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
１６８ 付娟娟，郭少斌，高全芳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１６，２３（２）ｈｔｔｐ
：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ 地学前缘，２０１６，２３（２）不规则形态的粒间孔和晶间孔等；而有机质孔不发育，
呈点状，偶见椭圆型。从孔隙结构上看，孔隙具有较大的比表面积，主要分布在２．８４～６．４４ｍ２／ｇ，平均值为４．２６ｍ２
／ｇ
。平均孔径分布在３．６４～１０．３４ｎｍ，以中孔隙发育为主。从矿物组成来看，各矿物含量比例适中，黏土矿物含量较高，达到５７．５％，有利于微孔隙发育和页岩气的吸附；以石英及长石为代表的脆性矿物含量较高，达到４１．３％，易于后期压裂造缝。从有机地化特征来看，有机碳含量高，有机质类型以腐泥腐殖型为主，且受中生代异常地温场控制，有机质热成熟度高，有利于页岩气的生成和吸附存储。总体来说，虽然研究区石炭纪—二叠纪页岩储层埋深浅，但有机地化参数、矿物组成、孔隙发育及结构特征都有利于页岩生烃和页岩气储存，具有较大的勘探与开发潜力。关键词：沁水盆地；石炭纪—二叠纪；页岩；储层特征
中图分类号：Ｐ６１８．１３０．２１ 文献标志码：Ａ 文章编号：１００５－２３２１（２０１６）０２－０１６７－
０９沁水盆地是我国重要的含煤盆地，近年来，针对煤炭及煤层气资源已经开展了许多详细且深入的研究工作。在煤层及煤层气的勘探开发过程中，发现该盆地上古生界石炭纪—二叠纪地层中还有大量页岩储层发育。该地区页岩储层的研究工作尚处于起步阶段，现有的研究仅对成藏条件进行了简单分
析［１－
３］，缺乏对页岩储层特征，特别是储集空间特征、
孔隙结构特征的精细研究和认识。沁水盆地石炭系—二叠系页岩储层主要为海陆交互相和陆相沉积，可借鉴鄂尔多斯等盆地在海陆交互相及陆相页岩储层的研究工作。针对海陆交互相页岩储层，郭
少斌等［４－
６］开展了储层评价、含气性及其影响因素、成藏条件及有利区预测等方面的研究。Ｔａｎｇ等［７］
、王香增等［
８］及杨超等［９］
针对陆相页岩储层的孔隙特征及储层发育特征进行了评价。
本文以沁水盆地石炭系—二叠系页岩储层为研究对象，通过薄片鉴定、氩离子抛光－扫描电镜分析、Ｘ线衍射分析、
氮气吸附等多种实验方法，研究了富有机质页岩孔隙类型与孔隙结构、物性、矿物组成等储层特征以及有机质含量、类型及成熟度等有机地化特征，探讨了石炭纪—二叠纪煤系地层页岩气成藏的基本条件。
１ 研究区概况
沁水盆地位于山西省东南部，东邻太行山隆起，南接中条山隆起，西邻霍山隆起，北靠五台山隆起，是中生代末在古生界基底上发育形成的近南北向的大型复式向斜构造盆地。
盆地构造较为简单，内部断裂不发育，处于构造稳定区，边缘构造活动性增强。可分为３个构造区
带（图１
）：盆内平缓褶皱带、边缘陡褶带及新裂陷区［１０
］。沁水盆地煤系页岩储层主要分布于上古生界石炭系—二叠系的太原组、山西组和下石盒子组。
其
图１ 沁水盆地构造分区示意图［
８］
Ｆｉｇ．１ Ｔｅｃｔｏｎｉｃ ｄｉｖｉｓｉｏｎ ｍａｐ
ｏｆ Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ［８］
中，太原期海平面升降频繁，早期为有利于煤层发育的潮汐三角洲环境，中晚期为障壁海岸与碳酸盐台地沉积。岩性为煤层、石灰岩、泥岩、砂质泥岩、粉砂岩及砂岩。山西期，在近海环境中形成了河控三角洲的沉积体系。岩性为灰黑色碳质泥岩、砂质泥岩、泥岩、粉砂岩、砂岩夹煤层。下石河子期，沁水地壳上升，盆地大体脱离海洋环境，代之以内陆河湖和沼
泽环境，局部有泥炭沼泽沉积。岩性为含砾粗砂岩、砂岩、粉砂岩、泥岩夹薄煤层。２ 实验仪器与测试方法
实验样品全部来自沁水盆地上古生界石炭纪—二叠纪地层。其中，有机碳测试分析依据国家标准ＧＢ／Ｔ
１９１４５—２００３，测试仪器为Ｌｅｃｏ碳硫测定仪。镜质体反射率测试依据ＳＹ／Ｔ
５１２４—１９９５《沉积岩
付娟娟，郭少斌，高全芳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１６，２３（２） １６９
ｈｔｔｐ
：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ 地学前缘，２０１６，２３（２）中镜质组反射率测定方法》，应用显微光度计（ＭＰ
Ｖ－ＳＰ）在环境温度为２２℃，相对湿度为３０％～３２％，显微镜放大倍数为１２５倍，反射率量程为０．１～
１０．０％，分辨率为０．０１％的条件下测定。黏土矿物及全岩Ｘ－射线衍射分析依据是ＳＹ／Ｔ
５１６３—２０１０，仪器为Ｄ８ＤＩＳＣＯＶＥＲ型Ｘ射线衍射仪。孔隙度与脉冲渗透率测定依据ＳＹ／Ｔ ５３３６—２００６、ＳＹ／Ｔ６４９０—２０００及ＱＢ １９５６１—２０１０，测试仪器为ＰＤＰ２００脉冲渗透率仪。核磁共振分析依据标准ＳＹ／Ｔ ５３３６—２００６和ＳＹ／Ｔ ６４９０—２０００，仪器为ＲｅｃＣｏｒｅ－
０４型低磁场核磁共振岩样分析仪。比表面和孔径依据为ＧＢ／Ｔ １９５８７—２００４，实验条件为９
０℃加热１ｈ、３５０℃加热５ｈ，测试方法为氮气吸附法，仪器为比表面测定仪Ｑｕａｄｒａｓｏｒｂ
ＳＩ。３ 有机地球化学特征
（１
）有机质丰度。有机碳含量是页岩储层评价的重要参数之一，它既决定着页岩的生烃强度，也是页岩吸附气的载体之一。国内外许多学者，针对页岩气成藏的有机碳（Ｔ
ＯＣ）含量下限值开展了许多研究。Ｃｕｒｔｉｓ［１１］
认为，产气页岩的有机碳含量下限值大约为２％；Ｂｏｗｋｅｒ［１
２］
认为，有开发价值的产气页岩有机碳含量下限值在２．５％～３．０％。沁水地区页岩总有机碳（ＴＯＣ）含量普遍较高（表１），实测Ｔ
ＯＣ含量分布在０．６７％～１６．４８％，平均为３．０６％，尤其在煤层附近，受煤层发育影响，ＴＯＣ含量较高。丰富的有机质含量为大量生烃提供了物质基础，同时也是页岩孔隙空间增加的重要因素之一，为页岩气的富集和吸附提供了空间。
（２）有机质类型。有机质类型不同，其生烃潜力、生烃类型及生烃门限都有一定的差异。从表１
可以看到，沁水地区泥页岩有机质类型均以Ⅱ２型为主。显微组分以腐泥组为主，主要呈棕黄色，少量黄色及棕色，含量为６０％；其次为惰质组，含量为２
５％；再次为镜质组，含量为１５％；不含壳质组。（３）有机质成熟度。有机质的成熟度是表征其成烃有效性和产物性质的重要参数。有机质只有在
达到一定的热成熟度才能开始大量生烃和排烃。在一定范围内，含气泥页岩的热成熟度越高表明泥页岩生气可能性越大。受中生代晚期异常地温场控制和影响［１３－
１５］，沁水盆地石炭系—二叠系页岩有机质成熟度较高（表１），镜质体反射率Ｒｏ分布在１
．５１％～２．５４％，平均值为２．０１％，
属于成熟－过成熟阶段，较高的成熟度有利于有机质热解生气。表１ 沁水盆地页岩样品有机地化参数表
Ｔａｂｌｅ １ Ｏｒｇａｎｉｃ－ｇ
ｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｃｏｒｅ ｓａｍｐｌｅｓｉｎ Ｑｉｎｓｈｕｉ
Ｂａｓｉｎ样品编号层位Ｔ
ＯＣ含量／％Ｒｏ／％干酪根类型
ＺＫ１３０１－１下石盒子组１．３６ １．７４Ⅱ２ＺＫ１３０２－１下石盒子组１．１９ １．６９Ⅱ２ＺＫ１３０３－１下石盒子组１６．４８ ２．２８Ⅱ２ＺＫ１３０３－２下石盒子组０．６７ ２．１７Ⅱ２ＺＫ１１－５－１下石盒子组２．２０ ２．１９Ⅱ２ＺＫ１３０１－２山西组３．４２ １．５１Ⅱ２ＺＫ１３０２－２山西组１．２１ ２．１４Ⅱ２ＺＫ１３０２－３山西组３．７８ １．９６Ⅱ２ＺＫ１３０３－３山西组５．９１ ２．０１Ⅱ２ＺＫ１３０３－
４山西组０．９１ １．９３Ⅱ２ＺＫ１１－５－２山西组１．７５ ２．１７Ⅱ２ＺＫ１１－５－３山西组１．６２ ２．４５Ⅱ２ＺＫ１１－５－４山西组１．１２ ２．０３Ⅱ２ＺＫ１３０１－３太原组２．８６ ２．０８Ⅱ２ＺＫ１３０１－４太原组３．２６ １．７３Ⅱ２ＺＫ１３０１－５太原组１．８７ １．７６Ⅱ２ＺＫ１３０２－４太原组０．９２ ２．２２Ⅱ２ＺＫ１３０２－５太原组３．２３ １．７２Ⅱ２ＺＫ１３０２－６太原组１．８３ １．７５Ⅱ２ＺＫ１３０２－７太原组３．３４ １．９７Ⅱ２ＺＫ１３０３－５太原组１．８６ ２．１５Ⅱ２ＺＫ１３０３－６太原组７．２１ １．９５Ⅱ２ＺＫ１３０３－７太原组１．１６ ２．０８Ⅱ２ＺＫ１３０３－８太原组４．６６ ２．０８Ⅱ２ＺＫ１３０３－９太原组２．５９ ２．１０Ⅱ２ＺＫ１１－５－
５太原组
３．１０
２．３５
Ⅱ２
４ 储层特征分析
４．１ 页岩储层分布特征页岩气中的游离气体占有相当大的比重，当达到一定的埋深，地层封闭条件有利时，才能阻止页岩中的游离气逸散，从而使气体聚集成藏。
沁水盆地上古生界石炭系—二叠系埋深主要分布在２０～２
０００ｍ。其中，太原组埋深分布在１００～２ ０００ｍ，山西组埋深平均在９０～１ ８００ｍ，下石盒子组埋深平均在２０～１ ７００ｍ，总体上埋深较浅，地层压力小，气体保存条件相对较差。
４．２ 矿物组成
页岩矿物组分含量不同，一方面影响页岩的脆
１７０ 付娟娟，郭少斌，高全芳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１６，２３（２）ｈｔｔｐ
：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ 地学前缘，２０１６，２３（２
）图２ 沁水盆地页岩样品矿物组分图
Ｆｉｇ．２ Ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｃｏｒｅ ｓａｍｐ
ｌｅｓ ｉｎ Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ性，即页岩的岩石力学性质，大量脆性矿物的存在是页岩能够通过压裂造缝获得高产油流的原因［１６－
１８］；另一方面，矿物组分影响着孔隙结构，从而影响气体的吸附和储存。
沁水地区页岩黏土矿物含量高，平均含量为５
７．５％，石英、长石次之，平均含量为４１．３％。此外，还存在一定量的黄铁矿及菱铁矿（图２）。其中下石盒子组黏土矿物含量为５７％～６０％，
平均为５８．５％；石英、长石含量为４０％～４３％，平均为４１．５％。山西组黏土矿物含量为５０％～６３％，平均为５８％；石英、长石含量为３６％～４８％，平均为４０．８％；
太原组黏土矿物含量为５３％～６２％，平均为５６．６％；石英、长石含量为３８％～４４％，平均值为４０．２％。相对而言，该地区页岩具有较高的脆性矿物含量，有利于岩层压裂产生裂缝。而黄铁矿的存在，反映了该套层系位于有利于页岩储层发育的静水还原环境。
黏土矿物具有丰富的微孔隙，是游离气的主要储集空间，另外，黏土矿物对气体有较强的吸附能力，其含量的高低影响着页岩吸附含气量的大小。沁水地区页岩样品中，黏土矿物主要有伊蒙混层、高岭石、伊利石及绿泥石（图３）
。有利于孔隙空间增加的伊蒙混层及高岭石含量较高［
１９－
２１］，其含量分别为４３．６％和２６．７％；而不利于孔隙空间增加的伊利石及绿泥石含量相对较少，其含量分别为１７．７％和１２．０％。纵向上看，
从下石盒子组、山西组到太原组，伊蒙混层及绿泥石含量逐渐减少，高岭石含量逐渐增加。总体来说，研究区黏土矿物组成十分有利
于页岩气储集空间即矿物基质孔隙的发育。
４．
３ 储集空间特征相对于砂岩、碳酸盐岩等常规油气田储层，页岩
储层具有多种孔隙空间类型，形态多样。目前，对于页岩储层孔隙国内外尚无统一的分类标准。从孔隙大小来看，依据国际理论和应用化学协会关于孔隙
大小的划分标准［２２］
，即分为微孔隙（＜２ｎ
ｍ），中孔隙或介孔隙（２～５０ｎｍ）和宏孔隙（＞５
０ｎｍ），页岩地层中主要发育微孔和中孔。从产状及形态来看，国外许多学者［
２３－
２６］将页岩孔隙分为粒间孔、粒内孔及有机质孔进行分析和研究；国内于炳松等［
２７］
将页岩孔隙类型划分为与岩石颗粒发育无关的裂缝孔隙和与岩石颗粒发育有关的粒间孔隙、粒内孔隙和有机质孔隙几类。
本文综合考虑孔隙的成因、形态及大小，将页岩孔隙分为矿物基质孔、有机质孔及微裂缝进行讨论。根据氩离子抛光后扫描电镜结果，
可以看到沁水地区上古生界石炭纪—二叠纪页岩地层发育不同尺度级别、形态各异的黏土矿物孔以及少量的有机质孔。此外，还可见到黄铁矿及菱铁矿晶间孔在部分岩心中较为发育（图４
）。矿物基质孔在研究区十分发育，主要有粒间孔及晶间孔。孔隙大小为μｍ－
ｎｍ级，受矿物组成
付娟娟，郭少斌，高全芳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１６，２３（２） １７１
ｈｔｔｐ
：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ 地学前缘，２０１６，２３（２
）图３ 沁水盆地页岩样品黏土矿物含量图
Ｆｉｇ．３ Ｃｌａｙ
ｍｉｎｅｒａｌ ｃｏｍｐｏｓｉｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｃｏｒｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｉｎ Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ特别是黏土矿物种类以及压实、风化等作用的影响，孔隙形态呈片状、三角形及不规则形状等（图
４ａ、ｂ）。其中，片状孔隙可能是易风化矿物的残余孔隙，而类似于三角形或不规则形状的粒间孔隙多为受压实胶结等作用后的残余孔隙。此外，由于黄铁矿在该区较为发育，可见到黄铁矿晶间孔（图４ｃ
）。有机质孔是页岩储层独有且重要的气体吸附空间，但此类孔隙在研究区并不发育，仅在少量样品中
可见。孔隙大小为纳米级，呈点状，偶见椭圆形（图４ｄ、ｅ）。值得注意的是，该地区部分有机质呈层状，可看到层间有机质孔隙分布（图４ｆ
），此类有机质孔的发育是否与碳质含量等因素有关还有待于进一步
的研究。
微裂缝在该地区十分发育，主要有矿物之间裂
缝（图４ｇ
）、有机质和矿物之间的收缩缝（图４ｈ）以及有机质内部裂缝（图４ｉ）３种类型，宽度为ｎｍ－μ
ｍ级。它们的成因主要是黏土矿物之间的转化引起的
体积收缩或者有机质生烃时导致的内部压力不均以
及体积收缩。
整体而言，虽然研究区的有机质孔隙不发育，但矿物基质孔隙和微裂缝十分发育，为页岩气的储集和吸附提供了足够的空间。
４．
４ 物性特征一般来说，页岩储层的孔隙度和渗透率一般都
比较小。相对其他地区的页岩，沁水盆地页岩孔隙度较高（图５），平均值达到４．１２％。实验样品孔隙
度全部大于２％。其中，孔隙度为２％～４％和大于
４％的各占５０％。３个层段中，下石盒子组孔隙度最低，平均为３．５％；山西组和太原组泥岩孔隙度相近，分别为４．２％和４．３％。较高的孔隙度为页岩气的富集提供了储存空间，也为页岩气储量提供了保障。
４．５ 孔隙结构特征由于页岩的孔喉细小，应用压汞等实验方法研究孔隙结构的效果有限。目前，常用于页岩孔
隙结构研究的实验方法主要有核磁共振法和氮气
吸附法。
核磁共振法不受矿物骨架影响，其１００％饱和
水样品的Ｔ２谱反映了岩石孔隙大小分布特征，可
用于孔隙结构的定性分析。从核磁共振Ｔ２分布图
可以看到（图６
），沁水地区页岩样品饱和Ｔ２谱多为双峰分布，且第二个峰多落在１０ｍｓ左右，说明该地区的储集空间除了有小孔发育外，还在一定程度上发育有部分大孔隙。离心后核磁共振Ｔ２谱呈单峰分布，且与饱和谱面积相差不大，说明孔隙发育以小
孔为主，束缚水含量较高，可动流体很少。
另外，氮气吸附法可以得到页岩样品的表面积、孔体积、孔径分布曲线等孔隙结构参数（表２），从而
１７２ 付娟娟，郭少斌，高全芳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１６，２３（２）ｈｔｔｐ
：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ 地学前缘，２０１６，２３（２
）图４ 沁水盆地页岩样品氩离子抛光扫描电镜图
Ｆｉｇ．４ ＦＩＢ－ＳＥＭ ｉｍａｇｅｓ ｆｏｒ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｃｏｒｅ ｓａｍｐ
ｌｅｓ ｉｎ Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉ
ｎ图５ 沁水盆地页岩样品孔隙度分布直方图
Ｆｉｇ．５ Ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｈｉｓｔｏｇｒａｍ ｏｆ ｐｏｒｏｓｉｔｙ
ｆｏｒ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｃｏｒｅｓａｍｐ
ｌｅｓ ｉｎ Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ实现对孔隙结构进行定量分析。与致密砂岩等储层相比，页岩的微孔隙发育，通常具有较大的比表面积。从表２可以看到，沁水地区页岩的比表面积主
要分布在２．８４～６．４４ｍ２／ｇ，平均值为４．２６ｍ２
／ｇ
，平均孔径分布在３．６４～１０．３４ｎｍ，
与中国南方地区下志留统［２８］
页岩和北美Ｈａｙ
ｎｅｓｖｉｌｌｅ盆地［２９］页岩的孔径大小相当。
通过ＤＦＴ模型可以计算得到页岩样品的孔径分布曲线（图７）。可以看到，页岩储层孔径分布相对集中，只有一个主峰，分布在３．９５ｎｍ附近。孔径
以中孔为主，体积比平均值为９３．９８％；其次为宏孔，体积比平均为５．２０％；微孔最低，平均体积比仅为０
．８２％。这与核磁共振分析的结果基本一致。
付娟娟，郭少斌，高全芳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１６，２３（２） １７３
ｈｔｔｐ
：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ 地学前缘，２０１６，２３（２
）图６ 沁水地区页岩样品核磁共振Ｔ２分布图
Ｆｉｇ．６ ＮＭＲ Ｔ２ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｇａｓ ｃｏｒｅ ｓａｍｐ
ｌｅｓ ｉｎ Ｑｉｎｓｈｕｉ Ｂａｓｉｎ表２ 页岩氮气吸附法孔隙结构参数
Ｔａｂｌｅ ２ Ｐｏｒｅ ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ ｏｆ ｓｈａｌｅ ｓａｍｐｌｅｓ ｆｒｏｍ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｄｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ样品编号
Ｂ
ＥＴ比表面／（ｍ２·ｇ
－１）平均孔径／ｎｍ孔体积Ｖ／（ｍＬ·ｇ－１）孔体积比例／％
微孔
中孔宏孔
总孔
微孔
中孔
宏孔
ＺＫ１３０１－１ ４．１４５ ９．９５ ０．００Ｅ＋００ １．０３Ｅ－０２ ０．００Ｅ＋００ １．０３Ｅ－０２ ０．００ １００．００ ０．００ＺＫ１３０１－２ ４．４２３ ７．９７ ０．００Ｅ＋００ ７．４６Ｅ－０３ １．３５Ｅ－０３ ８．８１Ｅ－０３ ０．００ ８４．６３ １５．３７ＺＫ１３０１－５ ４．９０３ ３．６４ １．８０Ｅ－０４ ４．２９Ｅ－０３ ０．００Ｅ＋００ ４．４７Ｅ－０３ ４．０３ ９５．９７ ０．００ＺＫ１３０２－２ ３．５５９ ８．３９ ０．００Ｅ＋００ ７．４６Ｅ－０３ ０．００Ｅ＋００ ７．４６Ｅ－０３ ０．００ １００．００ ０．００ＺＫ１３０２－３ ２．８４０ ６．９２ ３．９０Ｅ－０５ ４．８７Ｅ－０３ ０．００Ｅ＋００ ４．９１Ｅ－０３ ０．７９ ９９．２１ ０．００ＺＫ１３０２－４ ３．６３３ １０．３４ ０．００Ｅ＋００ ８．０４Ｅ－０３ １．３５Ｅ－０３ ９．３９Ｅ－０３ ０．００ ８５．５９ １４．４１ＺＫ１３０３－４ ６．４３９ ７．１１ ０．００Ｅ＋００ １．０３Ｅ－０２ １．１２Ｅ－０３ １．１４Ｅ－０２ ０．００ ９０．２１ ９．７９ＺＫ１３０３－６ ３．９３６ ６．１１ ５．３６Ｅ－０５ ５．９７Ｅ－０３ ０．００Ｅ＋００ ６．０２Ｅ－０３ ０．８９ ９９．１１ ０．００ＺＫ１３０３－９ ５．１９２ ３．６９ １．１９Ｅ－０４ ４．６７Ｅ－０３ ０．００Ｅ＋００ ４．７９Ｅ－０３ ２．４８ ９７．５２ ０．００ＺＫ１１－５－
４ ３．４９３
７．７７
０．００Ｅ＋００ ５．９４Ｅ－０３ ８．４３Ｅ－０４ ６．７８Ｅ－０３ ０．００ ８７．５７ １
２．４３
１７４ 付娟娟，郭少斌，高全芳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ
Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１６，２３（２）ｈｔｔｐ
：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ 地学前缘，２０１６，２３（２）图７ 页岩氮气吸附法孔径分布曲线
Ｆｉｇ．７ Ｐｏｒｅ ｓｉｚｅ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｓｈａｌｅｓ ｆｒｏｍ ｎｉｔｒｏｇｅｎ ａｄｓｏｒｐ
ｔｉｏｎ５ 结论
（１）沁水盆地页岩储层埋藏整体较浅，地层压力小，游离气较为容易散失，是页岩气的保存的不利方面。
（２
）沁水地区有机质含量高，热成熟度高，具备有利的生烃条件。
（３
）沁水地区页岩储层以黏土矿物为主，平均含量为５７．５％，石英、长石次之，平均含量为４１．３％。具有较高的脆性矿物含量，有利于储层的压裂改造。
（４
）沁水地区页岩储集空间类型多样，以粒间孔和晶间孔为主的矿物基质孔和微裂缝较为发育，有机质孔相对不发育。受各类黏土矿物含量和后期压实等作用影响，矿物孔隙形态各异，孔隙大小为μｍ－
ｎｍ级。
付娟娟，郭少斌，高全芳，等／地学前缘（Ｅａｒｔｈ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｆｒｏｎｔｉｅｒｓ）２０１６，２３（２） １７５
ｈｔｔｐ
：／／ｗｗｗ．ｅａｒｔｈｓｃｉｅｎｃｅｆｒｏｎｔｉｅｒｓ．ｎｅｔ．ｃｎ 地学前缘，２０１６，２３（２）（５
）页岩储层具有较大的比表面积，主要分布在２．８４～６．４４ｍ２／ｇ，平均值为４．２６ｍ２／ｇ
，孔径分布在３．６４～１０．３４ｎｍ，平均为７．１９ｎｍ。从孔隙结构上看，孔径分布主峰位于３．９８ｎｍ附近，以中孔隙发育为主。同时也在一定程度上发育了大孔隙，为页岩气的储集和吸附具有储存空间。
总体而言，沁水盆地上古生界页岩储层既具有生烃的物质基础，又具有丰富的页岩气吸附和储集空间，同时具备适合于后期压裂造缝的矿物组成，具有较大的勘探与开发潜力。参考文献
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，ｇ
ｅｎｅｓｉｓ，ａｎｄ ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ ｏｆ ｎａｎｏｍｅｔｅｒ－ｓｃａｌｅ ｐｏｒｅｓ ｉｎ ｓｉｌｉｃｅｏｕｓｍｕｄｓｔｏｎｅｓ ｏｆ ｔｈｅ Ｍｉｓｓｉｓｓｉｐｐｉａｎ Ｂａｒｎｅｔｔ Ｓｈａｌｅ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌＳｅｄｉｍｅｎｔａｒｙ
Ｒｅｓｅａｒｃｈ，２００９，７９：８４８－８６１．［２６］ Ｌｏｕｃｋｓ Ｒ Ｇ，Ｒｅｅｄ Ｒ Ｍ，Ｒｕｐｐｅｌ Ｓ Ｃ，ｅｔ ａｌ．Ｓｐｅｃｔｒｕｍ ｏｆ ｐ
ｏｒｅｔｙｐｅｓ ａｎｄ ｎｅｔｗｏｒｋｓ ｉｎ ｍｕｄｒｏｃｋｓ ａｎｄ ａ ｄｅｓｃｒｉｐｔｉｖｅ ｃｌａｓｓｉｆｉｃａ－ｔｉｏｎ ｆｏｒ ｍａｔｒｉｘ－ｒｅｌａｔｅｄ ｍｕｄｒｏｃｋ ｐｏｒｅｓ［Ｊ］．ＡＡＰＧ Ｂｕｌｌｅｔｉｎ，２０１２，９６：１０７１－
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ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ ａｎｄ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１１．
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—
文章编号:100020550(2006)0320387207 ①国家“973”计划项目“多种能源矿产共存成藏(矿)机理与富集分布规律”(编号2003CB214607)和国土资源部“十五”重大项目“鄂尔多斯盆地 地下水勘查”(专题号1212010331302ZT121)共同资助. 收稿日期:2005210224;收修改稿日期:2006202220 鄂尔多斯白垩系自流水盆地水文地质特征 与岩相古地理 ① 杨友运1 常文静1 侯光才2 王永和2 张蓬勃 1 (1.西安石油大学 西安 710065; 2.西安地质矿产研究所 西安 710054) 摘 要 鄂尔多斯白垩系盆地是一特大型自流水盆地,发育洛河、环河华池和罗汉洞三个含水岩组。通过分析早白垩世的盆地古构造、古地理、沉积环境和岩石特征、划分含水岩组沉积相类型,探讨沉积相与含水岩组发育分布规律以及含水性之间的关系,认为岩相古地理是控制含水岩组分布特征、含水性以及水质变化的重要因素,受其影响,在盆地边缘,含水岩组由多期冲积扇、河流和三角洲平原分流河道相砂砾岩和砂岩组成,不同沉积期次的砂砾岩层叠置,形成巨厚含水层,泥岩隔水层不发育,地下水循环系统性好,矿化度低;在盆内,洛河和罗汉洞组风成相砂岩,产状稳定、组份和结构成熟度高、易溶组份少,顶底板及边界隔挡岩性匹配合理,是最理想的含水岩组。环河华池组含水砂体,由三角洲水下分流河道以及滨湖滩坝相长石石英细砂岩组成,呈孤立透镜体状,含水性差,孔喉结构复杂,水溶蚀作用强,矿化度高;早白垩世形成的鄂尔多斯东西不对称湖盆结构既控制当时含水层的发育和分布,又是现今自流水盆地结构形成的基础。 关键词 鄂尔多斯 白垩系 自流水盆地 古地理 地下水 第一作者简介 杨友运 男 1961年出生 硕士 副教授 沉积学、石油地质及沉积盆地分析中图分类号 P512.2 文献标识码 A 鄂尔多斯盆地白垩系地下含水系统是目前世界上仅次于澳大利亚大自流盆地的又一特大型自流水 盆地[1] ,盆地含水岩组的岩性分布规律,水资源量、水化学以及循环运动状态与早白垩世时盆地沉积环境、成岩作用、岩相古地理以及含水岩组岩层的沉积特征密切相关。然而长期以来,由于白垩系地层没有发现重要能源和其它矿产资源,所以与地下水勘查有关的研究成果很少。加之早白垩世时,盆地外围区域构造和古地理背景复杂,盆内地层分布范围广、层系厚度大,沉积相类型多,岩性组份、岩相组合及层序变化复杂,致使人们至今对盆地的形态、水文地质结构特征、含水岩组的发育特征、地下水矿化度成因及分布规律认识不清,这不仅影响了对盆地内含水层沉积范围和特征的系统了解,更重要的是制约了对白垩系地下水资源的正确评价和认识。基于此,本文试图通过盆地沉积环境、岩性、沉积相古地理变化和砂体展布等特征进行系统分析,研究含水层、隔层以及顶底板的分布与组合规律,探讨岩相古地理演化与地下水质之间的关系,进而为查明白垩系地下水赋存运动状 态,正确评价水资源奠定坚实的地质理论基础。 1 地层发育特征及主要含水岩组沉积 相 1.1 地层格架及含水岩组划分 鄂尔多斯自流水盆地地层由白垩系下统组成,分布范围西起桌子山—贺兰山—六盘山,东以清水河—榆林—延安—宜君为界,北抵杭锦旗—东胜一线,南 到渭北的陇县—千阳—彬县—铜川[2] ,面积约13×104k m 2。根据研究区岩石地层划分方案[4,5],并依据区域性沉积间断面、沉积相突变面以及韵律旋回等标志,自下而上可分为洛河组、环河华池组、罗汉洞组和泾川组六个岩石地层单位(图1),其中洛河组、环河华池组、罗汉洞组是鄂尔多斯白垩系自流水盆地系统中的三个主要含水岩组。在层序剖面上它们形成两个沉积旋回:下旋回由洛河组下段“宜君砾岩”—洛河上段风成砂岩—环河华池组湖相及三角洲砂泥岩组成;上旋回由罗汉洞组砂岩—泾川组湖相杂色砂泥岩以及泥灰岩组成。区域上受沉积环境影响,下旋回 第24卷 第3期2006年6月沉积学报 ACT A SE D I M E NT OLOGI CA SI N I C A Vol .24 No 13 June 2006
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陶系中统峰峰组(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。
第二章水文地质测绘 水文地质测绘（水文地质填图）––––是以地面调查为主，对地下水和与其相关的各种现象进行现场观察、描述、测量、编录和制图的一项综合性工作（一种调查手段）。 目的：为地区规划或专门性生产建设提供水文地质依据。 提交成果：图件––––水文地质图；报告––––水文地质测绘报告等。 水文地质测绘是水文地质调查的基础，在水文地质普查阶段，主要是进行水文地质测绘，在勘探阶段，测绘则是退居次要地位。 通常在相同比例尺的地质图上填水文地质图。 若没有地质底图，则要同时进行地质图，水文地质图的填图，这时称为综合性地质—水文地质测绘。此种测绘所用的地形底图比例尺，一般要求比最终成果图的比例尺大一倍。 §1 水文地质测绘的任务 一、水文地质测绘的主要任务 水文地质测绘的主要任务是解决下列问题： （1）测区内地下水的基本类型及各类型地下水的分布状态、相互联系情况； （2）测区内的主要含水层、含水带及其埋藏条件；隔水层的特征与分布； （3）地下水的补给、径流、排泄条件； （4）概略评价各含水层的富水性、区域地下水资源量和水化学特征及其动态变化规律；（5）各种构造的水文地质特征； （6）论证与地下水有关的环境地质问题。 二、水文地质测绘的主要内容 为完成上述任务，水文地质测绘一般应包括下述调查内容： （1）基岩地质调查； （2）地貌及第四纪地质调查； （3）地下水露头的调查； （4）地表水体的调查； （5）地表植物（即地下水的指示植物）的调查； （6）与地下水有关的环境地质状况的调查。 也就是说，水文地质测绘是综合性的调查研究工作。 三、水文地质测绘的主要成果 水文地质测绘的成果主要有：①水文地质图（包括具代表性的水文地质剖面）；②水文
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
海拉尔盆地得尔布煤田区域水文地质特征分析 得尔布煤田位于额尔古纳市境内，属于海拉尔盆地群中的次级凹陷盆地，盆地平面发育范围近400km2，赋煤层位为白垩系大磨拐河组地层，煤质为呼伦贝尔地区较为奇缺的长焰煤，现查明煤田煤炭资源储量6.2亿吨，预计整个得尔布煤田煤炭资源储量达20亿吨。文章以近几年来得尔布煤田的勘查资料为基础，通过分析研究，对得尔布煤田区域水文地质特征进行详细的分析。 标签：海拉尔盆地；得尔布煤田；水文地质 得尔布煤田位于根河和得尔布干河河谷冲积平原及高平原之上，南、北、东三面环山，为地势较高的低山丘陵区，盆地中部地形较为平缓，为一呈北东向的狭长盆地，以侏罗系上统白音高老组为基底，发育有白垩系下统大磨拐河组含煤地层。盆地内有根河及得尔布干河自东向西流过，盆地内地面高程518-650m之间，外围高程在650-812m之间。由于构造形态、地貌条件的影响，为地表水及地下水的汇集、赋存与排泄创造了有利条件。 1 地形地貌 本区属大兴安岭西坡的低山丘陵区，地势南、北、东三面环山，向西开口，中间为较为开阔的河漫滩。海拨高程最高812m ，最低518m，相对高差294m。根据区内地貌成因类型及形态特征划分为三个地貌单元。 1.1 构造剥蚀地形 该地貌分布在本区外围地势较高的中低山区，由于缓慢上升和强烈的剥蚀形成的中低山地形，标高570-812m，沟谷较为发育，山间沟谷呈“U”字型，山顶呈馒头状，地形起伏不平，上部较陡，下部较缓，大部分被第四系堆积物所覆盖，山顶部见基岩出露。 1.2 侵蚀堆积地形 一部分为由于周围山谷洪流、洪积作用和山坡面流坡积作用形成的山间凹地地形，分布在山角及群山之间，形成山间凹地及坡积裙，标高520-600m，地形起伏较缓；另一部分为由于长期风积作用形成的山前倾斜平原地形，分布在得尔布干河及根河南岸，地势由与河漫滩分界处向残积低山山脚缓慢升高。 1.3 堆积地形 由于根河、得尔布干河及哈乌鲁河冲积、洪积作用形成的河漫滩，河漫滩地形，宽度1-15km，漫滩中河流弯曲不直，有牛轭湖、水泡子和沼泽湿地分布，生长有茂盛的喜水性植物。河漫滩沿河流两岸分布，地势平坦，海拔高程518-550m，漫滩后缘呈陡坎，高差3-18m，局部界限不明显。
山西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，行政区划隶属于山西省晋城市，包括晋城、高平、沁水、阳城等县市。区内地形为丘陵山地，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。区内低缓、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陶系中统峰峰组(O2f)、上古生界石炭系中统本溪组(C2b)、上统太原组(C3t)、二叠系下统山西组(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太原组和二叠系下统山西组，在盆地内广泛分布，是本区煤层气勘探主要目的层。 山西组：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，为山西组主要煤层。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。 太原组：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。 3.1K1砂岩。 为本溪组与太原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。
沁水煤层气开采与集输 孙建梅 概要：对沁水煤层气的地质、开采、集输做一分析，集各家之所长，对现状做一总结。 一、煤层气储量 沁水盆地总面积2.7万平方公里，煤层气总资源量为 3.97万亿立方米，占全国总量的10.8%，其中1000米以 浅的煤层气资源量为1.9万亿立方米。 二、沁水地区的地质及煤层结构 沁水盆地为中生代末形成的构造盆地：元古界、太古界为盆地基底；古生界、中生界组成盆地的构造层，包括震旦系，寒武系，奥陶系，上石炭统，二叠系，三叠系及局部残存的侏罗系；新生界不整合覆盖于盆地之上。盆地最深处奥陶系顶面深约2500米。 沁水盆地东为太行隆起，西为吕梁山隆起，南有中条山隆起，北有五台山隆起。构造面貌整体为一近南北向大型复式向斜，地质构造相对比较简单，仅在盆地边缘发育一些较大规模的断裂，断裂以北东、北北东和北东东向高角度正断层为主，内部以刺激褶皱为主。
沁水盆地的石炭——二叠系含煤层11-20层，其中可采煤层3-8层。全区稳定发育的可采煤层为太原组的15号煤层及山西组的3号煤层，煤层的总厚度大多在5米以上，煤层的变化总体趋势西薄东厚、南薄北厚。在盆地南北两端由于受岩浆活动影响煤阶为无烟煤和贫煤。
三、煤层气存在的状态 煤层气俗称“瓦斯”，它是一种混合气体，它的主要成分是甲烷，占瓦斯体积的90%左右，此外瓦斯中还含有少量的二氧化碳、氮气、乙烷及微量的其他气体。（甲烷完全燃烧生成二氧化碳和水，不完全燃烧会产生有毒的一氧化碳。） 煤层气是非常规天然气，常规天然气主要以游离气存在于砂岩为主要储集层的孔隙或裂隙中，而煤层气主要90%以上是以吸附状态附着于煤的内表面上，只有少量的
内蒙古自治区赤峰市乌克盆地水文地质特征浅析 摘要；乌克盆地位于内蒙古自治区赤峰市，盆地内赋存第四系松散岩类孔隙水和第三系碎屑岩类孔隙裂隙水，本文主要通过对盆地的地质概况、水文地质特征分析，为以后的找水工作提供依据。 关键词 乌克盆地水文地质特征含水层特征富水性分析 Abstract:The Wukependi is located in Chifeng city in Inner Mongolia autonomous region, the occurrence of 4 basins in loose rocks of pore water and tertiary clastic rock class pore fracture water, this paper mainly through the basin of geological information, hydrogeological characteristics analysis, for the following for water to provide the basis. Key words: basin, hydrological geology characteristics of aquifer feature rich water analysis 正文 一、自然地理概况 乌克盆地位于赤峰市百灵庙镇南部乌克忽洞镇，地势总体上南高-北低，海拔为1428～1702m，相对高差270m。北部塔苏日阿以东一带地形最低，海拔高度为1428m，东南部的东毛忽洞一带地形最高，海拔高度为1702m。四周为起伏不平的丘陵地形，丘陵区内发育有冲沟，中间为盆地，地势较为平坦，由南向北地势渐低，海拔高度1428—1608m。 二、地质概况 1、下元古界二道洼群（Pter） 岩石类型为：黑云母角闪斜长片麻岩、混合岩化斜长角闪片麻岩、二云片岩、混合岩、长石石英岩，多呈绿色、灰绿色，黑色矿物定向排列明显，片麻状构造，花岗变晶结构。其厚度大于2000m，下线不清。 2、第三系上新统（N2） 据前人资料和本次施工的钻孔中均有揭露。地层岩性上部为红色、棕黄色、
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
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）
第四节水文地质、工程地质特征 一、水文地质特征 海南岛赋存有松散岩类孔隙潜水、松散－半固结岩类孔隙承压水、火山岩孔洞裂隙水、碳酸岩类溶洞水和基岩裂隙水等五大类（图2－9）。 （一）松散岩类孔隙潜水 主要分布于海南岛四周沿海沙堤沙地、滨海平原和南渡江、万泉河、昌化江、陵水河、宁远河、望楼河等主要河流中下游河流阶地和出海口地区，分布范围广。含水层岩性主要为粉细砂、中粗砂、含砾粗砂、粉砂等，含水层厚度、渗透性、富水性等变化较大。 （二）松散－半固结岩类孔隙承压水 主要分布于琼北承压水盆地和琼西南承压水盆地（斜地）。琼北承压水盆地分布于王五－文教断裂以北、东寨港以西的琼北地区，自上而下分布有8个含水层，岩性为贝壳碎屑岩、贝壳砂砾岩、粉细砂、中粗砂等；各个含水层的水质、富水性变化较大；第1、2、3承压水为常温水，是优质的矿泉水和生活饮用水；第5、6、7、8层承压水是低温热水。琼西南承压水盆地（斜地）主要包括莺歌海－九所自流盆地、崖城自流盆地、三亚自流盆地、藤桥－林旺自流盆地，不同承压水盆地的含水层个数不同，一般为4－5个，含水层岩性为粉细砂、细砂、中粗砂、含砾粗砂等，含水层厚度、富水性变化较大。
图2－9 海南岛水文地质简图 （三）火山岩类裂隙孔洞水 主要分布于海南岛北部第四纪火山岩，含水层岩性以微孔状、气孔状玄武岩为主，凝灰岩、集块岩、火山角砾岩次之。 （四）碳酸岩类裂隙溶洞水 零星分布于儋州市的八一农场、兰洋农场，三亚的大茅、红花，昌江石碌、王下，东方江边等地。三亚大茅、红花凹谷等地为第四系覆盖，其它地区出露于地表。 （五）基岩裂隙水 分布于海南岛中部山地丘陵区，根据岩类成因与水文地质条件不同，可分为红层（局部层间）裂隙水、层状岩类（网状层状）裂隙水、块状岩类（网状脉状）裂隙水。 二、工程地质特征 （一）岩体工程地质
关于沁水县煤层气产业发展情况的调研与思考 2011-08-09 10:40:36 张号 一、基本情况 沁水县地处沁水煤田腹地，是我国煤层气资源最为富集的地区。据全国煤层气资源评价结果，截至2007年底，沁水煤田煤层气地质资源量约为3.95万亿立方米，资源丰度为1.46亿立方米/平方公里，甲烷含量达95%左右，发热量达8000大卡/立方米。其中，沁水县境内煤层气资源量为5000亿立方米，占沁水煤田煤层气资源量的12.7%，占全省煤层气资源量的5%。 （一）抽采企业情况 在我县区域内共有煤层气抽采企业5家，登记煤层气区块5个（分别是：郑庄区块、樊庄区块、潘庄区块、枣园区块、柿庄南区块），面积1493.2平方公里，已施工煤层气抽采井2256口，投入运行井1565口，2009年产气量12.13亿方，预计2010年底建设产能30亿方，产量20亿方。其中: （1）中石油公司在我县范围内勘查面积955平方公里，已施工抽采井938口，
投产运行井617口，年生产能力达2.1亿方。（2）中联公司在我县范围内勘查面积538.2平方公里，已施工抽采井322口，投产运行井205口，年生产能力达1.35亿方。（3）亚美公司和中联公司合作，在其合同区域范围施工抽采井13口，投产运行井6口（均为高产水平井），年生产能力达5500万方。（4）格瑞克公司和中联公司合作，在其合同区域范围已施工抽采井69口，投产运行井57口，年生产能力达1300万方。（5）蓝焰公司现已施工抽采井2000余口，排采运行井数1037口（其中在我县范围内施工914口，投产运行井680口），年生产能力达8亿方。 （二）加工转化企业情况 我县共有煤层气加工转化企业5家，其中：压缩煤层气企业2家，压缩规模达到日处理能力10万方；液化煤层气企业3家，日处理煤层气90万方。另外，中联公司自建压缩站压缩能力30万方/日，蓝焰公司自建压缩站压缩能力25万方/日。 正在建设的项目有：山西能源投资控股有限公司的100万方/日煤层气液化项目。 列入“十二五”规划的煤层气项目有：山西易高煤层气有限公司二期65万方/日煤层气液化项目、山西沁水顺泰能源发展有限公司煤层气液化技改项目（50万方/日）、南京中油恒燃石油燃气股份有限50万方/日煤