沁水盆地构造演化与煤层气的生成.pdfVIP

沁水盆地构造演化与煤层气的生成 李明宅杨陆武胡爱梅徐文军 (中联煤层气有限责任公司科技研究中心，北京，100011) 摘要沁水盆地面积约23923km2，蕴藏着丰富的煤炭资源和煤层气资源，是我 国重要的煤层气勘探区。本文主要从盆地演化的角度讨论了煤层的形成及其生气 潜力，认为沁水盆地南部是有利的煤层气勘探区块。 关键词 沁水盆地构造演化沁水盆地南受煤层气 1 沁水盆地构造演化特征 在影响煤层气生成和保存的众多地质因素中，以构造作用的影响最大，因为盆地的构 造特征和构造热演化决定着煤的聚集和生气作用。 1．1构造特征及成煤期后构造发育特征 沁水盆地位于晋中一晋东南地区，为近南北向的大型复式向斜，面积约23923km2。盆 地内次级褶皱发育，南部(古县一屯留一线至阳城)和北部(祁县以北)以近南北向褶皱 为主，局部近东西、北东和弧形走向的褶皱；中部(祁县至沁源)则以北北东向褶皱发育 为特点。断裂以北东、北北东和北东东向高角度正断层为主，集中分布于盆地西北部、西 南部及东南部边缘。该盆地处于长期抬升状态，具有内部褶皱发育、断裂不甚发育和煤系 地层广泛稳定分布的特点，区别于其西侧的鄂尔多斯盆地和东侧的华北东部断块含煤区， 前者煤系沉积后长期持续稳定沉降、上覆地层厚、构造简单，后者煤系沉积后又经历了强 烈的块断作用改造。 沁水盆地煤系地层沉积后，历经印支、燕山和喜山三次构造运动改造。印支期本区受 侯马一沁水一济源东西向沉积中心的控制，以持续沉降为主，沉积了数千米的三叠纪河湖 相碎屑岩，由北向南增厚。三叠纪末的印支运动，使华北地区逐渐解体，盆地开始整体抬 升，遭受风化剥蚀。燕山期内构造运动最为强烈，在自西向东挤压应力作用下，石炭系、 二叠系和三叠系等地层随山西隆起的上升而抬升、褶皱，形成了轴向近南北的复式向斜， 局部断裂并遭受剥蚀。同时，区内莫霍面上拱，局部伴有岩浆岩侵入，形成不均衡的高地 热场，使煤的变质程度进一步加深。由于该变质作用是在煤层被抬升、褶皱、剥蚀，上覆 静岩压逐渐减小的情况下进行的，因而对煤的割理及外生裂隙的生成、保存等均产生了有 别于深成变质作用的影响。喜山期区内受鄂尔多斯盆地东缘走滑拉张应力场作用，在山西 隆起区产生北西一南东向拉张应力，发育了山西地堑系，区内形成了榆次—介休一带的晋 中断陷，沉积了上千米的上第三系、第四系陆相碎屑岩，其他地区石炭系、二叠系和三叠 系等地层继续遭受剥蚀，并在北部和东南部因拉张而形成北东向正断裂，致使沁水盆地定 一36— 型于现今状态。 喜山构造期除晋中断陷、寿阳和屯留地区接受沉积外，盆地大部分地区继续遭受风化 剥蚀，使煤层埋深小于2000m的地区占盆地总面积的86％，成为国内少有的煤层埋深适 中，分布面积大，连续性好的含煤区。喜山期的拉张应力有利于煤层割理、裂隙的开启及 张性裂隙的生成，有利于渗透率的提高，尤其在割理及裂隙比较发育的次级褶曲轴部和北 东向断裂附近。 1．2盆地构造热演化分析 研究表明，目前华北晚古生代煤层的埋藏类型主要为沉降抬升型(V型)，因此煤层 气的保存取决于煤层曾经达到的最大埋深及喜山期后上覆地层的剥程度。在阳城一翼城地 区，印支晚期以来地层总体上处于持续上隆的剥蚀状态，但上古生界煤系底界的最大埋深 曾达4400m，煤层被抬升至气体逸散带的时间距今仅有500万年左右，逸散时间较短，有 利于煤层气的保存。这是该区煤层含气量和含气饱和度均较高的重要原因之一。 在二叠纪一三叠纪，盆地处于台地型的均衡大地热流体制下，地温随埋深增大而升 高。此间山西组底部的地温由45℃升到130℃左右。二叠纪时含煤地层地温低，热演化速 率很慢，为0．01％／百万年左右，二叠纪末山西组底部有机质仅达褐煤演化阶段。三叠纪 时热演化速率加快，为0．03％／百万年左右，山西组底部可达到焦煤、瘦煤、贫煤阶段。 燕山期该区及邻区的地幔拱隆，大地热流值背景值升高，加之差异埋深，导致区内有机质 不均衡热演化。在盆地边缘地带，侏罗纪热演化速率明显变慢(0．009％／百万年)，白垩 纪时更慢(0．005％／百万年)。在白垩纪末，盆地边缘地带山西组底部有机质热演化达瘦 煤阶段，盆地中部抬升幅度小，有机质热演化速率为0．01％／百万年，相当于边缘地带的 20倍，此时的煤阶已达无烟煤阶段。新生代时期，盆地边缘热演化已经停止，但在盆地 中部，镜质体反射率仍以0．008％／百万年的速率继续增加