斷層對煤層氣的控氣特征

吳　斌　楊　創　王志平　王　俊　陳　波

[摘要]通過斷層在含煤地層的發育情況，分析斷層在不同的地質構造條件下制約煤層氣的聚集規律，總結斷層對煤層氣的控氣特征，有利于煤層氣區帶的評價與優選，并能為煤層氣資源的開發部署提供決策依據。

[關鍵詞]煤層氣 斷層 背斜 向斜 褶皺推覆 伸展構造

中圖分類號：P5 文獻標識碼：A 文章編號：1671－7597（2009）0120011－01

一、引言

煤層氣是指賦存在煤層中以甲烷為主要成分、以吸附在煤基質顆粒表面為主并部分游離于煤孔隙中或溶解于煤層水中的氣體，其成分以甲烷為主，往往將其簡稱為煤層甲烷；煤層氣可廣泛用于發電、民用、工業燃料、化工、汽車燃料等；煤層氣的開發利用對煤礦生產安全、環境保護、緩解我國能源緊缺等都具有十分重要的意義。我國煤層氣資源豐富，但是由于各種條件的限制，中國的煤層氣資源開發利用水平還較低，選擇良好的煤層氣富集區有利于提高我國煤層氣的開發利用水平。

二、向斜構造區斷層的控氣特征

單純從向斜構造角度來看，向斜兩翼地層傾角越大，張性斷裂越發育，煤層氣就越容易擴散；反之，兩翼傾角越緩，斷裂不發育，就有利于煤層氣的保存。向斜按照軸面和兩翼巖層產狀的不同，可分為寬緩向斜和不對稱向斜，但由于地質作用因素影響，在各類向斜中又往往伴有斷層的發育，依據向斜類型與斷層類型的組合關系可以分為四種控氣特征。

（一）寬緩向斜區斷層的控氣特征。向斜兩翼巖層傾角較為平緩時，由于擠壓應力的作用，向斜兩翼往往多發育軸向正斷層，此時煤層氣易順著兩翼斷層運移逸散，故煤層氣含氣量往往在翹起端最好，且在軸部附近往往好于兩翼。

向斜兩翼巖層傾角變大時，受到擠壓應力的作用，往往會有逆斷層發育，斷面附近泥巖層發生塑性流動形成剪切帶和泥巖沾污帶，使斷層具有封閉性，因而形成良好的構造封閉條件，向斜內部含氣量往往較高。

（二）不對稱向斜區斷層的控氣特征。在不對稱向斜中，由于擠壓應力，在向斜的陡翼往往有逆斷層，因而在陡翼附近產生局部壓扭性應力，在斷層兩盤滑動和陡翼局部壓扭性應力聯合作用下，牽引構造陡翼尚未固結成巖的高含水的泥巖層，使斷裂帶發生塑性流動，被拉長減薄，甚至有些為線形條狀，連續分布，形成剪切帶。這種剪切帶斷層巖石結構致密，孔半徑小，孔滲透性差，煤層氣不容易逸散，導致向斜內部含氣量往往較高。

不對稱向斜中，由于拉張應力作用，在向斜兩翼均有正斷層發育，地層過早期發生擠壓，晚期拉張的應力場轉換交替過程，因此其陡翼斷層可能具有反轉的性質，此時緩翼含氣性往往好于陡翼。

三、背斜構造區斷層的控氣特征

單純從背斜構造角度來看，背斜常是良好的儲油、氣構造。背斜頂部受張力作用，巖性脆弱，易被侵蝕，在外力作用下形成谷地，按照兩翼產狀可分為對稱背斜和不對稱背斜。依據背斜和斷層的組合形式可以分為兩種控氣特征。

（一）對稱背斜區斷層的控氣特征。大型對稱背斜頂部裂隙密集發育，易形成煤層氣逸散通道，故背斜軸部的含氣性往往較差，而兩翼和傾伏端方向含氣性變好。如果構造擠壓變形強度加大，導致背斜軸部發育逆斷層系統，對煤儲層造成封閉，在一定程度上有利于煤層氣的保存。

（二）不對稱背斜區斷層的控氣特征。不對稱背斜，頂部多發育張性裂隙，在緩翼有逆斷層形成，煤層氣在陡翼順層運移并從裂隙逸散，在緩翼因受逆斷層的阻隔，緩翼煤層氣無法運動到軸部，形成煤層氣良好的遮擋面，可以構成斷塊氣藏重要的圈閉機制，因而煤層氣常常得以很好保存。

四、褶皺推覆構造區斷層控氣特征

褶皺推覆構造與陡翼發育逆斷層的不對稱向斜具有相似之處，二者形成于相近的構造動力學機制，均是在擠壓應力作用下形成的，有利于煤層氣的保存；其不同之處在于褶皺推覆構造中逆斷層面的傾角極緩，呈波狀起伏，上盤逆沖巖席規模往往較大，對推覆體下伏地層和煤層的構造破壞作用更為強烈，褶皺推覆通常與強烈褶皺伴生。因此，褶皺推覆構造一方面既可形成區域性封蓋的構造條件而有利于煤層氣的保存，另一方面又可強烈的破壞煤層的原生結構而使煤儲層滲透性降低，從而導致煤儲層含氣量較高而物性比較差。較老的地層推覆于含煤地層之上，較緩翼發育反向逆斷層，構造圈閉條件較好，煤層氣含量往往較高。

五、伸展構造區斷層的控氣特征

伸展構造包括和單斜斷塊、斷陷盆地和滑動構造三種基本類型。他們均是拉張應力的產物，但由于發育的地質時期不同的運動特征差異，對煤層氣保存條件影響的特征和影響程度也有所不同。

（一）單斜斷塊。單斜斷塊大都發育在大型盆地邊緣或大型隆起區外緣地帶，斷塊之間發育高角度張性正斷層，破壞了巖層連續性，煤層氣沿斷層大量逸散，使或含氣性整體變差，或造成含氣性區域分布具極大的不均一。單斜斷塊一般面積較小，連續性較差，斷塊邊界附近含氣性差，向斷塊內部含氣性好。

（二）斷陷盆地。分為單斷型和雙斷型盆地。單斷型盆地，如果有正斷層發育，使煤層上覆有效地層厚度較大，地層連續性較好，在斷陷盆地核部構成煤儲層圈閉條件，有利于煤層氣的保存。雙斷型盆地，煤層上覆有效地層厚度較大，但是地層連續性差于單斷型，對煤層氣的保存也較為有利。

（三）滑動構造。滑動構造包括伸展滑脫和重力滑脫兩種形式，如果滑動面發育在煤層頂板附近或煤層之中，既有利于煤層氣形成封閉，又可導致構造巖或構造煤發育，在增進封蓋能力的同時幾乎毫無例外地造成煤儲層滲透性變差；而若滑動面遠離煤層，則對煤層氣的保存條件沒有影響。

六、結語

當然煤層氣的富集是諸多地質因素綜合作用的結果，因而煤層氣的成藏類型，往往也要受到斷層的控制，利于煤層氣的聚集的斷層作用主要表現在兩方面：一是它們主要是圈閉類型是斷層圈閉，是斷裂帶發育了不同成因的斷層巖，成帶狀連續分布在斷面附近封堵煤層氣，進而在斷面附近富集有價值的煤層氣資源。二是造成煤儲層的圈閉，使煤層氣的運移受限，因而保存較好。

參考文獻：

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