譚 龍 泉

(山西省煤炭地質(zhì)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(zhì)構(gòu)造演化的分析，證明地質(zhì)的構(gòu)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(jīng)過了多次的地質(zhì)構(gòu)造演變，最終形成現(xiàn)在的地質(zhì)構(gòu)造和煤層氣蘊(yùn)含之間形成緊密的關(guān)系，從構(gòu)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(yùn)藏的重要部分，但是不利于煤層氣的高產(chǎn)，在盆地的南部，既是煤層氣儲(chǔ)存比較豐富的地方，也是煤層氣高產(chǎn)的地方，西部地區(qū)同北部一樣，蘊(yùn)含著比較豐富的煤層氣資源，但是沒有高產(chǎn)。

1 煤層氣系統(tǒng)的地質(zhì)和構(gòu)造演變過程

煤層氣是一個(gè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，它是自身附著在煤層中的，所以，可以說煤層氣系統(tǒng)是一個(gè)獨(dú)特的油氣系統(tǒng)，當(dāng)然，在其形成和蘊(yùn)藏過程中會(huì)受到各種各樣的影響因素。有相關(guān)的研究表明，地質(zhì)構(gòu)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(chǔ)層壓力等等這些地球物理因素都與煤層氣的形成和蘊(yùn)藏有緊密關(guān)系。但是這些因素中，對煤層氣形成和蘊(yùn)藏最重要和最直接的因素是地質(zhì)的構(gòu)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(chǎn)情況。山西沁水盆地已經(jīng)經(jīng)歷了多起的地質(zhì)作用，這就使得沁水煤田的煤層氣系統(tǒng)變得十分復(fù)雜。

1.1 地質(zhì)構(gòu)造特征

煤層氣是學(xué)名，有一個(gè)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(chǔ)的非常規(guī)型天然氣，這種天然氣由于獨(dú)特的非常規(guī)性，所以不合理的開發(fā)就會(huì)很容易造成瓦斯事故，因此，在開采天然氣的時(shí)候，要注意合理開發(fā)，才能減少由于技術(shù)不當(dāng)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(fā)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(jié)構(gòu)和提高能源利用率都具有十分重要的意義。

全國第一個(gè)探明的大型整裝的煤層氣田就是沁水盆地，已探明的預(yù)測資源儲(chǔ)量和已經(jīng)探明的儲(chǔ)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(gè)有寒武—奧陶系為基地的大溪行石炭—二疊紀(jì)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(xiàn)NS向，盆地中的斷裂不再發(fā)育，主要是分布在盆地的邊緣，有大量的研究表明，從晚古時(shí)代以來，沁水盆地已經(jīng)經(jīng)過了多期的地質(zhì)構(gòu)造演變活動(dòng)，給沁水煤田提供了直接的條件。早期，在石炭—二疊紀(jì)時(shí)代，沁水盆地當(dāng)時(shí)并不是一個(gè)獨(dú)立的盆地，而是作為華北盆地的一個(gè)組成部分，含煤的沉積序列也主要是出現(xiàn)在華北地區(qū)。此后的早三疊世末期，華北盆地在地質(zhì)作用的形式下，格局發(fā)生了巨大變化。

煤層氣賦存地塊與其他地塊在地質(zhì)結(jié)構(gòu)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(jìn)行研究過程中，應(yīng)認(rèn)真分析其地質(zhì)構(gòu)造特征，做到根據(jù)地質(zhì)構(gòu)造的實(shí)際特點(diǎn)，重點(diǎn)對比地質(zhì)構(gòu)造與其他地質(zhì)形式的差異，找出地質(zhì)構(gòu)造的具體類型，掌握沁水煤田煤層氣賦存區(qū)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(chǔ)。

自中三疊世開始，全國統(tǒng)一的穩(wěn)定古地理格局也開始瓦解了，出現(xiàn)了西厚東薄的格局，并且很多地區(qū)都沒有晚三疊世和下侏羅紀(jì)，這就說明全古地理的格局已經(jīng)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(gè)時(shí)候，不整合的普遍進(jìn)行發(fā)育，這就說明晚三疊世地層開始印支運(yùn)動(dòng)已經(jīng)強(qiáng)烈影響到山西地區(qū)，并且在印支期的構(gòu)造應(yīng)力場的作用下，早古生代碳酸鹽巖中出現(xiàn)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(yùn)動(dòng)活動(dòng)更加強(qiáng)烈，對山西地區(qū)的影響更加顯著，在這幾個(gè)時(shí)期中，總體上印支在SN上的運(yùn)動(dòng)對沁水盆地的影響不大，地質(zhì)的構(gòu)造也沒有十分明顯，但是使得盆地在南北邊緣上出現(xiàn)了一定的抬升，這就是形成了沁水盆地的雛形。

燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期，沁水盆地主要是受到了擠壓抬升和褶皺的作用。根據(jù)相關(guān)的研究發(fā)現(xiàn)，沁水盆地及其周圍的地區(qū)都是呈現(xiàn)NNE向的擠壓應(yīng)力，與燕山運(yùn)動(dòng)時(shí)期的走向近乎是平行的，在地球地質(zhì)構(gòu)造的應(yīng)力場作用下，燕山運(yùn)動(dòng)期形成的斷層再次進(jìn)行運(yùn)動(dòng)活動(dòng)，使得現(xiàn)在的沁水盆地更加復(fù)雜化，現(xiàn)在的沁水盆地總體上是從第三或第四紀(jì)以來的構(gòu)造特征，盆地的中部和南部以及北部主要是呈現(xiàn)為近乎水平式的伸展應(yīng)力場，主要是表現(xiàn)為NW～SE向，仰角比較小，而且比較穩(wěn)定，盆地的西部地區(qū)則是呈現(xiàn)為NNW～SSE向水平擠壓應(yīng)力場?，F(xiàn)在的沁水盆地主要是NE～SW走向，仰角的度數(shù)也比較大，一般是40°～65°之間，總體趨勢還是南北區(qū)，東西分帶走向，這也就直接導(dǎo)致了煤層氣的成藏和高產(chǎn)情況。

煤層氣的主要形成過程是在燕山運(yùn)動(dòng)期，這個(gè)時(shí)候的沁水盆地構(gòu)造活動(dòng)比較明顯，主要擠壓抬升和褶皺作用，盆地內(nèi)主要是寬緩的褶皺，同時(shí)，盆地局部有強(qiáng)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(tǒng)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(tǒng)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(wěn)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(hào)層是主要的煤層。

從目前掌握的信息來看，煤層氣系統(tǒng)埋深和含氣量是衡量煤層氣賦存情況的重要指標(biāo)。在具體分析過程中，應(yīng)對煤層氣系統(tǒng)埋深和含氣量數(shù)據(jù)進(jìn)行對比，并找出煤層氣系統(tǒng)埋深和含氣量的具體數(shù)據(jù)，為煤層氣的開采和煤田生產(chǎn)提供有效的數(shù)據(jù)支持。所以，找準(zhǔn)煤層氣系統(tǒng)埋深和含氣量特征，是做好煤層氣開發(fā)的關(guān)鍵，同時(shí)也是解決煤層氣開發(fā)過程中技術(shù)問題的重要措施。

2 煤層氣富集的有利區(qū)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(gòu)造帶高曲率發(fā)育區(qū)，煤層斷裂是應(yīng)力場作用的結(jié)果，煤儲(chǔ)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(chǔ)，但是，這個(gè)地區(qū)的煤層氣產(chǎn)量卻不高，主要是因?yàn)檫@個(gè)地區(qū)的滲透率分布不是相同的強(qiáng)度，而且斷裂和巖溶陷落柱發(fā)育十分好，所以這個(gè)地區(qū)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(gè)地區(qū)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(gè)地區(qū)多次受到各種地質(zhì)的構(gòu)造作用，NNE向斷裂發(fā)育，是十分有利的裂縫帶發(fā)育區(qū)間，而且地下水穩(wěn)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(yùn)藏，而且能夠保障煤層氣的高產(chǎn)。

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

3 區(qū)塊地質(zhì)特點(diǎn)

沁水盆地經(jīng)歷了多個(gè)時(shí)期的地質(zhì)構(gòu)造演變過程，主要是印支期運(yùn)動(dòng)、燕山期的構(gòu)造運(yùn)動(dòng)、喜山期早期和晚期構(gòu)造運(yùn)動(dòng)，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(xiàn)，為煤層氣的形成奠定了基礎(chǔ)，煤層氣的主要形成階段是在燕山運(yùn)動(dòng)中期。

從地質(zhì)的構(gòu)造上來看，沁水盆地主要是復(fù)向斜構(gòu)造，兩邊比較平緩，南北寬而中間比較窄，地質(zhì)的構(gòu)造和含氣量有著明顯的關(guān)系，在構(gòu)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(gè)非常大的、并且有利開采的煤層氣系統(tǒng)，煤層氣的主要有利區(qū)塊主要是盆地南部和中部，沁水盆地中部沁源地區(qū)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(yùn)藏和高產(chǎn)區(qū)域。對于沁水盆地的北部陽泉—壽陽區(qū)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(qū)屯留—襄垣區(qū)域也是由于靠近泄水區(qū)，雖然是煤層氣成藏的有利地區(qū)，但是不利于高產(chǎn)。所以，正確分析煤層氣區(qū)塊的地質(zhì)特點(diǎn)，是解決煤層氣開采問題的重要手段，同時(shí)，做好區(qū)塊特點(diǎn)的了解，能夠?yàn)閰^(qū)塊開發(fā)提供數(shù)據(jù)保證。

4 結(jié)語

沁水煤田位于沁水盆地，是西部地區(qū)比較重要的煤炭產(chǎn)地，煤炭蘊(yùn)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(dāng)可觀。加大對煤層氣的開發(fā)利用，能夠加快解決西部地區(qū)的能源緊張和經(jīng)濟(jì)增長的矛盾問題，開發(fā)和利用煤層氣能夠既利用現(xiàn)在的能源，又能夠減少溫室氣體的排放。所以，開發(fā)和利用煤層氣是現(xiàn)代的必然選擇。

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