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．     

沁水盆地煤层气富集单元划分

通过分析研究影响沁水盆地煤层气富集的构造动力条件、热动力条件和水动力条件,进而以沁水盆地形成的构造动力条件为基础,结合热动力条件和水动力条件,对沁水盆地煤层气富集单元进行划分。研究结果表明:沁水盆地可以划分为4个地质构造单元、9个煤层气富集区,并通过可采性评价,确定了2个煤层气开发有利区和3个较有利区;煤层气富集是构造动力条件、热动力条件和水动力条件综合作用以及时空匹配的结果,这3个条件的合理配置才能形成煤层气开发的有利区块。      

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。     

鄂尔多斯盆地与沁水盆地中生代晚期地温场对比研究

鄂尔多斯盆地和沁水盆地都为大型的沉积盆地，中间以吕梁隆起相隔开。本文通过镜质体反射率、磷灰石裂变径迹、包体测温等古地温研究方法确定了鄂尔多斯盆地和沁水盆地中生代晚期的古地温梯度和古大地热流，鄂尔多斯盆地为３.３～４.３℃/１００ｍ及８１～９５ｍＷ/ｍ２，沁水盆地为６.１℃/１００ｍ及１０６ｍＷ/ｍ２。沁水盆地和鄂尔多斯盆地古地温梯度和大地热流值都较高且沁水盆地高于鄂尔多斯盆地说明中生代晚期存在一次构造热事件，构造热事件发生在晚侏罗世-早白垩世。这次构造热事件提高了气源岩的热演化程度，加速了天然气的形成。     

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。     

华北克拉通中部沁水盆地热演化史与山西高原中新生代岩石圈构造演化

以沁参1井地质资料为基础,结合沉积构造演化及邻区对比等,以磷灰石裂变径迹分析为主要手段,配合锆石裂变径迹、矿物流体包裹体、有机质镜质体反射率、区域岩浆活动及盆地演化分析,较系统地研究了沁水盆地晚古生代以来的区域构造运动与构造演化。并以此为基础探讨了山西高原中—新生代岩石圈构造热演化与高原的隆升过程,提高了对沁水盆地的地质评价,为下一步研究华北克拉通东部沁水盆地及邻区的古地热演化历史奠定了基础。     

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。     

沁水盆地晋中地区构造特征及圈闭评价

在构造演化、井震结合、二维地震资料精细解释的基础上,分析沁水盆地晋中区块断裂特征。通过工区断裂分布及组合、构造背景及演化,确定主干断层,将晋中区块划分为晋中断陷、太谷斜坡、太谷凸起、榆社斜坡、武乡凹陷五个构造单元。编制并研究构造图,分析圈闭要素。综合研究后认为,工区内成藏的有利区带在榆社斜坡构造带上,为盆地后续的勘探开发工作提供借鉴。     

沁水盆地地层剥蚀量研究

沁水盆地自晚三叠世以来不断抬升,遭受了多次剥蚀,但其累积剥蚀量一直悬而未决,不利于盆地模拟和资源评价。本文在沁水盆地沉积-构造演化史、热演化史研究的基础上,根据野外露头和钻井资料,以镜质体反射率反演方法为主,辅以声波时差法和构造剖面法,较为准确地确定了沁水盆地中新生代以来的累积地层剥蚀量。研究表明,沁水盆地石炭-二叠系煤层在燕山运动时期遭受最高地温,其后回返抬升并伴有地温梯度下降。参照济阳坳陷连续沉积剖面建立了镜质体反射率与深度的关系,经地温梯度校正后,计算出了沁水盆地石炭-二叠系最大埋深,从而得到其此后抬升过程中的累积剥蚀量,经与声波时差法、构造剖面法计算结果对比,三者计算结果较为符合。研究结果表明,晚三叠世以来沁水盆地累积地层剥蚀量在1400～3300m之间,其中盆地中部剥蚀量较少,一般小于2500m,盆地边缘剥蚀量较大,可达3000m以上。主要剥蚀时期为晚白垩世至新近纪,地层剥蚀量可达2000m以上;其次为晚三叠世至早侏罗世,地层剥蚀量一般小于1000m。     

山东省大地构造单元组成、背景和演化

通过对沉积建造、岩浆活动、构造变动等形成背景研究,结合区域对比,提出了山东省不同地质年代大地构造单元组成和演化过程。山东省早前寒武纪基底属华北克拉通东部陆块群的胶辽微陆块、渤鲁微陆块和迁淮微陆块,经历了不成熟陆壳向成熟陆壳转化、陆壳拼贴和弧陆碰撞等演化过程。中-新元古代分别属华北克拉通和大别-苏鲁造山带的组成部分,经历了大陆裂解与聚合的演化过程。古生代处于华北陆表海盆地、华北板块东南缘被动大陆边缘和大别-苏鲁裂谷环境,经历了由海相沉积--陆相沉积转化的海陆变迁演化。中生代是板块构造演化转换和构造体制转折期,早期受华北板块与扬子板块碰撞作用制约,表现为挤压构造体制;中晚期受太平洋板块向欧亚板块俯冲作用制约,构造体制转换为伸展为主。中新生代构造单元可划归滨太平洋构造域,在基底构造单元的基础上形成了若干受伸展构造体制控制的隆起、盆地和凸起、凹陷等上叠构造单元。中新生代经历了早中生代的挤压改造、晚白垩世至中渐新世的拉张聚敛、中渐新世至早上新世的扩张断陷和晚上新世至全新世的俯冲沉降的大地构造演化过程。     

基于多元回归分析的煤储层高渗区预测——以沁水盆地为例

煤储层的渗透性是控制煤层气开采的主要储层参数之一。本文以沁水盆地为例,在总结我国煤储层渗透性特征的基础上,依据煤储层渗透性的影响因素,用多元回归分析方法建立煤储层渗透性预测模型。沁水盆地煤储层渗透性的多元回归方程,具有较高的拟合度。预测结果显示,沁水盆地有利于煤层气开发的高渗区,主要集中在南部的潘庄-阳城、北部的阳泉-寿阳及太原西山煤田等地区。      

沁水盆地地层剥蚀量研究

[摘 要]沁水盆地自晚三叠世以来不断抬升,遭受了多次剥蚀,但其累积剥蚀量一直悬而未决,对盆地模拟和资源评价产生了不良影响。本文在沁水盆地沉积-构造演化史、热演化史研究的基础上,根据野外露头和钻井资料,以镜质体反射率反演方法为主,辅以声波时差法和构造剖面法,较为准确地确定了沁水盆地中新生代以来的累积地层剥蚀量。研究表明,沁水盆地石炭-二叠系煤层在燕山运动时期遭受最高地温,其后回返抬升并伴有地温梯度下降。参照济阳坳陷连续沉积剖面建立了镜质体反射率与深度关系,经地温梯度校正后,计算出了沁水盆地石炭-二叠系最大埋深,从而得到其此后抬升过程中的累积剥蚀量,经与声波时差法、构造剖面法计算结果对比,三者计算结果较为符合。研究结果表明,晚三叠世以来沁水盆地累积地层剥蚀量在1400～3300m之间,其中盆地中部剥蚀量较少,一般小于2500m,盆地边缘剥蚀量较大,可达3000m以上。主要剥蚀时期为晚白垩世至新近纪,地层剥蚀量可达2000m以上;其次为晚三叠世至早侏罗世,地层剥蚀量一般小于1000m。     

山西煤层瓦斯分布规律研究

山西晚古生代含煤岩系是华北大型聚煤盆地的一部分,晚石炭世至中生代三叠纪为连续沉积,煤层埋藏深度、深成变质作用由北往南逐渐加深,生烃量也相应增多;燕山期是构造变形最为强烈的时期,也是侏罗纪聚煤盆地的形成期,大同、河东、宁武、沁水等4个聚煤(气)盆地构造格局基本形成,煤变质仍然是随埋深的加大而增高,属再次深成变质作用,煤化程度进一步加深,生烃作用持续发生;喜马拉雅期为强烈拉伸的构造环境,造就了山体整体抬升和雁行排列的新裂陷盆地的沉降。就山西煤层瓦斯而言,上覆基岩厚度是煤层瓦斯保存的主控因素,其次为岩浆活动、不同构造类型及水文地质条件等。区域岩浆热变质作用表现为在深变质作用背景上的叠加效应,山西境内的两个东西向高变质带与岩浆岩体的分布吻合,使阳泉矿区和晋城矿区成为煤层瓦斯(煤层气)开发利用基地;从聚气构造背景来说,封闭型构造使煤储层中瓦斯含量较高,如沁水盆地的沁南区、古交、邢家社、东社区以及河东盆地的石楼、大宁—吉县区、三交—柳林区,瓦斯含量在10～15m3/t或更高;开放型构造具有逸散煤层瓦斯的便利通道,瓦斯含量较低,如河东盆地的离石矿区、沁水盆地霍西构造区以及浑源、五台煤产地等。     

江苏响水至内蒙古满都拉地学断面

响水至满都拉地学断面全长1200km,由东南向西北斜跨中朝板块及其古大陆边缘,穿过苏北-胶南地体,鲁西块体、华北裂谷盆地、太行-五台块体、鄂尔多斯块体,呼和浩特-包头盆地、阴山块体和内蒙褶皱系等8个构造单元。在综合研究现有地质、地球化学和地球物理资料的基础上,按照全球地学断面(GGT)编图指南的统一要求,进行研究并编成展示图。揭示了中朝板块克拉通化的过程及其与古大陆边缘过渡带的关系,以及后期遭受改造产生的板内构造和板内动力学特征。     

南华北盆地与东秦岭—大别造山带的耦合关系

南华北盆地包括周口坳陷和合肥坳陷 ,是横跨在华北地块南部和华北地块南缘构造带之上的具有挤压和伸展双重性质的叠合盆地。受东秦岭—大别造山带的影响 ,它在中生代表现为东秦岭—大别山北麓冲断带前沿的前陆盆地 ,到新生代转化为断陷盆地。区域上 ,南华北盆地和东秦岭—大别造山带跨越四大构造单元 ,由南向北依次为扬子板块、南秦岭—大别 (包括南大别碰撞杂岩带和北大别弧杂岩带 )构造带、北秦岭—北淮阳构造带、华北地块南缘构造带和华北板块。其间分布着 5条主要断裂 ,即襄樊—广济断裂、桐柏—磨子潭断裂、方城—舒城断裂、确山—合肥…     

鄂尔多斯盆地古生代演化的大地构造约束

古生代是中国中部多个微板块开始相互拼接、碰撞的重要时期。而鄂尔多斯盆地位于华北板块西部,处于多个微板块的交接部位,受微板块相互作用的制约,盆地隆凹构造格局于奥陶纪、石炭纪和二叠纪分别发生三期转型,构造格局转型成为探索微板块之间的相互作用方式及其在盆地内部响应的重要线索。根据鄂尔多斯盆地构造演化等方面的地质背景,将其简化为近似直角梯形的等厚各向同性弹性薄板模型,并根据当时的大地构造背景设定多种可能的边界条件,对盆地隆凹构造格局进行了数值模拟。模拟结果发现只有一种特定边界条件下,隆凹格局的最终形态及其演化过程与地质事实相似,说明盆地内部的隆凹格局是在特定构造体制背景下发育的一种结构。数值模拟结果显示早古生代华北板块的南、西边界同时受到规模相近的洋-陆碰撞的约束,盆地南西角顶部位发育了“L”状的边缘隆起;至晚古生代盆地南、北边界附近的陆-陆(或者弧-陆)相互作用已成为大地构造的主要特色,早期华北板块与南、北两侧板块的接触面积有限,作用力相对微弱,盆地西边界相对固定,盆内构造以南北向展布的细腰状隆起为主要特征;随着板块间接触面的不断扩大,板块边界的挤压作用也持续加剧,受之影响,盆地古地理相带分界线总体呈东西向展布,而...     

沁水盆地南部煤层气地球化学特征及影响因素

为进一步厘清沁水盆地高阶煤煤层气富集机理,综合运用地球化学分析测试技术,系统刻画了沁水盆地南部煤层含气量和煤层气分子组成特征,初步探讨了其影响因素。研究结果显示沁水盆地南部各区块煤层含气量呈南高北低分布趋势。煤层含气量与煤化程度具有显著正相关性,这可能与煤层内有机孔隙发育关系密切;与煤层厚度,尤其薄煤层厚度(≤2m)具显著正相关性,当煤层厚度大于2m时这种相关性反而不甚明显,表明研究区煤层气赋存状态以吸附态为主,薄煤层中气体饱和度相对较低;含气量与煤层埋深和上覆地层剥蚀量之间在南部区块没有显著相关性,在北部区块呈现出弱相关性,表明煤层气主要以吸附态存在,北部区块保存状况可能相对较好。研究区煤层气属于典型干气,南部区块煤层气甲烷含量和稳定碳同位素值均较北部区块高,非烃气体含量则相对较低。煤化作用程度是控制煤层气分子组成和煤层甲烷稳定碳同位素组成的重要因素。煤层气吸附-解吸-扩散-运移散失可导致煤层气富含CO_2,甲烷稳定碳同位素值偏重。次生生物气的生成对部分煤层甲烷稳定碳同位素组成影响显著。该研究对于寻找沁水盆地煤层气"甜点"区具有重要意义。     

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。