沁水煤田煤層氣賦存地質特征與有利區塊

譚 龍 泉

(山西省煤炭地質114勘查院，山西 長治 046000)

0 引言

本文通過對盆地的地球物理特征和地質構造演化的分析，證明地質的構造條件能夠影響煤層氣的富集程度，通過研究表明，山西沁水盆地經過了多次的地質構造演變，最終形成現在的地質構造和煤層氣蘊含之間形成緊密的關系，從構造上來看，斜部位的含氣量比較高，背部的含氣量比較低，而且，在斷層的正中，煤層氣的含量也比較低，所以，綜合來看沁水盆地所含有的煤層氣含量，盆地北部是煤層氣蘊藏的重要部分，但是不利于煤層氣的高產，在盆地的南部，既是煤層氣儲存比較豐富的地方，也是煤層氣高產的地方，西部地區同北部一樣，蘊含著比較豐富的煤層氣資源，但是沒有高產。

1 煤層氣系統的地質和構造演變過程

煤層氣是一個比較復雜的系統，它是自身附著在煤層中的，所以，可以說煤層氣系統是一個獨特的油氣系統，當然，在其形成和蘊藏過程中會受到各種各樣的影響因素。有相關的研究表明，地質構造條件、煤層的埋深、煤階、煤層的厚度以及含氣量、滲透度、煤儲層壓力等等這些地球物理因素都與煤層氣的形成和蘊藏有緊密關系。但是這些因素中，對煤層氣形成和蘊藏最重要和最直接的因素是地質的構造作用，它不僅能夠控制煤盆地和煤地層的形成過程，而且還能夠影響著煤層氣的形成、聚集、封存和高產情況。山西沁水盆地已經經歷了多起的地質作用，這就使得沁水煤田的煤層氣系統變得十分復雜。

1.1 地質構造特征

煤層氣是學名，有一個簡單的俗稱是“煤礦瓦斯”，其主要是附著在煤層中的能夠自生、自儲的非常規型天然氣，這種天然氣由于獨特的非常規性，所以不合理的開發就會很容易造成瓦斯事故，因此，在開采天然氣的時候，要注意合理開發，才能減少由于技術不當引起的瓦斯事故，從而減少人員的傷亡程度。從另一方面來講，煤層氣還是一種比較寶貴的潔凈能源，開發煤層氣能夠緩解資源不足帶來的壓力，減少能源供需缺口，所以，從這方面來講，煤層氣的開采對改善能源結構和提高能源利用率都具有十分重要的意義。

全國第一個探明的大型整裝的煤層氣田就是沁水盆地，已探明的預測資源儲量和已經探明的儲量都居全國前列，沁水煤田的含煤層全部分布于沁水盆地上，它是一個有寒武—奧陶系為基地的大溪行石炭—二疊紀含煤盆地，沁水盆地的主要走向是NNE向，其中的小部分盆地呈現NS向，盆地中的斷裂不再發育，主要是分布在盆地的邊緣，有大量的研究表明，從晚古時代以來，沁水盆地已經經過了多期的地質構造演變活動，給沁水煤田提供了直接的條件。早期，在石炭—二疊紀時代，沁水盆地當時并不是一個獨立的盆地，而是作為華北盆地的一個組成部分，含煤的沉積序列也主要是出現在華北地區。此后的早三疊世末期，華北盆地在地質作用的形式下，格局發生了巨大變化。

煤層氣賦存地塊與其他地塊在地質結構和地層類型上都具有一定的特殊性，在對煤層氣賦存地塊進行研究過程中，應認真分析其地質構造特征，做到根據地質構造的實際特點，重點對比地質構造與其他地質形式的差異，找出地質構造的具體類型，掌握沁水煤田煤層氣賦存區塊特征，為日后的煤田開采和煤層氣的開采奠定良好的基礎。

自中三疊世開始，全國統一的穩定古地理格局也開始瓦解了，出現了西厚東薄的格局，并且很多地區都沒有晚三疊世和下侏羅紀，這就說明全古地理的格局已經開始漸漸被瓦解開來了，中侏羅世沉積地層和中三疊世之間的地層在這個時候，不整合的普遍進行發育，這就說明晚三疊世地層開始印支運動已經強烈影響到山西地區，并且在印支期的構造應力場的作用下，早古生代碳酸鹽巖中出現了很多樞紐，呈東西方向的褶皺和斷層，這表明有了南北方向的擠壓，但是從總體上來說，在晚三疊世開始，印支運動活動更加強烈，對山西地區的影響更加顯著，在這幾個時期中，總體上印支在SN上的運動對沁水盆地的影響不大，地質的構造也沒有十分明顯，但是使得盆地在南北邊緣上出現了一定的抬升，這就是形成了沁水盆地的雛形。

燕山運動時期，沁水盆地主要是受到了擠壓抬升和褶皺的作用。根據相關的研究發現，沁水盆地及其周圍的地區都是呈現NNE向的擠壓應力，與燕山運動時期的走向近乎是平行的，在地球地質構造的應力場作用下，燕山運動期形成的斷層再次進行運動活動，使得現在的沁水盆地更加復雜化，現在的沁水盆地總體上是從第三或第四紀以來的構造特征，盆地的中部和南部以及北部主要是呈現為近乎水平式的伸展應力場，主要是表現為NW～SE向，仰角比較小，而且比較穩定，盆地的西部地區則是呈現為NNW～SSE向水平擠壓應力場?，F在的沁水盆地主要是NE～SW走向，仰角的度數也比較大，一般是40°～65°之間，總體趨勢還是南北區，東西分帶走向，這也就直接導致了煤層氣的成藏和高產情況。

煤層氣的主要形成過程是在燕山運動期，這個時候的沁水盆地構造活動比較明顯，主要擠壓抬升和褶皺作用，盆地內主要是寬緩的褶皺，同時，盆地局部有強烈的巖漿涌入，使得不平衡的高熱地場，這都為煤化的加速形成提供了有力條件，煤層不斷被提升，上浮過程中的壓力變小，這就更有利于煤層中天然裂開，對煤層氣的形成和勘探具有十分有力的影響。

1.2 煤層氣系統埋深和含氣量特征

沁水盆地的含煤層主要就是集中在上石炭太原組和下二疊統山西組，一般太原組比較厚，大約厚度為50 m～140 m，一般就是100 m，穩定的能夠可采集的層就是1層～3層，而山西組，一般厚度為60 m，3號層是主要的煤層。

從目前掌握的信息來看，煤層氣系統埋深和含氣量是衡量煤層氣賦存情況的重要指標。在具體分析過程中，應對煤層氣系統埋深和含氣量數據進行對比，并找出煤層氣系統埋深和含氣量的具體數據，為煤層氣的開采和煤田生產提供有效的數據支持。所以，找準煤層氣系統埋深和含氣量特征，是做好煤層氣開發的關鍵，同時也是解決煤層氣開發過程中技術問題的重要措施。

2 煤層氣富集的有利區塊

盆地北部階段，位于陽泉和壽陽之間，大約5 340 m2，煤層厚度超過6 m深，都是無煙煤，它處在構造帶高曲率發育區，煤層斷裂是應力場作用的結果，煤儲層有比較好的地下水供給條件，有些地方的滲透率和氣的包含度比較高，這給煤層氣的形成提供了重要基礎，但是，這個地區的煤層氣產量卻不高，主要是因為這個地區的滲透率分布不是相同的強度，而且斷裂和巖溶陷落柱發育十分好，所以這個地區不利于地下水的排泄降壓。

盆地南部，主要是在晉城和沁水之間以及北面部分，這個地區的煤層埋深比較深，大約在300 m～1 500 m，跨度比較大，煤厚約在8 m，也是無煙煤，資源非常豐富，這個地區多次受到各種地質的構造作用，NNE向斷裂發育，是十分有利的裂縫帶發育區間，而且地下水穩定，滲透性比較高，氣包含程度比較高，這些條件不僅有利于煤層氣的富集和蘊藏，而且能夠保障煤層氣的高產。

盆地中部，主要是位于屯留北部以及沁源地區，主要生產貧煤，深度約為6 m，該區是有利的裂隙帶發育區，近東西向斷層和NE向斷裂發育，給煤層氣的形成提供了有利條件。在沁源地區，主要是生產無煙煤，靠近盆地的向斜部位，而且距離泄水區域比較遠，煤層氣的保存比較完整，這都是煤層氣形成和高產的有利基礎。此外，盆地的東部地區，緊鄰泄水區，雖然這個地區的氣含量和滲透率都比較高，但是由于水徑流能力比較強，造成地層壓力比較低，不利于對煤層氣的高產開采。

3 區塊地質特點

沁水盆地經歷了多個時期的地質構造演變過程，主要是印支期運動、燕山期的構造運動、喜山期早期和晚期構造運動，在這些演變的過程中，由于不斷的形成褶皺作用和斷裂拉伸的情況出現，為煤層氣的形成奠定了基礎，煤層氣的主要形成階段是在燕山運動中期。

從地質的構造上來看，沁水盆地主要是復向斜構造，兩邊比較平緩，南北寬而中間比較窄，地質的構造和含氣量有著明顯的關系，在構造向斜部分的含氣量比較高，而背部的含氣量則比較低，在斷層的正面附近含氣量也比較低。

綜合分析來看，沁水煤田是一個非常大的、并且有利開采的煤層氣系統，煤層氣的主要有利區塊主要是盆地南部和中部，沁水盆地中部沁源地區煤層氣的含量高而且有利于開采，盆地南部是晉城—沁水一帶，也是煤層氣的蘊藏和高產區域。對于沁水盆地的北部陽泉—壽陽區域，含有十分豐富的煤層氣，但是由于條件不允許，所以不利于煤層氣的開采，另外東部地區屯留—襄垣區域也是由于靠近泄水區，雖然是煤層氣成藏的有利地區，但是不利于高產。所以，正確分析煤層氣區塊的地質特點，是解決煤層氣開采問題的重要手段，同時，做好區塊特點的了解，能夠為區塊開發提供數據保證。

4 結語

沁水煤田位于沁水盆地，是西部地區比較重要的煤炭產地，煤炭蘊含資源十分豐富，而且勘探量也比較高，富含的煤層氣資源也相當可觀。加大對煤層氣的開發利用，能夠加快解決西部地區的能源緊張和經濟增長的矛盾問題，開發和利用煤層氣能夠既利用現在的能源，又能夠減少溫室氣體的排放。所以，開發和利用煤層氣是現代的必然選擇。

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