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
施了为期6个月的排采试验,日产气量最高为860m 3,一般为500m 3左右。通过以上工作我们获得了该地区包括构造、地层,煤储层及煤层气生产特性等十分精细的地质信息和各项数据。通过体积法计算的煤层气资源量为402 93亿m 3,根据地质类比法估算的资源量更高,可达473 16亿m 3,这是因为类比参照区的勘探程度高、资料丰富、部分参数略好于本区。
1 构造发育特征
沁水盆地位于华北地台中部,是介于太行山和
吕梁山之间的一个近南北走向的构造盆地。该盆地先后经历了印支期、燕山期和喜山期构造运动,褶皱、断裂构造均较为发育,构造线多为NE-NNE 走向。柿庄北地区位于沁水盆地中南部,构造位置靠近盆地东南翼,地层展布总体平缓,倾向NWW 。煤层埋深自东向西逐渐加大,深度范围一般在800~1600m 。构造以走向NNE 的褶皱和断裂为主,总体表现为简单平缓的低幅度褶曲和走向延伸不大的正断层。
研究区范围的现今构造主要为燕山期和喜山运动的产物。燕山期:本区处于弱拉张与强挤压交替的应力状态,主要表现为NW-SE 方向的近水平应力场,华北板块南北边缘的两条造山带再次经受造山作用,我国东部的构造发展逐步置于太平洋板块的控制之下,区域上产生了指向NW-NWW 方向的水平挤压应力,本区在水平挤压应力的作用下,
伴随着地壳褶皱抬升而形成NNE 向次级短轴波状褶皱。喜山期:在以NW-SE 拉张应力的作用下,本区沿着已有的裂隙面断裂构造得到进一步发展,形成了本区以NE 向正断层为主的构造轮廓。根据地震地质解释成果,本区发育一组走向NNE 的规模不等的短轴褶曲构造,大断层相对不发育且无逆断层,断层落差一般小于50m 。地层倾角一般小于6 ,局部受构造影响最高可达15 。
本区石炭-二叠系含煤地层沉积稳定,岩性组合及地球物理特征明显,标志层及煤层与其上、下岩层的物性差异较大,因此沉积界面具有较强的波阻抗。
在浅部二叠系及三叠系非煤系地层中,厚度较大的砂岩也能产生较为明显的反射波,如上石盒子底部K 10砂岩,上石盒子组K 12砂岩、K 14砂岩等,它们的共同特点是反射强度及连续性变化频繁,极不稳定,反映出河道砂摇摆不定的沉积相变特征。
地震勘探结果表明(图1);本区地质构造以褶曲为主,断裂系统不发育,偶见陷落柱,总体表现为一个西倾的单斜构造。影响全区煤层形态的主要构造是位于区块中央并纵贯南北的一个向斜构造,其轴向NNE,幅度210m,两翼不对称。以此向斜为界,向斜西翼地层及构造较复杂,在以西1km 条带内地层倾角较大,最大可达15 ,低幅度褶曲及断层发育,煤层起伏较大。向斜东翼构造简单,倾角较小,呈SE 向缓慢抬升,仅有局部的小幅度起伏,倾角一般小于5
。
图1 柿庄北地区地震勘探成果图
3#煤层底板标高最大约为350m,位于本区东南角,最小标高约为-350m,位于区内中央向斜的核部,煤层主要是NWW 倾,埋深随煤层倾向总体呈变深趋势,最浅约830m,最深达1600m 以上,
地表标高的变化对煤层埋深的影响也比较明显。
15#煤层底板标高最大约为250m,亦位于本区的东南部,最小标高约为-540m,位于区内中央向斜的核部,煤层主要是NWW 倾向,埋深随煤层
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中国煤层气
第5期
倾向总体呈变深趋势,局部达1700m 以上。15#
煤层位于3#煤层下部90~110m 范围,形态与3#煤层基本一致,且层间距变化不大。
由于本区地质构造简单,因此依据地震资料对褶曲和断层等常规构造,以及非常规构造陷落柱等的识别并不复杂。
对于褶曲和断层的识别主要依据同相轴的变化来确定。基于时间剖面在资料处理时均已校正到了同一基准面上,一般情况下,地震时间剖面上反射波的起伏形态基本上可以定性地反映出地层的起伏形态。同相轴拱起则表示背斜,同相轴下凹则表示向斜。对于断层的识别则视断点落差的不同而表现出不同的地震反射特征。落差比较大的断层表现为典型的反射波同相轴错断,落差比较小的断层,尤其是落差小于半个波长的断层,则一般表现为反射波同相轴扭曲、振幅突变等。
陷落柱作为一种特殊地质体决定了它在地震剖面上表现形式的特殊性。较大陷落柱在水平叠加剖面上的表现特征为:反射波同相轴在小范围内消失或错断,并伴生一些小断层,在陷落点处产生绕射波及延迟绕射波,错断点之间波形较杂乱,在柱顶处,可产生柱顶绕射波。直径较小的陷落柱主要表现为在水平叠加剖面上同相轴能量变弱以及延迟绕射波的出现。陷落柱是在一定的地质及水动力条件下,可溶性岩石溶解形成了空洞,致使上覆沉积地层向下塌陷而形成的一种特殊地质构造。
本区大断层不发育,共识别断点37个,其中落差介于10~50m 的断层只有6个,断层多发育于褶曲的翼部。全区解释褶曲27个,背斜13个,向斜14个,其中构造幅度大于等于100m 的有6个。控制本区构造形态的是位于中部贯穿南北的中央向斜,其西侧有一个8km 左右宽的台地,
台地上向、
图2 柿庄北地区X 2井实钻地层剖面
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第5期 山西沁水盆地柿庄北地区煤层气潜力
背斜相间出现,东侧则为一宽缓的单斜,并在此背景上发育有次一级的小型褶曲。构造走向基本以NE、NNE为主。靠近区块南边,在中央向斜两侧各发育有一个幅度较大的褶曲构造(图2),西部为NEE走向的短轴向斜,东部为NW-SE走向的背斜。在本区所有地震测线上共发现5个陷落柱,主要分布在中央向斜的东、西两侧。陷落柱的出现使煤层的连续性受到破坏,使水文地质条件复杂化,对煤层气的富集也会产生负面影响。
本区煤层埋深总体由东向西变深,中部受褶皱影响有较大变化。控煤构造的富气性,取决于构造的渗透性和封闭性,区内主要构造形迹以褶曲为主,断裂和陷落柱并不发育,所以有利于煤层气的富集和保存。
2 地层发育特征
研究区的地理范围在北纬35 58 00 ~36 02 30 之间。如果按照北纬35 线为界[4],本区在地层区划上刚好位于中、南华北地层分区的交界处,两区岩石特征的差异主要表现在石盒子组地层。中区的石盒子组地层为河流、三角洲相沉积,一般不含煤,而南区的石盒子组为三角洲和多重障壁体系域,含多层可采煤层。本区的地层发育特征基本符合中华北地层分区的特点,煤系地层的发育特征是本文论述的重点,地层划分见图2。
在华北聚煤区范围内依据岩性组合及含煤性,通常把石炭系太原组地层划分为三个岩性段,即晋祠段、毛儿沟段和东大窑段。把二叠系山西组地层划分为两个岩性段,即北岔沟段和下石村段。在沁水盆地的生产实践中,太原西山标准剖面是地层划分的主要依据,但本区石炭-二叠系煤系地层岩性组合及煤层发育特征与西山剖面还是存在一定的差异。本文不做岩性亚段细分,仅根据区域性的重要标志层将K0(相当于畔沟灰岩)标志层至K5(相当于东大窑灰岩)标志层之间的一套由灰岩、碎屑岩及煤层组成的海相多旋回台地及障壁体系交替复合沉积的地层划分为太原组。将K7(相当于北岔沟砂岩)标志层至K8(相当于骆驼脖子砂岩)标志层之间的一套由砂岩、暗色泥岩及煤层互层组成的河流-三角洲相及湖泊-沼泽相沉积地层划分为山西组(图3)。
(1)中石炭统本溪组C2b
本区本溪组地层平行不整合覆于中奥陶统峰峰组(O2f)深灰色灰岩之上,是以下古生界侵蚀面为基底,沉积的第一套上古生界海相砂、泥岩地层层序,局部夹灰岩沉积,顶界为畔沟灰岩(K0)。本区煤层气钻井揭露的本溪组地层厚度为12~ 16m。
本溪组下部地层为深灰色铝土质泥岩,向上由灰黑色泥岩及粉砂岩互层组成。粉砂岩为灰黑色,厚层状,具有黄铁矿结核,裂隙发育,方解石及泥质充填。本溪组上部地层为深灰色灰岩和灰黑色泥岩、砂质泥岩组成,含植物化石。K0灰岩可以作为进入本溪组地层的标志层,岩性为深灰色,中厚-薄片状,隐晶质结构,含方解石脉,具少量黄铁矿结核,不规则裂隙发育,泥质及方解石充填,硅质半充填。尽管岩石特征明显,且分布较稳定,但由于厚度较薄,电性特征不明显,局部甚至缺失,如北部的X4井区。
(2)上石炭统太原组C3t
太原组地层是在本溪组地层基础上形成的一套海相滨岸-潮坪及泻湖等障壁体系域沉积层序,主要由灰-浅灰色砂岩、深灰色粉砂岩、砂质泥岩、黑色泥岩、煤和深灰色灰岩组成。含灰岩5~6层,煤10余层,其中可采和局部可采煤层2~3层。太原组地层厚度在本区分布稳定,钻井揭露为91~ 112m。
太原组下部地层主要由深灰色细-粉砂岩,灰黑色泥岩和煤层组成,具黄铁矿结核和丰富的动、植物化石。局部夹有灰岩薄层,深灰色,致密坚硬,应该与太原西山地区的 吴家峪灰岩 相当,一般不足1m。太原组底砂岩晋祠砂岩(K1)在本区不发育,取而代之的是泥岩和粉砂质泥岩互层,呈黑-深灰色薄层状,水平纹理发育,裂隙发育,岩芯破碎。电性曲线表现为低电阻率,高自然电位及高自然伽玛尖峰的特点,一般高于150API。本区15#煤层发育,厚度为2 15~6 75m,黑色块状,中部为粉末状,具多层夹矸,组分以半亮煤-半暗型煤为主,镜煤次之,金属光泽,垂直裂隙发育,位于本段顶部,有时包含14#煤层。电性特征表现为低伽玛,低密度和高电阻率曲线。
太原组中、上部地层主要由泥质灰岩-灰岩、泥岩、泥质粉砂岩和薄煤层互层组成。泥岩为黑色薄层状,含腕足类化石、少量黄铁矿和白云母碎
6中国煤层气 第5期
片,岩芯破碎,裂隙发育,钙质充填。粉砂岩亦为灰黑色薄层状,具平行层理,泥质含量较高。这种砂、泥岩薄层间互的岩性组合在电性特征上表现为锯齿状中高伽玛曲线和高自然电位及中高电阻率的特点。K2、K3、K4、K5等灰岩标志层在本区十分发育,单层厚度可达3~8m,为灰-深灰色,中厚层状。下部灰岩(K2-K3)为泥晶结构,含丰富的生物碎屑,裂隙发育,相当于 庙沟灰岩-毛儿沟灰岩 。中部灰岩(K4,斜道灰岩)为深灰色生物碎屑灰岩,质纯,隐晶质结构,含方解石脉,向上含少量黄铁矿,具裂隙,钙质充填。顶部K5灰岩为灰-深灰色含生物碎屑微晶灰岩,含腕足类化石,偶见陆源碎屑混入物,因此将该灰岩顶作为太原组和上覆地层山西组的地层分界。灰岩标志层的电性特征十分明显,表现为箱状的高电阻和低伽玛特点,横向分布稳定,可以作为进入太原组的标志地层。
(3)下二叠统山西组P1s
进入二叠纪,本区海水逐渐退出。山西组是在太原组海相地层层序之上沉积的一套海陆交互相、水下分流河道、三角洲平原和湖泊-沼泽相含煤地层,主要由灰-浅灰色砂岩,灰黑色粉砂岩,灰黑色-黑色泥岩和煤层组成,含煤3~4层,地层厚度稳定,钻井揭露为56~59m,底部以K7细砂岩为标志层与下伏太原组整合接触,局部冲刷接触。
山西组下部地层主要由一套薄-中厚层状细砂岩,泥质粉砂岩,泥岩和煤层组成。表现为碎屑颗粒由粗到细,最后到煤的沉积旋特征。底部K7标志层为粉-细砂岩,灰-灰白色,成分以石英为主,长石次之,颗粒呈次棱角状,分选中等,含少量暗色矿物,泥质胶结。电测曲线以低伽玛,低自然电位和高电阻率为显著特征。顶部3#煤层全区发育稳定,厚度为5 65~6 6m,黑色块状,含薄层夹矸1~2层,组分以亮煤-镜煤为主,少量暗煤,玻璃-半金属光泽,较硬,具垂直节理,阶梯状断口,有黄铁矿斑点。电性特征表现为明显的低伽玛,低密度,较低的自然电位和高电阻率曲线特征。
山西组上部地层由黑色炭质泥岩、砂质泥岩、灰色砂、泥岩、泥质粉砂岩及煤线互层组成。泥岩中常夹有砂质条带,微裂隙发育,方解石充填,具斜层理,断口较平,见植物茎化石,具滑面,岩芯破碎。炭质泥岩质较纯,炭质均匀分布,较硬,吸水性、可塑性差,污手,底见少量的煤屑,岩芯出筒时破碎较严重。浅灰色细砂岩,成份以石英为主、长石次之,颗粒呈次磨圆-棱角状,分选较好-中等,见少量白云母碎片,偶见暗色矿物,致密,泥质胶结,具斜层理构造,垂直裂隙发育,方解石充填。薄煤层,厚度小于0 5m,黑色块状,阶梯状断口,平滑,内生裂隙较发育,亮煤为主夹少量镜煤,玻璃-半金属光泽,较硬,染手。本段电性曲线总体平缓,自然伽玛值较高,从山西组3#煤层到石盒子组底砂岩骆驼脖子砂岩(K8)之间,在本区包含了两个小的沉积旋,钻井揭露的沉积地层厚度为20~30m。
二叠纪中、晚期以后本区不再遭受海侵,并以K8(骆驼脖子砂岩)标志层为底界,全面进入陆相沉积环境。K8标志层为浅灰色细砂岩,成分以石英为主,长石次之,颗粒呈次棱角-棱角状,分选中等,偶见暗色矿物及白云母,泥质胶结,岩性致密。
表1 柿庄北地区煤层气井主要目的煤层基本数据表
井号
3#煤15#煤
起止深度(m)厚度(m)煤层结构起止深度(m)厚度(m)煤层结构
X1923 45~929 506 056 051035 85~1042 606 753 15(1 00)2 60 X21067 60~1074 26 603 00(0 10)1 50(0 35)1 651189 90~1192 153 25
X4761 05~766 705 655 65853 95~856 102 152 15
3 煤储层及煤层气资源量
(1)煤层、顶底板及煤岩特征
山西组3#煤层地震解释煤层厚度在4~6m左右,平均厚5 82m。钻井揭露厚度为5 65~6 6m (表1),一般含1~2层夹矸。顶板主要由泥岩、粉砂岩、粉砂质泥岩等致密岩层组成,局部为细、中粒砂岩,垂直裂隙发育,方解石充填。底板多为
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第5期 山西沁水盆地柿庄北地区煤层气潜力
泥岩和粉砂岩。3#煤层镜质组含量74 9%~ 77 9%,平均76 4%,惰质组含量22 4%~ 25 1%,平均23 75%,壳质组含量甚微,无机组分含量为16 0%~22 5%,平均19 25%。X1井3#煤取芯样品实验室分析结果表明,其宏观煤岩类型以暗煤为主,次为亮煤(这与前述钻井取芯的表观描述有较大出入),颜色及条纹为黑灰色,光泽暗淡,中、上部煤样间夹镜煤线理条带,呈碎块-柱状,断口多为参差状、棱角状,外生裂隙不发育,内生裂隙5~8条/5cm,下部呈粉末状,无法看到裂隙。
太原组15#煤层地震解释煤层厚度在4~6 6m 之间变化,平均厚5 3m。钻井揭露厚度为2 15~ 6 75m,分布稳定,含多层夹矸,因含硫较高,俗称 臭煤 。煤层的伪顶多为薄层碳质泥岩、泥岩与含钙泥岩,K2灰岩常为其直接顶板。底板主要为泥岩、碳质泥岩。15#煤层镜质组含量62 4%~ 77 3%,平均71 85%,惰质组含量22 7%~ 37 6%,平均30 5%,壳质组含量甚微,无机物含量14 3%~15 7%,平均15%。样品分析表明15#煤的颜色为黑灰色,光泽较暗淡,以暗煤为主,次为亮煤,煤样呈粉末状、碎块状和柱状,断口参差状,内生裂隙5~10条/5cm。
3#煤和15#煤的煤质特征在空间上的变化规律不明显,均属于中-低灰份、低挥发份及高固定碳煤,原煤灰份分别为3#:8 7%~11 15%,15#:
9 74%~12 59%。干燥无灰基挥发份分别为3#:
10 44%~25 06%,15#:11 15%~21 01%。固定碳含量分别为3#:66 87%~81 77%,15#: 69 05%~80 13%。根据X1井煤样化验结果,煤层的真密度分别为3#:1 46~1 47c m,15#:1 46 ~1 50c m。视密度为3#:1 39~1 40c m,15#: 1 39~1 40cm。根据真密度和视密度值换算的煤孔隙度分别为3#:4 76%~4 79%,15#:4 67%~ 4 79%。煤变质程度高,为无烟煤阶段,Ro值分别为3#:2 63%~2 74%,15#:2 62%~2 69%之间。
本区水文地质条件简单,地下水径流缓慢,趋于并靠近滞流带,有利于煤层气的保存。测井解释X1井3#煤层顶板为泥岩,厚度1 05m,含水性弱,渗透性差;底板为泥岩,厚度1 50m。中厚层状,含水性弱,渗透性差。15#煤层顶板为泥质砂岩,厚度2 90m,含水性弱,渗透性差;底板为泥岩,厚度1 40m,含水性弱,渗透性差。
(2)煤储层、含气性及等温吸附特征
注入压降测试结果表明:X2井3#煤层储层渗透率为0 46md,储层压力为6 14MPa,煤层埋深1070m,压力梯度为0 59MPa/100m,低于正常压力。15#煤储层压力为6 25MPa,压力梯度为0 44MPa/100m,亦表现为低压异常。较低的储层压力降低了本区煤储层的含气饱和度,并在一定程度上影响了煤层气井(如X1井)的排采效率。本区3#煤层平均储层温度为24 左右,15#煤层平均储层温度为27 左右。X2井3#煤层的埋深在本区已钻煤层气井中是最深的,其储层温度为31 1 ,地温梯度为2 9 /100m,相对周边地区属于正常-偏高的地温场,有利于煤层气的解吸,而且埋深弥补了地层能量不足。
煤解吸测试(图3)结果表明:X1井3#煤含气量为15 05~21 27m3/t,平均17 70m3/t(其中甲烷17 43m3/t)。15#煤含气量为10 63~13 56m3/t,平均11 97m3/t(其中甲烷11 81m3/t)。两组煤样的气体组分分析结果表明:气体成分中甲烷占比大于98 5%,氮气含量小于1 2%,二氧化碳和重烃加起来占比不足0 5%。X2井3#煤含气量为13 77 ~21 40m3/t,平均18 87m3/t;15#煤含气量为11 73~19 55m3/t,平均16 84m3/t。X4井3#煤含气量为6 46~19 41m3/t,平均11 07m3/t;15#煤含气量为4 48~11 19m3/t,平均8 23m3/t。总体来看本区含气量较高,且南部高于北部,3#煤层高于15#煤层,这与邻区柿庄南的情况相反[2]。
X1井煤取芯样品等温吸附实验结果表明:3#煤的原煤饱和吸附量(V L)为33 12m3/t,干燥无灰基的饱和吸附量为37 89m3/t。15#煤的原煤饱和吸附量(V L)为31 77m3/t,干燥无灰基的饱和吸附量为36 45m3/t,表明煤层具有比较强的储气能力,3#煤略好于15#煤。Langmuir压力中等,3#煤为2 17MPa,15#煤为2 03MPa,煤层气解吸条件尚好。从图4可以看出,X1井3#煤层的临界解吸压力高于15#煤层,为2 0MPa,含气饱和度为55%,具有较好的产气能力。15#煤层的临界解吸压力偏低,为1 1MPa,含气饱和度为41%,煤层气可采性比3#煤差。本区煤储层的含气饱和度总
8中国煤层气 第5期
体不高,这可能是受本区早期煤层抬升和后期张性构造作用,而导致煤层气散失的结果。尽管如此,本区实测煤层气含气量仍高于我国其他煤层气区块的平均水平。
(3)煤层气资源量
本文采用体积法和地质类比法计算了柿庄北区块煤层气资源量,计算结果分别为:402 93亿m 3和473 16亿m 3
。各项计算参数均来源于本区地震、钻井和分析测试的实际数据,地质类比参照区域为南部邻区的枣园储量区。体积法的计算结果小于类
比法是因为本区勘探程度相对较低,各项参数的选取趋于保守。同时也说明枣园储量区煤层气地质勘探程度高,资料丰富,部分参数优于本区。计算方法参照了雪佛龙公司的油气资源评估程序[5]
,主要计算参数包括:煤储层分布面积、煤层厚度、煤视密度和煤层气含气量,并按各项参数实测数据的分布特征,计算了三个级别可靠程度的煤层气资源量。计算结果分别为:P10:644 34亿m 3、P50:402 93亿m 3和P90:237 18亿m 3
。
图3 柿庄北地区X 1井煤样等温吸附曲线
4 结论
二维地震勘探和煤层气参数井的钻探结果为我们提供了丰富的第一手资料。综合地震、钻井、测井及煤岩样品的分析测试结果,柿庄北地区的煤层气估算资源量为402 93亿m 3,保守的估计也有237 18亿m 3。
石炭系太原组的15#煤和二叠系山西组的3#煤是本区煤层气的主要气源岩和储集层。原煤镜质组含量高,成熟度高,兰氏体积大,外生裂隙不发育,有利于煤层气的生成与保存。煤储层温度高、渗透率相对较大,内生裂隙发育,有利于煤层气的产出。
柿庄北地区构造简单,煤层厚度大,煤层气含气量高。调查了解煤层、煤岩及煤储层特征是估算该地区煤层气资源量的基础、也为评价煤层气开采潜力,制定施工方案提供了科学依据。调查结果表明,柿庄北地区极具煤层气商业开采潜力。
参 考 文 献
[1] 黄晓明等,沁水盆地煤层气国际合作区块勘探现状
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[2] 孙强等,沁水盆地南部柿庄南区块煤层气地质特征
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[5] Wenxiang Liu,Coalbed Methane Potential of the east Ord os
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(责任编辑 刘 馨)
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(3)定向井的井眼轨迹设计要综合考虑地质条件、地层特性、井身结构、目标点要求等因素,选择好造斜工具、钻具组合和造斜率等。从而改善摩阻和扭矩状况,准确控制井眼轨迹,提高井壁的稳定性;
(4)井眼净化对定向井十分关键。采取的办法
有:加大排量、改善泥浆性能、旋转方式钻进、提高转盘转速、加大搅拌和冲刷等。
参 考 文 献
[1] 陈庭根,管志川 钻井工程理论与技术[M ] 山
东:中国石油大学出版社,2000
(责任编辑 黄 岚)
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第5期 山西沁水盆地柿庄北地区煤层气潜力
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。
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
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。
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）
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
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
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