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课时作业(十三)地质构造与河流侵蚀地貌和堆积地貌一、选择题下图为我国华北某山区的地层剖面图。
读图，回答1～2题。
1．图示地区碎屑物覆盖下的各岩层的新老关系为()A．从①到②由老到新B．从②到③由老到新C．①所在的山体因断裂作用形成断块山D．③所在的山体因顶部坚实抗侵蚀形成背斜山2．甲地为泥石流发生的高危地区，下列关于其原因的叙述，正确的是() A．位于迎风坡，降水量大B．坡度较缓，碎屑物易聚积C．断层活动易引发山洪暴发D．每年6月发生泥石流的概率较高答案：1.B 2.A解析：第1题，结合岩层分布知，从①到②由新到老，从②到③由老到新。
①③所在的山体因顶部坚实抗侵蚀形成向斜山。
第2题，该区域位于华北地区，甲地处于夏季风迎风坡，降水量大，为泥石流发生提供了条件。
甲地山坡坡度较陡，碎屑物不易聚积。
断层活动易引发地震而非山洪暴发。
每年6月，华北雨季还没到来，发生泥石流的概率较低。
某中学地理兴趣小组对学校附近地区进行考察，记录结果如下表。
读图，回3.花岗岩形成过程中，与其两侧接触的沉积岩可能会变质成()A．大理岩、板岩B．片麻岩、大理岩C．石英岩、板岩D．石英岩、片麻岩4．符合学生往东南方向行进时观察到的岩石的地质构造剖面是()答案：3.C 4.D解析：第3题，据图可知，在花岗岩形成过程中，周围岩石往往发生热接触变质作用，与其两侧接触的沉积岩为砂岩和页岩，砂岩可能变质为石英岩，页岩可能变质为板岩，而大理岩往往由石灰岩变质而成，故本题选C项。
第4题，图表中指出学校东北方向主要的岩石为石灰岩，往东南方向向后看到石灰岩、页岩、砂岩、砾岩、砂岩、花岗岩、页岩和石灰岩，其中花岗岩明显与周围岩石种类不同(岩浆向上侵入形成的岩浆岩)，所以本题选D项。
煤层气是指储存在煤层中以甲烷为主的非常规天然气，是近年来在国际上迅速崛起的洁净、优质能源和化工原料。
下图是沁水盆地南部3号煤含气量与水文地质的关系示意图。
读图，回答5～6题。
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]。
沁水盆地南部高煤阶煤层气井区产气量排采控制及优化陶俊杰;李叶朋;杨春莉;张金波;申建【摘要】为分析排采制度对高煤阶煤层气井产出效果的影响,以沁水盆地南部某地质与钻完井条件相似的51口煤层气井排采数据为基础,通过分析煤层气井生产特征,建立了动液面降低速率、单位降深产液量、动液面波动幅度以及停井时间等4个排采动态控制表征参数.表征参数与平均日产气量之间关系显示:解吸前液面降低速率越快、单位降深涌水量越大、停井时间越长、动液面变化越频繁,煤层气产出效果越差.要实现研究区高效排采,建议在初始排水阶段将液面降深速率控制在6 m/d 以内,在投产后将单位降深涌水量控制在0.05 m3/(d·m)以内,在稳产阶段和产量衰减阶段控制好排采强度、保持液面稳定和排采连续性.%To analyze the effect of drainage and extraction system on the output effect of a high coal rank coalbed methane well, based on the data of 51 coalbed methane wells in the south of Qinshui Basin similar to the geology conditions of drilling and completion wells, by analyzing the production characteristics of coalbed gas wells, the dynamic control parameters were established, such as the reduction rate of the dynamic liquid level, the amount of deep liquid production per unit, the fluctuation range of the dynamic liquid level, and the time of stopping the well. The relationship between the representational parameters and the average daily gas production volume is shown as follows: the faster the reduction rate of the liquid surface before the desorption, the larger the water inflow of the unit drawdown and the longer the time of stopping well; the more frequently the dynamic fluid level change, the worse the coal bed methane output. In order torealize efficient drainage in the research area, it is suggested to control the depth rate of the liquid level within 6 m/d at the initial stage of drainage; after putting into operation, control the quantity of deep water inflow within 0. 05 m3/(d·m); in the stable production stage and the o utput attenuation stage, control the intensity of discharge and extraction and keep the stability of the liquid level and the continuity of the drainage.【期刊名称】《煤矿安全》【年(卷),期】2018(049)004【总页数】4页(P5-8)【关键词】沁水盆地;煤层气;生产特征;排采控制;优化【作者】陶俊杰;李叶朋;杨春莉;张金波;申建【作者单位】中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏徐州221008;中国矿业大学煤层气资源与地球科学学院,江苏徐州 221116;中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏徐州 221008;中国矿业大学煤层气资源与地球科学学院,江苏徐州 221116;中国石油华北油田分公司,山西长治046000;中国石油华北油田分公司,山西长治 046000;中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏徐州 221008;中国矿业大学煤层气资源与地球科学学院,江苏徐州 221116;中国石油华北油田分公司,山西长治 046000【正文语种】中文【中图分类】TD713影响煤层气开发因素众多，除地应力、埋深、裂隙、煤体结构、煤层厚度、煤岩煤质等地质因素外，工程因素的影响尤为显著[1-7]。
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。
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。
山西沁水煤层气田地质特征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。
山西沁水盆地南部煤层气储层特征及成藏主控因素研究潘思东1，崔周达2（1.中国地质大学（武汉）资源学院，湖北武汉430074； 2.云南恩洪煤矿，云南曲靖655005）［摘要］以沁水盆地南部3号煤为研究对象，利用压汞法、扫描电镜观察等分析方法，研究了煤层气储层特征。
结合构造解析、盆地分析以及前人研究成果，探讨了区内煤层气成藏主控因素。
研究表明：3号煤层煤岩类型以半亮煤为主，储层裂隙系统发育，煤岩热演化程度较高，生烃潜力巨大；压汞孔隙度在1.40% 5.87%之间，渗透率（0.06 0.58）ˑ10－3um 2，储层较致密，储集空间以孔隙和裂隙为主。
逐一分析了沉积作用、岩浆侵入活动、水动力作用以及构造作用对煤层气聚集成藏的控制，综合分析认为顶、底板泥岩（致密砂岩）发育区、岩浆侵入活动活跃区、水动力弱 滞留区以及构造活动较弱区为煤层气的主要富集区域。
［关键词］煤层气；储层特征；成藏条件；控制因素［中图分类号］TE122.2［文献标识码］A［文章编号］1006-6225（2016）06-0011-04Accumulation Main Control Factors and Ｒeservoir Characters of CoalbedGas in Southern Part of Qinshui Basin of Shanxi ProvincePAN Si-dong 1，CUI Zhou-da 2（1.Ｒesource School ，China Geological University （Wuhan ），Wuhan 430074，China ； 2.Yunnan Enhong Coal Mine ，Qujing 655005，China ）Abstract ：It taking the third coal seam of the southern part of Qinshui basin as studying object ，then coalbed gas reservoir characters was studied by pressure pump method and scanning electron microscope.Accumulation main control factors were discussed by structural analysis ，basin analysis and studying results of predecessors.The results showed that the lithotype of the third coal seam was seimbright coal ，fractures developed fully in reservoir layers ，the thermal evolution degree of coal and rock mass was high ，and the potential that generating hydrocarbon is tremendous ，the pore ratio of pressure pump belong 1.40% 5.87%，and permeate ratio is about （0.06 0.58）ˑ10－3um 2，reservoir layers is densely ，the main reservoir room is pore and fracture.The actions that to coalbed gas accumula-tion and reservoir were analyzed ，which included deposition effect ，rock magma invade ，water dynamic ，structural effect and so on.After synthesis analysis ，the main accumulation zone of coalbed gas were the development zone of mudstone （densely sandstone ）in roof and floor ，the active zone of magma invading ，the weak-retention zone of water dynamic and the weak zone of structural move-ment.Key words ：coalbed gas ；reservoir character ；accumulation condition ；main control factor［收稿日期］2016－06－22［DOI ］10.13532/11－3677/td.2016.06.003［基金项目］国家自然科学基金（41101098）［作者简介］潘思东（1965－），女，云南昆明人，高级工程师，在职博士研究生，主要从事矿产普查与勘探科研及煤层气专业方向的实验教学工作。
沁水盆地南部3号与15号煤层产气量差异因素陆小霞;黄文辉;敖卫华;刘浩【摘要】利用扫描电镜、压汞试验资料对沁水盆地南部3号和15号煤的孔-裂隙充填特征、孔隙结构类型进行分析.在此基础上,结合88口井的排采数据,对比了两煤层的生产特征,并探讨了3号和15号煤层产气量悬殊的原因.研究表明导致15号煤层产量低的原因有:15号煤层孔隙、裂隙充填较3号煤层严重,充填物质以方解石为主,次为黄铁矿、黏土矿物,造成15号煤层渗透率明显低于3号煤层；与3号煤层相比,15号煤层大孔隙含量低且孔隙连通性差,孔径分布不利于煤层气的渗流；15号煤层埋深较3号煤层层大,厚度小于3号煤层.【期刊名称】《石油天然气学报》【年(卷),期】2013(035)003【总页数】6页(P30-35)【关键词】孔-裂隙;渗透率;煤层气;泌水盆地【作者】陆小霞;黄文辉;敖卫华;刘浩【作者单位】中国地质大学(北京)能源学院中国地质大学(北京)海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083;中国地质大学(北京)能源学院中国地质大学(北京)海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083;中国地质大学(北京)能源学院中国地质大学(北京)海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083;中国地质大学(北京)能源学院中国地质大学(北京)海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TE132.2沁水盆地南部是我国重要的煤层气生产基地，其主采煤层是3号和15号煤层。
目前煤层气的开采主要集中在3号煤层，因为3号煤层埋藏较浅，渗透率较高，产水量小，较易开采，已进入商业开发阶段。
而15号煤层产气量较低，还不能形成经济产能[1]。
但15号煤层煤层气资源量相当丰富（1.8×1012 m3），因此探讨其产量低的原因，有助于煤层气的开采，以提高经济效益。
前人研究成果表明，影响煤层气井产量的主要因素有：构造条件、煤层厚度、煤层埋深、煤储层压力、气含量、渗透率及水文地质条件等[2]。
沁水盆地南部高阶煤煤层气井压裂效果关键地质因素分析胡秋嘉;李梦溪;乔茂坡;刘春春;刘世奇;樊彬;桑广杰;闫玲【摘要】地质条件是影响煤层气井压裂人工裂缝的关键,弄清其对压裂效果的控制对提高改造工艺适应性至关重要.以压裂裂缝扩展试验为基础,分析了压裂施工曲线形态、裂缝监测数据等资料,总结了人工裂缝扩展规律,探讨了人工裂缝与煤体结构、地应力和力学性质的关系及其对产量的影响,提出了压裂工艺优化方向及改进措施.研究表明:煤体结构影响人工主裂缝长度及其复杂程度,地应力控制裂缝的开启及长度、走向,力学参数主要决定了压裂施工的难易程度;上述关键地质因素的差异性导致常规压裂工艺存在局限性.根据不同地质条件优化工艺技术,实施针对性的改造措施,可以改善增产效果.%Geological conditions are key factors which affect the performance of hydraulic fracturing used in CBM (coalbed methane) straight wells.It is vitally important to figure out the influence of geological conditions on the performance of hydraulic fracturing in order to improve the adaptation of formation stimulation techniques.Based on the propagation experiments of hydraulic fractures,this paper analyzes the construction curve shape and the artificial crack monitoring data with equal correlation data,and summarizes the law of fracture propagation and discusses the relationship between artificial fracture and coalstructure,crustal stress and the mechanical parameters of the CBM straight wells and its effect on gas production.The direction and improvement of fracturing process are put forward.The research shows that the coal structural effect of length and complexity of artificial main crack;the length and direction of the crack opening are controlled by crustal stress;thedegree of difficulty in fracturing construction is mainly determined by mechanical parameters.The differences of these geological conditions mentioned above result in the limitations of normal hydraulic fracturing techniques.Therefore,the formation stimulation techniques should be optimized and special formation stimulation measures should be adopted,according to the differences of these geological conditions,to improve the performance of hydraulic fracturing techniques.These results will have a guiding significance for improving the hydraulic fracturing techniques of coalbed methane wells in Qinshui Basin.【期刊名称】《煤炭学报》【年(卷),期】2017(042)006【总页数】11页(P1506-1516)【关键词】高阶煤;压裂效果;煤体结构;地应力;力学参数【作者】胡秋嘉;李梦溪;乔茂坡;刘春春;刘世奇;樊彬;桑广杰;闫玲【作者单位】中石油山西煤层气勘探开发分公司,山西晋城048000;中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221116;中石油山西煤层气勘探开发分公司,山西晋城048000;中石油山西煤层气勘探开发分公司,山西晋城048000;中石油山西煤层气勘探开发分公司,山西晋城048000;中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221116;中国矿业大学煤层气资源与成藏过程教育部重点实验室,江苏徐州221116;中石油山西煤层气勘探开发分公司,山西晋城048000;中石油长治煤层气勘探开发分公司,山西长治046000;中石油山西煤层气勘探开发分公司,山西晋城048000;中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221116【正文语种】中文【中图分类】P618.11沁水盆地南部高阶煤储层渗透率较低，直井开发煤层气自然产能低，为了获得较高的产能，必须通过储层改造提高渗透性[1]。
沁水盆地南部3号煤层含气量主控地质因素分析张谦;黄文辉;郭立夫;胡咤咤;许启鲁;陆小霞【摘要】以沁水盆地南部四个矿区不同深度的3号煤岩样品为研究对象,采用压汞、低温液氮吸附、显微镜和扫描电镜等试验方法对煤样的孔径、裂缝和孔隙连通性、渗透性以及吸附性进行表征,结合研究区的构造特征、储层特征以及水动力特征,研究该地区3号煤层含气量的主控地质因素.研究区处于一个大型复式向斜构造上,3号煤层煤样总比表面积和总比孔容积与煤层埋深呈负向关系.煤岩类型以半亮煤为主,镜质组含量较高,生气能力较强,顶底板密封性较好.盆地接受大气降水,从向斜翼部流向轴部,有效阻止了煤层气的逸散.研究结果表明,该区3号煤层含气量主控地质因素包括:煤岩类型、孔裂隙结构、水动力特征以及顶底板封闭性,煤层气的富集是上述几项地质因素耦合作用的结果.【期刊名称】《科学技术与工程》【年(卷),期】2015(015)013【总页数】7页(P13-19)【关键词】沁水盆地南;3号煤;含气量;地质因素;耦合作用【作者】张谦;黄文辉;郭立夫;胡咤咤;许启鲁;陆小霞【作者单位】中国地质大学能源学院,北京1000831;中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083;中国地质大学地质资源勘查国家级实验教学示范中心,北京100083;中国地质大学能源学院,北京1000831;中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083;中国地质大学地质资源勘查国家级实验教学示范中心,北京100083;中国地质大学能源学院,北京1000831;中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083;中国地质大学地质资源勘查国家级实验教学示范中心,北京100083;中国地质大学能源学院,北京1000831;中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083;中国地质大学地质资源勘查国家级实验教学示范中心,北京100083;中国地质大学能源学院,北京1000831;中国地质大学海相储层演化与油气富集机理教育部重点实验室,北京100083;中国地质大学地质资源勘查国家级实验教学示范中心,北京100083;中国地质大学能源学院,北京1000831;中联煤层气有限责任公司,北京100011【正文语种】中文【中图分类】P624.6随着能源利用形式的多元化发展，煤层气的开发和利用受到了人们的广泛关注。
近年来，煤层气勘探一直是非常规天然气勘探的热点[1]。
沁水盆地蕴藏着丰富的煤层气资源，南部地区是我国重要的煤层气生产基地，3号煤层是该盆地的主力煤层，也是煤层气勘探开发的主要目标煤层，其煤层气的开采已经取得较好的经济效益[2]。
近20年来，国内学者对煤层含气量的影响因素做了大量的研究。
全裕科研究认为，煤层储气能力才是煤层含气量的主要控制因素[3]；秦勇研究认为，煤储层厚度越大，煤层气向顶底板扩散的阻力就越大，含气量越高[4]；姜波研究认为，构造变形导致了煤层气的逸散[5]；秦胜飞研究认为，流动的地下水对煤层气的保存不利[6]；陈敬轶研究认为煤层上覆基岩厚度是3号煤层含气量分布的主控因素[7]；陈红东研究认为构造作用对煤层气运移和散失提供了条件[8]。
笔者重点分析了储层物性特征，结合构造及水动力特征，对沁水盆地南部3号煤层含气量的影响做了系统研究。
沁水盆地位于华北板块内部，太行隆起与吕梁隆起带之间，构造上属吕梁-太行断块上最大的次级构造单元——沁水块坳。
北至五台山隆起带，南以中条山为界，东邻太行山隆起，西邻吕梁山，总体呈NNE-SSE 复向斜构造[9]。
其石炭一二叠纪煤炭资源量大，是我国北方地区的重要煤炭资源分布区之一[10]。
研究区地层属华北地区层系，缺失志留纪、泥盆纪和下石炭世地层，由盆地边缘向内部依次出露上古生界、中生界地层，盆地内部三叠纪地层大面积出露[11]。
研究区位于沁水盆地南部，东临太行山隆起，西临霍山凸起，南部为中条山隆起，北部连接沁水盆地腹部。
煤层埋深由盆地边缘向盆地中心逐渐增大，盆地边缘可见煤层出露，深部超过1 200 m[图1(a)]。
含煤盆地构造运动直接控制着整个盆地的性质及其演化，从而控制盆地内煤层的分布、厚度以及煤岩性质。
沁水盆地南部呈向斜构造形态，盆地南段地层宽阔平缓，平均倾角只有4度左右，区内低缓。
多期次的板块构造运动控制着盆地的地质演化，经历了不同期次的构造演化以及热事件[12]。
区内褶皱发育[图1(a)]，由于盆地地层经受了印支期近南北向挤压应力场和燕山一喜马拉雅早期NW-SE向挤压应力场，使研究区褶皱以北东向和北北东向展布为主，褶皱对该区煤层气影响较大。
区内断层不发育，主要为文王山断层、二岗山断层、庄头断层和晋获断层，断层作用对该区煤层气影响较小。
3.1 分布特征煤层气含气量的影响因素很多，主要包括煤层面积、煤层厚度、煤岩类型、储层孔隙体积、吸附性、水动力作用以及顶底板封闭性。
3号煤层全区分布，稳定可采，厚度分布范围较大，为1.5～5.75 m ，平均3 m，由盆地边缘向中心厚度逐渐增大。
研究区东面和南面均有15号煤层露头[图1(a)和图1(b)]。
3号煤顶板多为泥岩和粉砂质泥岩,厚度多在10 m 以上，底板为泥岩，封闭能力强[13]。
3.2 煤岩类型3号煤以半亮煤为主、半暗煤次之，煤岩裂隙及割理发育，贝壳状及阶梯状断口[图2(a)]明显可见；部分裂隙被方解石充填[图2(b)]；白色方解石薄膜以及黑色暗煤条带[图2(c)]；黑色块状煤岩，相对致密，具有玻璃光泽[图2(d)]；氧化结构丝质体，细胞腔被粘土矿物充填[图2(e)]；显微镜下偶见分散状、结核状、薄膜状黄铁矿赋存煤岩表面[图2(f)]；发育的裂缝更加清晰可见[图2(g)]；扫描电镜下可见孔隙被片状黏土矿物[图2(h)]以及晶形完整的石英颗粒[图2(i)]充填。
最大镜质组反射率介于1.96%～2.92%，平均为2.31%；镜质组含量介于71.5%～88.1%之间，平均为81.4%；惰质组含量介于5.7%～17.3%之间，平均为12.0%；矿物质含量介于2.4%～11.3%之间，平均在6.6%(表1)。
通常来讲，半亮煤内生裂隙较发育，脆性较大，容易破碎，暗煤内生裂隙不发育。
镜质组含量反映成煤沉积物沉积时的水体深浅和沉积环境还原程度的强弱，还能较好的反映煤层气储层物性条件，通常煤的各种有机显微组分含量能反映其原始成煤环境，在强还原条件下形成的煤，其显微组分中的镜质组含量高，在弱还原条件下形成的煤，其显微组分中的惰质组含量就高。
镜质组含量越高，反映煤层气储集物性条件越好[14]。
煤岩三大组分组的生烃能力也有显著差异，镜质组生烃能力较强[15]，主要生成气态烃，惰质组生烃能力较弱。
研究区煤样的镜质组含量总体较高，这就使煤具备了很好的生气潜力。
全裕科认为，生气量不是煤层含气的关健控制因素，煤层储气能力才是煤层含气量的主要控制因素[3]。
由图2(a)、(b)、(h)和(i)可以看出，研究区3号煤岩孔隙和裂隙发育，但充填严重，后期充填作用对煤储层储气空间起到了破坏性作用。
3.3 孔隙性和渗透性(1)压汞法可以定量得到孔半径3.75 nm 以上的有关孔隙大小、孔径分布、孔隙类型等参数信息。
煤的孔隙度是指煤中孔隙体积与煤总体积之比的百分数。
实验样品取自四个不同矿区，且深度由浅到深均匀分布，基本能够代表整个研究区的总体特征。
孔隙度范围在1.40%～3.40%之间，平均为2.35%(表2)，应该注意的是，压汞法侧得的孔隙度为样品有效孔隙度。
从表2可以看出，3号煤层随着埋深增加，孔隙度呈减小的趋势。
伯方矿区样品埋深较大，孔隙度却较埋深较浅的几个矿区大，可能是由于该深度处煤层受构造运动影响较大，裂隙及割理等较发育，使得有效孔隙体积增加。
煤中不同大小孔隙的发育程度叫孔隙分布、也称孔隙结构。
由于煤层气的产出需要通过各级孔隙导通出来，煤的孔隙分布特征更能反映煤的孔隙属性，压汞测试出的各孔径段孔隙含量的变化对煤层气渗流有显著的影响[16]。
该区煤岩孔喉直径变化范围为0.06～0.25 μm，平均为0.14 μm。
随着埋深增加，最大汞饱和度有减小的趋势，排驱压力及退汞效率都呈现先增大后减小，渗透率呈现出增大的趋势。
煤层埋深可影响储层压力[17]，单位孔隙体积可储存的气体量增加，因此，孔体积的减少对煤层含气量并不能起到决定性的控制作用，含气量是多项地质因素耦合作用的结果。
(2)低温氮吸附法主要用于测定孔径小于10 nm的孔隙，可测最小孔半径达0.6 nm，可测最大孔半径能达150 nm，此方法主要用于研究吸附孔。
实验选取了由浅到深具有代表性的不同矿区的四块样品，从表3可以看到，样品总孔体积分布范围为0.90～4.46 mm3/g，平均为2.15 mm3/g，总体随深度增加呈减小的趋势。
中孔和小孔所占比例较小，微孔所占比例较大，平均58.46%。
总比表面积分布范围为0.71～2.21 m2/g，平均为1.51 m2/g，中孔和小孔所占比例较很小，微孔所占比例较大，大多在95%左右，平均为93.34%。
由图3可知，煤样微孔体积百分比随深度增加减小较快，微孔比表面积所占的百分比减小较慢，说明在同样的孔隙体积的情况下，微孔对比表面积的贡献率比小孔和中孔的要大。
孔直径、孔体积、孔比表面积之间关系密切，微孔的孔体积比中孔的小，但同体积微孔的比表面积比中孔的大，比表面积的大小取决于微孔体积的大小，与中孔的体积大小无明显关系。
孔隙平均直径越大，总比表面积越小，孔隙平均直径越小，总比表面积越大[18]。
水动力作用对煤层气的影响主要体现在对煤层气成藏和保存条件的影响，主要表现在水动力强度和水流方向两个方面。
水动力强度由高势区向低势区逐渐减弱，水流方向受到区域构造形态的影响。
如图4所示，沁水盆地南部呈复式向斜构造形态，盆地接受大气降水补给，水体沿不同岩性地层由高水位等势面向低水位等势面汇流[19]，重力是地下水径流的主要驱动力，总体呈现出从盆地边缘向中心由上往下渗流的特点[20]。
随着地层埋深的增加，由于孔隙性和渗透性变差以及孔隙压力增大，水动力强度逐渐减小。
王勃认为，处于向斜部位的煤层气含量一般要比处于背斜部位的煤层气含量高得多，从向斜的轴部到翼部，煤层气含量逐渐降低。
这是由于从向斜轴部到翼部，上覆地层变厚，地层压力增大，煤层吸附能力增强，且水动力作用较弱，使得向斜轴部煤层气富集。
由图5可以看出研究区3号煤层含气量在平面上的分布规律性很强，由盆地边缘向盆地中心含气量逐渐增大，且盆地周边含气量等值线较密集，说明随着煤层埋深增加，含气量梯度逐渐减小。
含气量是影响含气饱和度的重要因素之一，含气饱和度是煤层气选区评价与开发的重要参数，更是反映煤层气开发难易程度和煤层气井产能评价的重要指标[21]。
