沁水盆地煤层气成藏主控因素与成藏模式分析

沁水盆地石炭-二叠系煤层厚度大、分布稳定、演化程度高,具有良好的煤层气勘探潜力,是目前国内首个成功商业化开发的煤层气盆地。基于研究区已有地质成果,对影响沁水盆地煤层气富集成藏的主控地质因素与成藏模式进行分析,认为构造运动、水动力条件、煤层埋深、煤岩组成及热演化程度是控制沁水盆地煤层气成藏的主要地质因素,高镜质组含量、高热演化程度、弱水动力条件和较大的埋深是煤层气成藏的有利条件,向斜是煤层气富集成藏的有利部位。     

沁水盆地南端煤层气赋存的构造条件分析

本文通过对沁水盆地区域构造背景分析,沁水盆地南端构造型式分析和赋气构造类型分析,笔者总结出沁水盆地南端煤层气赋存的构造条件为：①位于稳定克拉通之上、后期构造变形较弱的向斜盆地的环状斜坡带,有利于煤层气的生成和聚集;②位于环状斜坡带上,由断裂构造所围限的区块,是煤层气富集的有利地区;③在有利区块内,次级宽缓型向斜是主要的赋气构造,背斜翼部是次要的赋气构造,背斜轴部不利于煤层气赋存,伸展型正断层是导气构造．     

煤层气成藏的宏观动力能条件及其地质演化过程--以山西沁水盆地为例

煤层气成藏维系于其能量平衡系统,宏观上受控于“四场互动”过程,核心是能量的有效传递及其地质选择过程。以沁水盆地为例,对构造动力能、热动力能、地下水动力能等宏观动力能的地质演化过程进行了深入探讨,阐明了不同宏观动力能对煤层气成藏的控制作用。结果表明:研究区构造动力能及其演化总体经历了4个阶段;热动力能及其演化和由其控制的煤化作用同样经历了4个阶段;地下水动力能及其演化包括3个阶段。其中,燕山中期的剧烈岩浆活动是宏观动力能条件演化的关键时期。以构造动力能为主线,将其他能量场贯穿起来,可知宏观动力能与煤层气成藏之间的耦合关系如下:盆地北部阳泉—寿阳区域,是煤层气成藏有利区域之一,但不利于煤层气高产;盆地南部晋城—阳城及沁水北部区域,不仅是煤层气成藏有利区域,而且利于煤层气高产;盆地中部沁源地区是煤层气成藏和高产的有利区域;盆地东部的屯留—襄垣区域是煤层气成藏有利区域之一,但不利于煤层气高产。     

华北盆-山演化和岩石圈转型与煤层气富集的关系

以华北陆块盆-山构造与岩石圈岩浆热结构演化研究为基础,以区内不同富集机制的含煤区域为研究对象,对华北典型地区盆-山演化、岩石圈转型及其与煤层气富集的关系进行了深入探讨。研究表明,华北典型地区盆-山动力学过程从中生代开始经历了挤压盆-山阶段、挤压盆-山向伸展盆-山转换阶段以及伸展盆-山阶段;华北岩石圈结构演化则经历了岩石圈增厚与稳定过程、岩石圈转型过程、岩石圈快速减薄过程等,且自古生代以来至少经历了两次以上具有时空不均一性的岩石圈转型。沁水盆地和两淮煤田的构造—热动力学环境有利于煤层气富集,且在挤压与伸展作用的转换和叠加过程中形成的构造过渡带是煤层气富集的有利构造单元。沁水盆地煤层气富集特征是岩浆—热作用有利于煤层气储集,而一定的构造变形有利于煤层气的渗流和开采;两淮煤田的强构造作用和后期叠加的张性应力场有利于煤层气的富集和储层的增渗,可在构造煤发育区寻找煤层气开发的有利区域。     

沁水盆地原始水动力场类型及其对煤层气排采的影响

水动力场研究在煤层气勘探开发中具有重要作用。本文首先讨论了基于煤层气井排采资料的水动力场研究方法,在分析沁水盆地柿庄区块原始水动力场特点的基础上,结合前人在盆地其他区块水动力场的研究成果,分析了沁水盆地原始水动力场的类型,进而探讨了水动力场类型对煤层气排采的控制作用。研究表明:沁水盆地自边缘向腹部依次存在重力驱动型、滞流型和压实驱动型三种类型的区域原始水动力场;重力驱动型和滞流型水动力场具备煤层气保存条件,含气量高,煤层气排采效果相对较好,而压实驱动型水动力场虽具备一定的保存条件,但因地层压力较高,煤层气井排水降压困难,产气效果较差;无论是在重力驱动型还是滞流型的区域水动力场中,局部的低势汇聚区具备煤层气保存和排采的有利条件,煤层气开发效果一般较好。在未来煤层气勘探开发过程中,应将重力流驱型或滞流型水动力场所在区域中的局部低势汇聚区作为煤层气开发的甜点区。     

沁水盆地煤层气同位素特征及成因类型初探

沁水盆地是我国煤炭的重要基地之一, 也是煤层气勘探开发的重要有利区块。在整合前人研究成果的基础上, 对沁水盆地煤层气成藏史和烃类气体 (主要以甲烷气体)C、H同位素的“指纹”信息进行对比, 初步探讨了煤层气形成的烃源岩性质和热成熟度; 对沁水盆地煤层气是否具有多源复合特征进行了分析, 并在此基础上对该盆地煤层气成因类型提出了新的认识。      

沁水盆地煤与煤层气地质条件

沁水盆地位于山西省东南部,含煤面积29 500km^2,煤炭储量5 100亿t,为特大型含煤盆地。通过分析沁水盆地煤层埋深、厚度、构造特征、顶底板岩性及煤储层特征,认为该区主要煤层含气量高,煤层割理、裂隙发育,煤变质程度高,煤层厚度大、埋深适度,构造简单,煤层气资源量大,产出条件优良,是我国煤层气勘探开发最有利的地区之一。     

煤变质作用对煤层气赋存和富集的控制--以沁水盆地为例

通过对国内外有关煤变质作用与煤层气形成、赋存和富集关系研究成果的系统总结，阐述了煤变质作用类型及煤变质作用程度与煤层气的生成、吸附量、煤储层孔隙—裂隙系统形成发育及煤层特性的相互关系，认为煤变质作用对煤层气赋存富集的影响集中体现在它对煤储层孔隙一裂隙系统形成发育过程的控制上。并以沁水盆地为例，探讨了高阶煤煤变质作用对煤层气赋存富集的控制作用，提出了对沁水盆地高阶煤煤层气勘探开发研究的几点思考和建议。     

鄂尔多斯盆地东缘构造-水文地质控气特征

基于大量野外地质工作,结合钻孔抽水试验资料分析,探讨了鄂尔多斯盆地东缘构造、水文地质条件及其对煤层气 保存的控制特征。结果显示,盆地边界近NS 向的压性断裂和褶皱构造发育,构造变形程度向盆地内部逐渐减弱,即盆地边 缘和内部的构造条件均有利于煤层气保存。依据构造、地下水补给及排泄条件和地貌等特征,研究区可划分为5 个水文地 质单元,西南部韩城单元的水动力条件强于东部各水文地质单元,东部各单元中又以柳林泉流域水动力条件最强,这种差 异在构造背景上的叠加,导致煤层气保存条件发生分异。中部黄河东断凹单元煤层含气量随埋藏深度的加深而增高,北部 柳林单元在柳林泉以西发育有利煤层气保存的地下水动力场条件,中南部龙门山单元北部的地下水动力条件可能有利于煤 层气保存,西南部韩城单元西北段地下水处于滞流环境而使煤层气保存条件较好。     

沁水盆地煤层气构造动力条件耦合控藏效应

构造动力条件涵盖诸多要素,综合分析这些要素与煤层气成藏效应之间关系,是全面认识构造动力条件控藏效应的基础。为此,本文采用盆地分析、构造应力场模拟、镜质组光性组构、构造曲率等方法,分析了盆地构造演化、构造应力场、盆内构造分异、煤储层构造变动等与煤层气成藏效应之间关系,探讨了有利于煤层气富集高渗条件发育的构造动力特点。研究表明：燕山期是控制煤层气成藏的关键时期,该期NW-SE向近水平挤压构造应力场作用下形成的次级褶曲和高角度正断层,奠定了盆地煤层气赋存规律的总体格局,使NNE-NE向次级褶曲成为主要的控气构造类型;构造动力通过煤储层改造程度对煤储层渗透性发育特点的控制,不仅体现于镜质组光性指示面形态及其空间展布特征,也使得中等程度的构造主曲率可能提供最有利于煤层气渗流的构造条件,导致现代构造应力场高主应力差有利于煤层渗透率的发育。耦合分析认为,沁水盆地煤层气成藏效应取决于上述构造动力学因素之间的合理配置,南部仰起端的阳城北、中南部西段的安泽—沁水、中部西侧的沁源周围、东部中段的武乡西北等4个地段,可能存在有利于煤层气成藏的构造动力学条件。     

区域构造热事件对高煤阶煤层气富集的控制

中国高煤阶含煤盆地经历了多期构造活动影响,使高煤阶煤层气藏具有其独特的复杂性。通过对沁水盆地高煤阶煤层气藏的实例进行剖析,从煤层的热演化程度,煤系地层的方解石脉、石英脉体中的包裹体温度和压力,磷灰石、锆石的裂变径迹古地温分析,中生代火成岩的同位素年龄,岩浆活动产生的大地热流值方面证明了构造热事件的存在。结合煤岩的热解实验分析发现,构造热事件过程中产生的高温、高压的环境促使煤层的生烃,提高了煤层的吸附能力,使沁水盆地煤层的含气量比美国同期形成的黑勇士盆地煤层含气量高5~13m3/t,岩浆侵入产生的温度变化是沁水盆地煤层气含气量欠饱和的原因之一,高温高压的地层环境改善了煤层的物性。     

鄂尔多斯盆地东缘煤层含气量的构造控制作用

针对鄂尔多斯盆地东缘不同地区煤层含气量分布不同的特点,通过分析三交-柳林、大宁-吉县和韩城地区的构造及其各主采煤层含气量分布特征,探讨了鄂尔多斯盆地东缘3个地区煤层含气量分布的构造控制作用。结果表明,燕山期构造运动是整个鄂尔多斯盆地东缘的关键构造事件;本区构造作用对煤层含气量分布的控制主要体现为控制煤层赋存状态,而构造部位、构造展布和构造性质,则控制煤的变质作用以及煤层气的保存条件;三交-柳林地区仅局部单斜构造为煤层气有利富集区,大宁-吉县地区煤层气赋存构造条件较好,应作为鄂尔多斯盆地东缘煤层气勘探开发的重点区域,韩城东部矿区煤层气赋存较差,且北压南拉的构造格局常造成含气量南低北高。      

沁水煤层气田高阶煤解吸气碳同位素分馏特征及其意义

沁水盆地是我国煤层气勘探开发的重要有利区,沁水煤层气田位于盆地东南部。对采自沁水煤层气田两口井的煤开展了罐解吸实验。结果表明,该地区煤层气解吸速率很快,96 h后解吸气量都达到了总解吸气量的60%~85%,720 h后解吸过程基本结束;解吸气量大,平均在18 m3/t以上。煤层气解吸过程中甲烷发生碳同位素分馏,δ13C1值变化与解吸率呈良好的线性关系,参考这种正相关关系曲线,定期监视煤层气降压排采过程中甲烷δ13C1值的变化情况,可以大致推测出该地区煤层气解吸率,从而预测煤层气的采出程度。跟踪测试沁水煤层气田A1和A1-3井在试采过程的甲烷δ13C1变化情况,推测现在采出的煤层气可能主要是煤层裂隙中以游离形式存在的煤层气,表明该区煤层气稳产性较好,资源前景广阔。     

滇东—黔西地区煤层气构造特征

煤层气在成煤过程中生成，并主要以煤层为储层的非常规天然气，通常甲烷组分占绝大部分，故亦称为煤层甲烷。甲烷以分子吸附状态，赋存于煤基质的巨大内表面上。滇东－黔西地区煤层气资源丰富，开发煤层气资源，为该区的经济腾飞将起到极大的推动作用。煤层气的勘探开发，须要研究形成煤层气的聚煤盆地的地质构造。地壳地质和深部构造是一个统一的整体。通过该区重力、磁力异常、ＴＭ遥感影像、古今地应力场研究，滇东－黔西地区，莫     

珲春盆地低煤阶煤层气富集规律

珲春盆地煤层气取得工业突破对我国低煤阶含煤盆地的煤层气勘探具有重要意义。通过对珲春盆地低煤阶煤层气成藏条件的深入剖析,探讨了低煤阶煤层气富集的主控因素及其成藏模式。结果表明,珲春盆地具有煤阶低、煤层多、煤层薄的特点,构造作用、沉积特征和岩浆岩侵入是其富集成藏的主控因素。盆地西部的褶皱和断层伴生带不仅为生物气创造有利环境,而且为煤层气二次成藏提供场所,形成"连续褶皱"富气模式;沼泽和天然堤微相的垂向叠置,使得作为煤层直接顶底板的泥岩和致密砂岩对煤层气起到更好的封闭作用;局部辉绿岩侵入体促使煤层再次生气,同时大大改善了煤岩的物性。因此,珲春盆地西部是煤层气高产富集区,具有巨大勘探开发潜力。      

沁水盆地石炭—二叠系煤层气成藏期研究

根据储层的成岩序次、油气包裹体特征及含烃盐水包裹体均一温度,自生伊利石K-Ar同位素年龄,结合构造热演化史及裂变径迹资料,对沁水盆地石炭—二叠系煤层及顶板砂岩煤层气成藏期次进行了综合研究。认为该气藏主要有两大油气充注过程:第一期发生在三叠纪末—早侏罗世,山西组、太原组主力煤层普遍处于成熟阶段,主要生成液烃、气液烃包裹体;第二期发生在晚侏罗世—早白垩世,对应于干酪根裂解气阶段,为煤层气大量生成阶段,是石炭—二叠系煤层气的主要成藏期。山西组顶板砂岩样品自生伊利石年龄约为191Ma,表明早侏罗世,伴随盆地抬升,从煤层中解吸附的油气向砂岩储层充注的最早时间。     

西北低阶煤中生物成因煤层气的成藏模拟实验

以往经验认为,具有商业价值的煤层气资源主要存在于中煤阶的煤层中,煤阶太低,一般含气量不高,不具有勘探价值.但是近几年来发现美国的粉河和澳大利亚的苏拉特等低煤阶盆地煤层厚度大,渗透率高,资源丰度大,含气饱和度高,可获得商业性的气流.从其气体的成因来看,其中有很大一部分是生物成因的煤层气.通过本次采用FY-Ⅱ型煤层气成藏模拟装置和西北低煤阶含煤盆地的煤岩样品开展了低煤阶生物成因的煤层气成藏模拟,从实验角度证明了中国西北地区虽然煤层煤阶较低,热成因气较少,但是却存在着具有商业价值的二次生物成因的甲烷气,再加上含煤层系众多,煤层厚度大,资源丰度极高,仍具有巨大的勘探潜力.