaceous period and Tertiary,and differences exist on each coal-bearing stratums in North and South of China,such as the thickness of the coal layer,the lithological character composition of the coal serious,and the workability of coal layers,etc.A large coal bearing district can be divided into different groups,and great differences exist among the lithological character,thickness,and workability.Therefore,great significant exists on the study of China coal-bearing stratum. 关键词：中国含煤地层石炭纪二叠纪侏罗纪白垩纪第三纪 Key words:China,Coal-bearing stratums,Carboniferous,Permian,Jurassic period,Cretaceous period, Tertiary. 由于煤是由植物遗体形成的沉积矿床，因此其分布与地史时期植物演化密切相关。早古生代植物演化处于低级阶段，只有水生菌藻类植物，因此只形成高灰分、低热值的“石煤”。泥盆纪开始，植物在陆地繁衍，才产生具真正意义的腐植煤，中国云南禄劝中泥盆世地层中即夹有薄煤层，但经济价值不高。中国主要成煤时代为石炭纪、二叠纪、侏罗纪、白垩纪和第三纪。 The distribution of coal is closely related to plant evolution in geological times,because the coal is formed by the sedimentary deposit of the plant remains.The plant evolution of Early Palaeozoic Era is in low level,and only stone coal with high ash and low heating value is formed.From Devonian on,plant starts its propagation on land,and humolite is generated in real sense.Thin seam is formed in the Middle Devonian layer in Luquan,Yunnan of China,but its economical value is not high.In China,the mainly coal forming periods are Carboniferous,Permian,Jurassic period,Cretaceous period,and Tertiary. 1.1中国石炭纪含煤地层 早石炭世含煤地层主要分布于中国南部，含煤系位于大光阶中下部，在不同地区其层位上下略有差异。湘粤一带称为测水组，位于大广阶中部，贵州南部的旧可组比测水组稍低，云南东部万寿山组的层位更低。测水煤系分为上、下两段，下段为含煤段，一般厚度60～80m，以泥岩和粉砂岩为主，夹菱铁矿结核，常含两层可采煤层，分别称3号煤及5号煤，煤厚一般2m左右。上段不含煤或仅含煤线，一般厚度70～90m，由石英砂岩、粉砂岩，泥岩及泥灰岩组成，底部以一套厚层状石英砂岩或含砾石英砂岩与下段为界。粤北的芙蓉山组及桂北的寺门组与测水组完全相当，均含可采煤层，但经济价值略逊于湘中。在华北沉积区，早石炭世的中朝地台仍处于隆升状态，其南缘濒临秦岭海槽，在陆缘区有下石炭统发育，但经过多次的俯冲、对接和碰撞之后，现仅于豫南固始、商城及陕南山阳、凤县有局部残留。固始的杨山组在多层砾岩中夹有多层极不稳定的薄煤层，是活动区含煤沉积的特点。 1.2中国石炭纪—二叠纪含煤地层 晚石炭世含煤地层主要分布于中国北部，并且和以上的二叠纪含煤地层形成一套连续的、密不可分的含煤沉积，因此常统称为石炭纪—二叠纪含煤地层。华北北部石炭纪—二叠纪含煤地层以山西太原为代表，自下而上的岩石地层单位为本溪组(或铁铝岩组)、太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组和
常见岩层力学参数
11 细砂岩2800 28.85 16.04 12.02 0.20 3.47 43 4.96 5-2煤1410 2.12 1.73 0.82 0.30 0.18 20 0.2 细砂岩2597 27.00 15.28 11.2 0.21 3.1 42 3.48 5-1煤1410 2.12 1.73 0.82 0.30 0.18 20 0.2 细砂岩2586 33.40 18.02 14.02 0.19 3.8 43 5.13 砂质泥岩2520 7.88 4.9 3.2 0.23 1.18 35 1.8 泥岩2567 6.90 4.3 2.8 0.23 0.7 30 1.68 4-1煤1460 2.43 2.12 0.93 0.31 0.5 24 0.35 泥岩2463 6.39 3.94 2.6 0.23 0.68 30 0.98 底板岩层2463 6.39 3.94 2.6 0.23 0.68 30 0.98 砂岩2650 4.35 2.9 1.74 0.25 9.5 41 4.21 7煤1400 1.49 2.08 0.54 0.38 1.2 20 0.64 砂质泥岩2550 3.45 2.61 1.35 0.28 7.6 30 3.0 砂岩2690 5.61 3.35 2.3 0.22 10.7 41 4.96 9煤1400 1.49 2.08 0.54 0.38 1.2 20 0.64 砂岩2650 4.76 3.05 1.92 0.24 10.2 40 4.8 砂质泥岩2600 3.84 2.91 1.5 0.28 7.8 32 3.65 石灰岩2800 10.69 5.57 4.53 0.18 11.4 38 6.7 砂质泥岩2600 3.84 2.91 1.5 0.28 7.8 32 3.65 石灰岩2800 10.69 5.57 4.53 0.18 11.4 38 6.7
1 区域地质背景 沁水盆地位于山西省东南部，北纬35°-38°，东经 111°00＇-113°50＇，总体呈北北东向延伸，中间窄，呈 哑铃状。盆地东西宽约120km，南北长约330km，总面积逾 423×10km 。古构造带上属于华北地台中带，是在燕山期剪切 挤压不断增强、隆升不断扩大的背景下形成的残余构造盆 地。燕山期，华北地区剪切挤压应力作用不断增强，早-中侏 罗世的大华北盆地逐渐向鄂尔多斯地区退缩，至晚侏罗-早白 垩世的燕山运动中期山西地区已成为隆升区，位于其上规模 最大的复式向斜型沁水盆地最终成型（陈刚等，1998）。 沁水盆地石炭-二叠系的地层平行不整合于奥陶系之 上，自下而上包括湖田段、太原组、山西组、下石盒子组、 上石盒子组、孙家沟组。湖田段为奥陶系灰岩侵蚀面之上一 套铁铝岩层的组合。太原组和山西组为主要含煤岩系，太原 组主要以石灰岩、铝土质泥岩、粉砂岩、粉砂质泥岩及砂岩 为主，厚44.9-193.48m，含多层可采煤层，煤层总厚0- 16.89m，平均7.19m。山西组以砂岩、粉砂岩和泥岩为主， 厚18.6-213.25m，含可采煤层1-2层，总厚0-10m，平均 4.2m。太原组的15号煤层和山西组的3号煤层在全区广泛分 布，横向分布稳定，厚度较大，是该区的主采煤层和煤层气 储层。石盒子组以砂岩、粉砂岩、砂质泥岩、泥岩为主，全 组厚度400-600m，分为5个岩性段，即骆驼脖子段，化客头 段，天龙寺段，神岩段、平顶山段，纵向上底部夹有煤线和 薄煤层，下部主要为黄、绿色砂岩夹泥、页岩，中部以杏黄色夹紫红色泥页岩为主，上部杏黄色与紫色、巧克力色泥岩互层或以后者为主，顶部为黄绿色、灰黄色、灰白色砂岩为主夹杂色泥岩。孙家沟组为石千峰群下部地层，主要由红色、砖红色泥岩，粉砂质泥岩夹长石砂岩组成。 孙 杰 沁水盆地东南缘二叠系上石盒子组地层特征研究 （山西省地质调查院，山西 太原 030006） 图1 沁水盆地位置示意图（图中实线为剖面位置）
沁水煤层气田地质特征 1 自然地理环境 沁水煤层气田位于沁水盆地南部北纬36°以南，行政区划隶属于省市，包括、高平、沁水、阳城等县市。区地形为丘陵山地，沟谷发育，切割较深,地面海拔580m～1300m。较大的河流为沁河，其它有固县河等支流常年有水，大多汇入沁河。气候为大陆性气候，昼夜温差较大。 2 构造特征 里必区地形为山地地形，地表条件复杂，山体陡峭，沟谷切割，基岩出露，地表高差大，海拔高度700-1200m，总体构造形态为一北西倾斜坡带,地层平缓，地层倾角一般2°～7°，平均4°。断层不发育，断距大于20m的断层仅在西南部分布，主要有寺头断层以及与之伴生的次一级断层，呈一组北东向—东西向正断层组成的弧形断裂带。区低缓、平行褶皱普遍发育，呈近南北和北北东向，褶皱的面积和幅度都很小，背斜幅度一般小于50m，延伸长度5km～10km，呈典型的长轴线性褶皱。 3 含煤层简况 沁水区块地层由老至新包括下古生界奥系中统峰峰组(O2f)、上古生界石炭系中统组(C2b)、上统组(C3t)、二叠系下统组(P1s)、下石盒子组(P1x)、上统上石盒子组(P2s)、石千峰组(P2sh)、中生界三叠系T、新生界第三系(N)、第四系(Q)，其中主要含煤地层石炭系上统组和二叠系下统组，在盆地广泛分布，是本区煤层气勘探主要目的层。 组：为三角洲沉积，一般有三角洲前缘河口砂坝、支流间湾逐渐过渡到三角洲平原相。地层厚度8m～90m，一般60m左右，岩性为灰、深灰色砂
泥岩互层夹煤层。本组一般含煤2层～4层，自上而下编号为1#～4#，其中3#煤单层厚度大，全区分布稳定，总体具有东北厚西南薄的趋势，为组主要煤层。沁水地区为3#煤层发育区，厚度3m～8m，局部夹炭质泥岩和泥岩夹矸1～2层。3#煤层顶板岩性主要为泥岩、粉砂质泥岩，底板主要为粉砂岩和泥岩。泥岩作为煤层顶、底板封盖层有利于煤层气的保存和集聚。 该组底部的K7砂岩，为本组底部的分界标志层，厚度最大可达10m，一般5m左右，以灰、灰白色中—细粒长石石英砂岩及石英砂岩为主，局部可相变为粉砂岩。 组：为一套海陆交互相沉积的复合沉积地层，厚度59m～125m,一般大于70m，岩性为中-细粒砂岩、粉砂岩、粉砂质泥岩、泥岩、灰岩和煤互层，由5个从碎屑岩到石灰岩沉积的垂向层序构成，体现了海退-海进沉积旋回过程。本组含煤层6层～12层，自上而下编号为5#～16#，其中底部15#煤层单层厚度大、分布稳定，是本区主力煤层，厚度5.2m～6.65m。15#直接顶板岩性主要为泥岩或含钙泥岩，底板主要为泥岩。K2石灰岩常常成为15#煤层的直接顶板，造成煤层气运移逸散，使煤层气井产水量增加。 该组底部普遍发育的K1砂岩及中上部数层浅海相石灰岩为其重要的区域对比标志层。 3.1 K1砂岩。 为组与组分界的区域标志层。岩性为灰、灰白、灰绿色中—粗粒或细粒石英砂岩、石英杂砂岩及岩屑石英杂砂岩，局部可相变为粉砂岩或泥岩。厚度最大可达10m,一般5m左右。 3.2 K2～K5灰岩
MWD 在煤层气定向井施工中的应用 郝登峰 (河南省煤田地质局,河南 450053) 摘 要:采用MWD 无线随钻测斜仪施工煤层气定向井,对井眼轨迹的控制以及钻井效率的提高效果十分明显,在做好施工设计的同时要加强钻井参数和实际操作的配合。关键词:MWD 煤层气 定向井 MWD Applications in CBM Construction of Directional Well Hao Dengfeng (Henan Bureau of Coal Geological Exploration,Henan 450053) Abstract:Adopted wireless NWD to directional coalbed methane drilling well,it is obvious to control the well trajectory and improve drilling efficienc y.The co-ordination between drilling parameters and practical opera tion should be enhanced. Keywords:MWD;CB M;directional well MWD 无线随钻测斜仪是通过钻井液的压力脉冲传递井下仪器测取的参数,取消了有线随钻仪的起下电缆作业,大大缩短了测斜时间。主要用于定向井定向造斜、扭方位中随钻监控井眼轨迹,直井段和稳斜段转盘钻井的井眼轨迹控制,大斜度井、水平井井眼轨迹控制。普通煤层气定向井一般采用电子单、多点进行定向,为了加快工程进度,缩短建井周期,缩短钻井液对煤层的浸泡时间,同时有效控制井眼轨迹,就要优选施工措施,采用MWD 无线随钻测斜仪进行定向。现以山西某区块的定向井为例,对该仪器在煤层气井施工中的应用进行分析和研究。 1 地质概况 所施工的煤层气定向井,位于山西省吉县,其构造位置处于鄂尔多斯盆地东南缘晋西挠褶带与渭 北隆起交汇处延川南区块。地层自上而下为:第四系(Q),三叠系中统纸坊组(T 2z),三叠系下统和尚沟组(T 1h)及刘家沟组(T 1l),二叠系上统孙家沟组(P 2s)及上石盒子组(P 2sh),石炭系上统太原组(C 3t),石炭系中统本溪组(C 2b)。 2 主要设备机具 (1)钻机:TSJ-2000 (2)柴油机:12V135/380HP 、6135/150HP 各1台(3)泥浆泵:TWB1200、兰石1000各1台(4)测斜仪器:MWD 系统(技术参数见表1)。主要是通过井下探管测量井下数据,转换成电压脉冲码给功率驱动器,功率驱动器驱动旋转阀脉冲器产生泥浆压力脉冲,泥浆压力脉冲通过压力传感器转换成0~20m A 电流传到数据采集仪,数据采集仪降噪、解码,还原成井斜、方位、工具面等具体数据。 作者简介 郝登峰,男,工程师,毕业于焦作工学院,水文地质与工程地质专业。现从事煤层气钻井施工与技术管理工作。 第7卷第5期 中国煤层气 Vol 7No 52010年10月 CHINA COALBED METHANE October 2010
加工转化 沁水盆地煤层气资源量评价与勘探预测 薛 茹1 毛灵涛2 (1 郑州航空工业管理学院建筑工程管理系,450015; 2 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083) 摘 要 根据 煤层气资源/储量规范(试行) 中的容积法对沁水盆地煤层气资源进行 计算,提出了综合考虑区域构造单元、含煤地层沉积特征和实际分布范围来划分计算单元的 划分原则,并对沁水盆地煤层气资源的勘探进行了预测分析。 关键词 煤层气 资源评价 沁水盆地 盖层 气藏 1 沁水盆地地质概况 沁水盆地位于山西省中部及东南部,东以平定-昔阳-左权-长治-晋城一线的煤层露头线为界,西至霍山隆起以东煤层露头线与汾河地堑的东部边界,南起阳城,北抵盂县、寿阳。盆地长轴总体呈NNE向延伸,南北长约320km,东西宽约180km,有效含煤面积31100km2。 盆地的沉积盖层自下而上依次为本溪组、太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组和石干峰组。其岩性以含砾砂岩、砂岩、粉砂岩、泥质粉砂岩、粉质泥砂岩、泥岩及煤层等,其中能够对煤层气起到封盖作用的岩性主要是泥质岩类,包括粉砂岩、泥质粉砂岩、粉沙泥质岩及泥岩。就含煤层段而言,泥质岩很发育,山西组泥岩百分含量在60%左右,太原组泥岩百分含量在50%以上,且变化范围不大,全区稳定发育,是煤层气吸附储集的良好盖层。 煤层不仅是煤层气藏的源岩,同时又是煤层气藏的储层。煤层的稳定发育并具有一定的厚度和规模是煤层气富集的基础。沁水盆地稳定发育的主要可采煤层主要是太原组和山西组,煤层总厚度变化在3 65~18 5m之间。其平面展布规律,在南北方向上是由北向南煤层增厚,在东西方向上是由西向东煤层变厚。 2 煤层气资源评价 2 1 资源量计算方法的确定 煤层气资源量的大小、分布是煤层气地质评价的重要内容,也是煤层气开发前经济预算的主要依据。煤层气资源量计算的准确与否直接影响到煤层气开发的经济效益。所以,煤层气储量计算单元的划分、资源量计算方法及计算参数的确定等问题,是当前煤层气科技工作者的工作重点。 目前,国内外普遍的作法是以煤样的含气量和煤炭储量的乘积求出煤层气资源量[8]。其中含气量以混合气体含气量来计算,煤炭储量以可开采煤层计算。然而,有实例证明,这种计算方法所得计算结果往往与气井的实际产量相矛盾。鉴于煤层气与天然气的明显差异,本文在进行沁水盆地煤层气资源计算时根据 煤层气资源/储量规范(试行) 中的容积法,对全盆地范围内的煤层气资源量进行计算。 所谓容积法,即: Q i=C i H i D 10-2(1) G j=Q j A j(2) G= G j(3)式中:Q j I单元资源丰度,108m3/km2; C i I单元的煤层气含量,m3/t; H i i单元煤层厚度,m; G i i单元煤层气资源量,108m3; D i单元煤层平均容重,m3/t; A i i单元资源量计算面积,km2; G 煤层气总资源量,108m3。 2 2 资源量的计算 2 2 1 计算过程 66中国煤炭第33卷第5期2007年5月
6 柿庄北区块煤层气勘探开发靶区优选 6.1煤层气靶区评价原则 煤层气靶区评价是以提交可靠煤层气分级储量，确定煤层气开发有利与不利区块和高产稳产井位为目的，那么就必须以煤层气实现商业开发必备条件为原则，即：较大的资源量与资源丰度，较好的解吸能力和渗透性。由此。综合煤层气含量、解吸能力和渗透率的控制因素，结合前人成果。提出下述煤层气选区评价原则[28,39,42,70, 103,104]： 1）煤阶以割理发育且生气量较大的气煤—无烟煤Ⅲ号为最佳（R o,max为0.7%—4.0%），具高渗、高吸附饱和度的低煤阶（R o,max为0.3%—0.7%）区也可作为有利勘探目标。 2）煤层埋深最佳在500—1200m左右，避开风氧化带和低渗区。 3）煤质有6项指标，即煤的密度低有利于孔隙的形成；煤的灰分低（<15%），割理多，渗透性提高；煤的热值高，生气强度大；煤的固定碳含量高，生气量大；煤的硫分含量越低，煤质越好，煤层夹研越少越好。 4）煤层分布广，煤层单层厚度不小于0.6m，总厚度大于10m。中高煤阶煤层单层厚度大于２m、低煤阶煤层厚度大于８m的情况下煤层气开发具有较好效果。 5）为便于“先采气，后采煤”并与国家已有煤矿安全生产规程衔接，初步将煤层气有利目标区煤层含气量界限中高煤阶煤层含气量为6m3/t以上，低煤阶煤层含气量大于3m3/t。 6）勘探区煤层气远景资源量应大于100×108m3，煤层气资源丰度大于0.5×108m3/km2。煤层含气量大于8m3/t，煤岩镜质组含量一般应大于70%。 7）吸附饱和度大于60%。可解吸率大于70%，煤层可解吸气量大。 8）选择高地应力背景下的相对低地应力（一般小于10MPa）、较高储层压力区，地解比为高级别（大于0.6）接近1的地区。 9）承压区的水压封堵气藏和压力封闭的高压气藏最佳。 10）煤层天然裂隙发育，连通性好，煤层割理密度大于50条/m，煤层渗透率（注入/压降法）大于0.1×10-3um2。 11）煤层结构完整、构造简单，位于盆地斜坡、单斜或向斜翼部埋深适中部位。 12）煤层顶底板有大于10m的封闭性直接盖层，目标区内无剥蚀现象，纵向上主力煤层距古剥蚀面厚度大于200m，并具有厚度大，分布稳定的区域性盖层。煤层段内无大水层。 13）区域性岩浆作用热变质区煤阶高、含气量大且割理发育，是有利勘探区。
山西沁水盆地柿庄北地区煤层气潜力 黄晓明 孙 强 闫冰夷 熊德华 王文化 (中联煤层气有限责任公司,北京 100011) 摘 要:本文是在二维地震和煤层气参数井勘探成果的基础上,对沁水盆地柿庄北区块的石炭-二叠系煤系地层进行了广泛的评价。地质背景调查与煤储层分析结果表明该地区具有地质构造简单、煤层发育稳定、煤层气含气量高而饱和度适中的特点。根据本次工作所确定的煤层气估算资源量为402 93亿m 3,并通过对本区以往勘探成果的阐释,从而有助于确定该地区煤层气资源的商业开采潜力。 关键词:构造 地层 资源量 煤层气潜力 Coalbed Methane Potential of Shizhuang North Block in Qinshui Basin,Shanxi Huang Xiaoming,Sun Qiang,Yan Bingyi,Xiong Dehua,Wang Wenhua (C hina United C oalbed Methane Co Ltd ,Beijing 100011) Abstract:This paper has completed an e xtensive evaluation of the Permian -Carboniferous coal seams of the Shizhuang North block in Qinshui basin,which included the 2D seismic and the appraisal CB M wells.As the technical report documenting geological setting and the coal reservoir analysis,it has a low relief geo -structure,well de veloped coal seams and a high gas content coal with a medium saturation of this area.This work has quantified an estimated 40 293billion m 3of CB M gas in place which is helpful to determine the CB M potential for com mercial development with the geologic sarvey ca mied out in the past.Keywords:Geo -structure;stratigraphic;gas in place;coalbed me thane potential 柿庄北煤层气区块大部分位于山西省长治市长子县境内[1],区块面积374 92km 2,地质构造上属于沁水含煤盆地东南缘。本次调查工作则主要集中在该区块南部涵盖了长子县、沁水县和高平市的174km 2范围。包括本区在内的整个柿庄地区一直是煤层气勘探开发的热点地区,也是目前我国煤层气勘探开发投入较大、研究程度较高的地区之一[2]。通过持续不断的勘探投入,邻近柿庄南区块的煤层气商业开采已初具规模并获得了枣园区的储 量认证。各种方式的煤层气钻井和生产试验井组全面铺开。井组日产气量稳定在10000~15000m 3左右。部分直井的单井日产量长期稳定在2000~3000m 3,水平井的单井日产量稳定在5000~10000m 3。依托储量控制区,中联公司加快了整个柿庄地区的煤层气勘探开发的步伐,就柿庄北南部地区的174km 2 范围而言;截至目前已完成二维地震104 7km,实施了3口煤层气参数+生产试验井。并对X 1井的3#煤层采取了压裂增产措施,实 作者简介 黄晓明,任职中联煤层气有限责任公司,长期从事煤层气开发工作。 第7卷第5期 中国煤层气 Vol 7No 52010年10月 CHINA COALBED METHANE October 2010