報告-xin盆地煤層氣機理與開發(fā)前景研究

目前 煤層氣地質背 概 水文地 古地熱場特征與煤的生烴演 沁水盆地煤儲層特 構造應力場與滲透率預 試井滲透率與曲率對應關 煤層氣規(guī)律與類 沁水盆地煤層氣模式分 勘探開發(fā)技術及其適宜性分 壓裂技 沁水盆地煤層氣開發(fā)實例分 7.1示范工程項目分 結 沁水盆地煤層氣資源開發(fā)前 近期規(guī) 經(jīng)濟評 結 前量為69235.477×108m3，約占煤層氣資源量的20％。不僅如此，沁水盆地發(fā)利用高技術示范工程—先導性試驗項目一舉獲得商業(yè)化開發(fā)成功，第一個商業(yè)化煤層氣生產(chǎn)。、的、的根新次

、、 封、、人在區(qū)內(nèi)進行過地質工作了有關專著建國后有關地質勘探部門、9051：100000西省煤田地質局對沁水盆地周邊1000m以淺的廣大地區(qū)進行了不同級別的煤田1200000巖相和地層劃分。90年代地礦部第九普查大隊和華北石油管理局在沁水盆地進行過石油天然氣勘查工作，在盆地中深部施工了10條測線。在局部地區(qū)進行了地面電法勘探。近十年以來中聯(lián)煤層氣國石油公司等先后投入一定和工作量在沁水盆地進行了煤層氣地面勘探開發(fā)試驗工作，到目前共施工了600時還在沁水盆地南北兩端完成了9條勘探線，總共506km長的二維勘試驗井組的潘2＃井，最高日產(chǎn)量達9428m3/d，由中聯(lián)公司施工的棗園井組已形15TL-0037000m3，達到相當可觀的煤層氣日產(chǎn)氣量。特別是TL-007井單井日產(chǎn)量達16303m3，是15000m3的高產(chǎn)煤層氣井。實際排采情況充分表明沁水754m3，探明可采儲量407億m3。成為我國第一批國家認定的煤層氣探明儲量，為沁水盆地煤層氣隨著沁水盆地煤層氣商業(yè)化開發(fā)進展，深入研究沁水盆地煤層氣的機商業(yè)化煤層氣生產(chǎn)提供理論依據(jù)和技術支持為此中聯(lián)公司自設立《沁水盆地煤層氣機理及開發(fā)前景》專題研究項目。采性之間的相關關系，探討煤層氣作用機理。在構造形變與裂隙分布規(guī)律1、系統(tǒng)收集沁水盆地以往煤田地質勘探、油氣地質勘探、勘探資料和種基礎分析圖件，比例尺1：250000（具體圖件見附圖 資料，研究水動力場特征及其控氣作用，進一步探討煤層氣機理。為了高水平地完成課題的任務，項目組全體成員協(xié)力，克服諸多，11914162010煤層氣勘探鉆井（孔）5615210實際鉆井（孔）1311462029二維勘探解釋剖面9條、500km長212組；收集整理節(jié)理、裂隙資料500余組；追蹤描述地層剖面4條；并對煤層氣勘探井以及棗園井組、潘莊井組進行了現(xiàn)場實地，拍攝100余張。845對全盆地進行了趨勢面分析利用山西組3#煤層實際鉆孔數(shù)據(jù)1620個，23815#1421個，盆地深部推測數(shù)據(jù)252個。編寫趨勢面分析計算機程序，繪制沁水盆地3#、15#煤層底1-5次趨勢等值線圖及剩余等值線圖；727組；15#817組，盆地深部高程推6873#、15#組，利用離散點(xi，yj)及其鄰域內(nèi)的8個點的基礎數(shù)據(jù)，用三次曲面擬合離散點407行語句。83#煤層底板標923281237151232521237個單元節(jié)點上進行轉動9321沁水盆地位于山西省東南部，地理坐標為：北緯35°15′～38°10′，東經(jīng)111°45′～113°45′，盆地長軸總體呈NNE向延伸，中間收縮為橢圓狀，南北320km，180km，3.1km2。NNE向，盆地的其他地向主要為近NS布在盆地的邊通八達，有太（家莊（治-邯（鄲 圖1-1交通位置示意1－1400—900mm1500—2000mm地層及含煤地區(qū)域地層行煤層氣勘探的主要層系（1-11-1新界上侏中中界下上三中巖組成，厚度下石千峰晚生二上下石上厚度35～90m早生奧中含煤地島沉積體系的復合沉積體系。地層厚度59—125m，70m支流間灣開始過渡到三角洲平原相，地層厚度8—90m，一般50m左右，巖性為K7砂巖6.5m23.6m左右。整個沁水盆地煤層總厚度呈現(xiàn)“三高兩低”的格局，大體呈NE向條水—長子—屯留地區(qū)，煤層厚度一般8～12m；貧煤區(qū)自北向南有兩個帶，即：霍2m區(qū)域沉積環(huán)境演中石炭世（本溪組沉積期，盆地整體沉降，在經(jīng)歷了長期風化夷平的中奧2-3（太原組沉積期原組底部的晉祠砂巖和吳家峪灰?guī)r，晉祠砂巖厚度及粒度變化特征指示了一個4—5—濱外碳酸鹽陸棚—瀉湖相的多次次一級的海水進退旋回演化序列，沉積環(huán)境垂向演化總的規(guī)律是陸表海清水沉積與渾水沉積交替出現(xiàn)，構成濱外碳酸鹽陸棚—障壁砂壩混合體系的巖相古地理演化序列，煤層主要在瀉湖淤淺而成的泥炭沼澤中。23號煤層。晚二疊世早期（上石盒子組，隨著海岸線的向南遷移，區(qū)內(nèi)廣大地區(qū)被河晚二疊世晚期，研究區(qū)仍為河流、湖泊并存，在泛濫盆地湖泊進一步發(fā)育，湖泊中有薄層淡水石灰?guī)r或泥灰?guī)r沉積，表明該期湖泊相沉積較早期有發(fā)展擴大的趨勢。含煤巖系沉積古地3#15#煤為全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育的主要煤山西組主煤層（3#煤）沉積古地3#煤在研究區(qū)全區(qū)分布，厚度一般為0.53～7.84m，南厚北薄，主要在盆地東分布區(qū)對煤層發(fā)育有影響外，廣大地區(qū)煤層賦存穩(wěn)定（1-2太原組主煤層（15#煤）沉積古地（1-3。聚煤期聚煤作用先從中部的障壁島、瀉湖區(qū)開始，形成多個煤分3～41-21-3煤層煤1、煤層空間規(guī)律和控制因沁水盆要煤層賦存于太原組和山西組，煤層總厚度變化在3.65～18.5m之間其平面規(guī)律在南北方向上總體是由北向南煤層增厚在東西方向上，0～16m10.64m13.71m。和-8.7～15.7912.21m。在屯留-3.65～18.5之11.05m3.65m。在高平-9.7～14.97m11.51m左右。4.35～11.795.79m。在晉城地區(qū)，主要煤系煤層總厚度在10.24～15.3m之間，平均13.03m。在沁北-地區(qū)，主要煤系煤層總厚度相對來說比較薄，一般在4～9m之間，平均8.98m。沁水盆要煤1-4所示。厚度厚度50壽 陽 沁 和佐-垣

1-42、太原組煤層總厚度及主采煤層(15號煤)太原組煤層總厚度變化范圍在0～16.9m之間。總體上表現(xiàn)為北厚南?。▓D1-5。從太原組煤層等厚線圖（圖1-6）可以看出，在沁水盆地東北部壽陽、和順—一帶，以及沿著盆地東部及東南部煤層露頭帶附近，太原組煤層厚度大于6m。就其地區(qū)而言，在壽陽地區(qū)，煤層厚度變化范圍在3.44～16.89m之間，平均厚度在8.25m。在陽泉地區(qū)，煤層厚度變化范圍在8.3-16.7 m之間，平均厚度在11.3m。在和-佐及襄垣地區(qū)，煤層厚度變化在4.6～11.36m之間，平均厚度在7.65m。在屯留-長子地區(qū)，煤層厚度變化在0.77～10.68m之間，平均厚度在6.46m在高平-樊莊地區(qū)煤層厚度變化在3～8.52m之間平均厚度在5.69m。在沁北-地區(qū)，煤層厚度變化在1～6.25m之間，平均厚度在3.98m。在沁源地區(qū)，煤層厚度變化在0～10.39m之間，平均4.47m.在晉城地區(qū)，煤層厚度變化3.1～11.56m6.69m。8厚度厚度420壽 陽

和佐-襄 屯留-長 高平-樊

沁 沁北-晉1-515煤厚度變化在0～10.3m之間（圖1-7。其平面規(guī)律（圖1-8）總體明顯。就地區(qū)而言，在壽陽地區(qū)，煤層的厚度變化在0.27～5m3.5m左右。在陽泉地區(qū)，煤層厚度變化在4.18～10.3m之間，平均厚度在5m左右。在和-佐及襄垣地區(qū)，煤層厚度變化在0.5～8.05m之間，平均厚度在3.0m左右。在屯留-0.84～6.4m3.5m左右。在高平-樊莊地區(qū)，煤層厚度變化在1.15～5.53m之間，平均厚度為2.5m左0～4.67m2m左右。在沁北-地區(qū)煤層平均厚度在1.8m左右在晉城地區(qū)煤層厚度在1.08～3.94m2.6m左右。55324厚度厚度210壽 陽 和佐-襄垣屯留-長子高平-樊 沁 沁北-晉1-715 1-6太原組煤層總厚度等值線圖（ 90196 901-8沁水盆地太原組15（33山西組煤層總厚度變化范圍一般在0～8m之間。其平面規(guī)律總體上表現(xiàn)為北薄南厚（圖1-9。從煤層等厚線圖（圖1-10）上可以看出，和—佐區(qū)、沁源區(qū)東部至潞安一帶、以及區(qū)有3個厚煤帶分布。就地區(qū)而言，在壽陽和陽0～4.78m2.4m左右。在和-佐及襄垣地區(qū)，煤層厚度變化在1.43～6.13m之間，平均厚度在3.56m左右。在屯留-長子地區(qū)，煤層厚度變化在3.13～7.37m之間，平均厚度在5.6m左右。在高平-樊莊地區(qū)，煤層厚度變化在3～7.63m之間，平均厚度在5.82m左右。在沁北-地區(qū)煤層厚度變化在1.05～7.75m之間厚度在5.0m左右在沁源地區(qū)，4.45～7.25m6.3m左右。565煤厚煤厚3210壽 陽 沁 和佐-襄垣沁北-屯留-長子-樊 晉1-9并且在盆地南部，由西向東煤層變厚的趨勢比較明顯（圖1-11和圖1-12。就不0～5m之1.5m左右。在和-0.3～2.75之間，平均厚度在1.5m左右。在屯留-長子地區(qū)，煤層厚度在1.2～8之間，煤層厚度變化范圍大，但主要集中在5m左右，平均厚度在5m左右。在-樊莊地區(qū)，煤層厚度在1.5～6.92m之間，平均厚度在5.5m左右。在沁北-地區(qū)，越往東南煤層越厚煤層厚度在0.15～3.69之間均厚度在2m左右在沁源地區(qū)，0～1.73m1m左右。在晉城地區(qū)，2.7～7.596m左右。 1-10沁水盆地山西組煤層總厚度等值線圖（6652165厚度厚度3210壽 陽 沁 和佐-襄垣沁北-屯留-長子-樊 晉1-113909012沁水盆地山西組煤鏡質組含量45%～70%，惰質組含量20%～36%；太原組65%～80%16%～30%1-2)。其中，鏡質組主要由以僅在盆地周圍霍州和等地發(fā)現(xiàn)有殼質組，含量5%左右。太原組鏡質組含（1-3表1-2沁水盆要煤層顯微煤巖組分特 時煤顯微組VIL陽36晉39潞3沁33沁3陽3質組含量逐漸減少。表1-4和表1-5是沁水盆要煤層煤巖數(shù)據(jù)表。表1-3煤巖無機物含量數(shù)據(jù)表(等礦物質3000l0020平005—005—0037%～3.92（個別地區(qū)例外17.23%8%～1%14.365%～15%區(qū)，如屯留稍高。在沁水-陽城-10%。就揮發(fā)分產(chǎn)率來說，它呈東西至北東向，高值區(qū)大體近北西向帶狀分布，在沁源-古縣-臨汾一線20%～35%之間?？h、沁源最高。山西組煤的灰分一般在2.6%～24.15%，平均為11.11%，略低于20%1%，平均在0.31%～0.47%之間；太原組主煤層全硫含量大于1%，變化于4.28%2.7主。水分：水分分析在地表條件下進行，不代表狀況，對煤質評價不起0.83%～2.26%之間，其中、潞安一般在1%左右，陽泉>1%,晉城大于2%。碳含量和氫含量：精煤元素分析表明，山西組平均碳含量為86.1%～92.23%85.3%～93.37橫向上都有一定的變化規(guī)律。東部和南部地區(qū)主煤層的碳含量較高，一般大于90%-93%85%～90%，其它煤層的碳含量亦有相似的分布趨勢。山西組主煤層的平均氫含量3.0%～5.71%2.85%～36%33陽泉368939339表1-4沁水盆要煤層煤質分析結4水盆地在以往的地質勘探和研究中所積累的反射率數(shù)極為稀少。和李建個反映鏡質組反射率與揮發(fā)分關系的經(jīng)驗:Romax=15.496V-（其中Romax表示鏡質組反射率的最大值，V表示揮發(fā)份值對沁水盆地的不同地區(qū)把該進行修正得到計算不同地區(qū)主要煤層的鏡質組反射率的不同： R0max=15.296V- R0max=11.296V-潘莊一號井：3#：R0max=17.996V-15#：R0max=11.496V-潘莊二號井：3#：R0max=15.499V-15#：R0max=14.463V- R0max——鏡質組最大反射率表明，整個沁水盆地石炭—二疊系主煤層R0max在0.85%—4.78%之間。其中壽陽地區(qū)為0.85—2.92%，樊莊地區(qū)為3.1—3.85%，潘莊一號井為2.55—4.78%，潘莊3.29—4.38%15煤層的R0max3R0max0.2%—0.3%。依據(jù)所提供的數(shù)據(jù)和計算所得到的數(shù)據(jù)繪制出3煤層和15煤層的鏡質組反射率等值線圖。由圖可見，3煤層和15煤層的R0max在沁水盆地最南部達最大，一般都在3.5%以上；在東西方向，由向東西兩在垂向上，太原組較山西組高出一個煤級，山西組主采煤層3號煤到太原組51.22%。無煙煤；太原組的焦、瘦、貧、1號無煙煤的比例高于山西組。0—50002000—3000m1000m區(qū)分布于盆地邊部分布面積14750km2，占總含煤面積的52％，以太原—陽泉襄垣—長治、1000—2000m含煤帶呈環(huán)帶狀分布于前兩者之間，面積9950km2，占總含煤面積的35%，以中南部和東北部142000米。在晉中斷陷，煤層埋1-1331-5揮發(fā)分反射率10.87-2.37-16.38—1.81—19.87—1.60—4.03—7.44—4.35—5.24—4.03—16.20-3.93-25.68-3.80-6.48-3.40-23.17—1.39—15.82—2.55—14.93—8.67—2.77—9.27—2.35—12.40—1.94—13.50—15.96—1.63—水文地質單元劃文地質特征表現(xiàn)為，沁水盆地是一個獨立的水文地質系統(tǒng)，水外流型盆地；6個相對獨立的泉域；不同時代的含水層有不同的補給、徑流、排泄系由北而南注入發(fā)源并流經(jīng)盆地的河流主要有桃河肖河清漳河濁漳河、丹河等，區(qū)內(nèi)河流既是排泄水的通道，又是巖溶水的補給水源，在上游接收煤系上覆含水層中水的補給在盆地邊緣流經(jīng)灰?guī)r露區(qū)時又可能滲漏補給水這部分水再繼續(xù)向下游運動時又可能以巖溶大泉的方式重新轉寒武-奧陶系灰?guī)r含水巖組是區(qū)域性的強含水巖組，通常在灰?guī)r的露區(qū)接1-15煤系地層水文地質特沁水盆地石炭二疊系煤系地太原組15號煤層底板等高線圖1-16)顯示，15高-900—1100m1100—板標高較高，盂縣一帶為800—900m，南部相對較低，陽城一帶400—600m。水水位分布特征如圖1-17所示，水水位500m—1000m，盆地北部邊緣水位較高900m—1000m，盆地南部邊 圖1-500m—600m700m1-17系統(tǒng)：潞安單向流子系統(tǒng)、潘莊-大寧匯流子系統(tǒng)、單向流子系統(tǒng)、－沁水縣單向流子系統(tǒng)；潘莊-大寧匯流子系統(tǒng)，北界為高村-南莊分水嶺，地下水由北向南徑流，東界和南界為煤層露頭，水自東向西和自南向北徑流，西界為寺頭斷層，水自西南向北東流動，形成匯流特征，在深部水徑流<600m550m—600m，一條帶狀區(qū)域水水位較低在550m左右，該區(qū)域形成煤層氣富氣帶?？傮w來說盆地南部的水流動方向比較復雜，煤層氣富集、運移結果呈現(xiàn)多樣性。構造地質特區(qū)域構造格架及其演霍山隆起為界，其北為五臺山隆起帶、其南為中條隆起帶（見圖1-18。盆地總I一呂梁一太行斷塊；I1一太行山塊隆；I2一沁水塊坳；I3構造是隨著印支期華北古板塊相繼與西伯利亞古板塊和華南古板塊對接拼，中--板內(nèi)變形階段：侏羅紀以來—太平洋板塊向東亞大陸的俯力作用于陸東部，使NE—NNE向構造線得到增強。在區(qū)域性擠壓應力場作，，進入以來—太平洋板塊俯沖帶向東遷移，亞洲大陸東緣由至中（晚第三紀才出現(xiàn)局部開裂形成了晉中臨汾和長治斷陷盆地，盆地的形成與演化階段特181碳酸鹽為主的沉積中奧以后由于加里東地殼運動使華北地臺整體隆起，2烈的一次構造運動。燕山運動在區(qū)內(nèi)表現(xiàn)為隆升、剝蝕以及斷裂、褶皺NWW—SEE學背景為太平洋-板塊與陸板塊之間的相互作用。石炭系、二疊系與NNE并有巖漿巖侵入；在沁水復向斜兩翼進一步時，向斜軸部地區(qū)相對沉陷，（3）盆地后期改造階NWW—SEENNE—SSW（NNW～SSE向拉張其地球動力學背景為板塊向亞歐板塊碰撞擠壓和生構轉由逆斷層變?yōu)檎龜鄬拥貙訓|升西降在斷裂的西側下降盤接受上第三系與第四系陸相碎屑巖沉積形成長治裂陷由此完成了盆地的基本構造格局。1-19盆地構造單元劃， 人已有的盆，構造單元劃分方案基礎上，將沁水盆地劃分為以下構造單元（圖1-202、和順-，位于沁水盆地東北邊緣總體表現(xiàn)為東翹西傾的單斜構造巖層北北東，傾角10o左右。出露地層由東向西依次為寒武系、奧陶系、石炭系。整個翹起帶構造較為簡單，僅在東北邊緣發(fā)育一些小斷層帶東緣昔陽縣城南北一帶至和順縣發(fā)育一組北北東的斜列斷裂組在昔陽南部地區(qū)發(fā)育的一組弧形，3、霍山山前20o-25o，由西向東依次出露4、陽城-箕狀位于沁水盆地東南緣端，總體表現(xiàn)為一東南翹西北傾的箕狀，東西寬約80km60km，地層由南向北依次出露寒武系、奧陶系、石炭系?；?、—安澤褶皺約140km，東西寬約20km，出露地層為石炭系、二疊系、下三疊統(tǒng)。褶皺帶總體NNE，褶皺密集成群排列，單個褶皺規(guī)模較小，長度一般3-10km，兩翼傾角為10°～40°。偏西部的褶皺軸面略向東傾，兩翼不對稱；東部的褶皺兩翼6、普洞-位于沁水盆地西北部，地表為一NEE的斷裂鼻隆構造帶。長約80km，寬約30km。出露地層從西到東為：二疊系、三疊系，中侏羅統(tǒng)也有零星分布。主體為NE70o～80o的開闊背斜和緊閉向斜。主干斷裂規(guī)模大，與褶皺圖1- 7、榆社-NNE3o～10o。向斜寬闊，背斜相對狹窄。8、沁水-9層為上第三系至第四系全新統(tǒng)。盆地東深西淺，基底埋深最深可達200米，大致盆地構造周緣出露下古生界盆地沉積蓋層現(xiàn)今主要構造線呈北北東向在南、軸褶皺和高角度正斷層為主，次級褶皺發(fā)育為特征，南北端呈箕狀斜坡；東10°-20°，東翼相對平緩，一10°內(nèi)斷裂長度從幾百米到數(shù)十公里不等，斷距從幾米到400余米，有的可能是巖漿1是一條中、強烈活動的、以壓性或壓扭性質為主的基底斷裂帶，中生代燕山運動中形成的由西向東逆沖的斷裂帶喜山運動斷裂中段發(fā)生構轉，漸變形減弱在研究區(qū)范圍內(nèi)的部分屬于南段部分北從長治南到晉成部分，背斜組成。斷裂主體仍表現(xiàn)為由西向東的逆沖性質，由莊頭斷層至市之間，2為一橫切盆地中南部、NEE的左行走滑斷裂帶。由一系列北東東向正斷層組成，是襄垣—洪洞NEE向斷裂帶的一部分。東段形成文王山地壘，構成長治新裂陷的北部邊界，西段構造線斷續(xù)出現(xiàn)，規(guī)模較小。3層實際上是一個斷裂帶，由數(shù)條斷層組成。斷層變化較大，落差在不同的地段也相差甚遠。在端氏鎮(zhèn)以北，斷層為北東10°-25°，下盤地層自南向北300m以上。自端氏鎮(zhèn)往西南至南上村斷層變?yōu)楸睎|60°左右，下盤地層為上石盒子組，落差在017號360m180m，向南西方向至南上村落差變?yōu)?0m南上村再往西斷層近于東西向由數(shù)條斷層組成，130m15m。褶皺軸向主要呈北東-北北東向。背斜、向斜常呈等間距分布，并呈雁行狀的褶皺，如陽泉一壽陽一帶，褶曲軸近東西向。中部(祁縣至沁源)則以北北東-北東向褶皺發(fā)育；西部以中生代褶皺和正斷層相疊加為特征。衡的特點：太原組15煤厚度平面規(guī)律總體上表現(xiàn)為北厚南薄，山西組315煤呈現(xiàn)出相反的趨勢，由北向南煤層逐漸變厚。二疊紀域上形成NNE向的隆起和凹陷，在太行山隆起部位煤系剝蝕；在凹陷部位煤系有機質熱演化以及煤層氣生成是煤層氣的重要地質作用。煤系有煤層上覆地層原始厚度恢90～150m，730～840m，區(qū)域上特征表現(xiàn)為NWW—SEE方向，沉積中心位于研究區(qū)南緣及的濟源城一帶，原始厚度在3000～～3500m之間(圖2-1)。根據(jù)鉆探、勘探以及區(qū)域地質資料，沁水盆地內(nèi)三疊系目前殘留厚度最厚達2000余米。自晚三疊世末期本區(qū)整體隆起先期地層剝蝕由于構造分異的結果，750m以上。自晚侏羅世開始，本區(qū)地殼重新抬升，構造分異進一步加劇，地層再度剝蝕，2-1山西南部及鄰區(qū)三疊系原始地層厚度圖（20～80m400m160m540m5～50m357m20000～350m之間。煤層埋藏史與埋藏階3000--4000余米。度變小為2000--3000米其上覆地層三疊系風化剝蝕受區(qū)內(nèi)構造分異以及相對凹陷區(qū)，煤層埋藏深度較深，在盆緣區(qū)，煤層埋藏深度較淺。0陽城-0陽城-TBuriedde圖2-2山西南部晚古生代煤層埋藏歷史曲線 2-1埋藏階地質時階段特第三階第二階燕山運第一階14m／Ma，煤系上覆地層厚度緩慢增加，進入三95m／Ma，導致煤層埋深急劇增大。第二階段，煤層埋深顯著減小階段。屬于紀至白堊紀的燕山運動期。地230～1600m。起地層不斷剝蝕煤層埋深持續(xù)減小喜山運動晚期構造分異重新加劇，60m／Ma，煤層埋深再度保存以及富集產(chǎn)生影響。區(qū)域古地熱場特征與煤化作用進界煤系沉積以來其地熱場的發(fā)展與相應的煤化作用經(jīng)歷了三個主要階（表2-3（1）變質規(guī)律（22-232—3℃/1002J-5.5℃/1001C3-3℃/100地質年代0012晉臨汾-地質年代0012晉臨汾-洪安3沁源-沁41.0三疊紀末期以來，區(qū)內(nèi)地層整體隆升并剝蝕，煤系埋藏深度不斷減小，以沉積埋藏為主導因素的深成熱變質作用基本停止直到燕山中期巖漿活燕山中期的構造巖漿-熱將強大的附加熱流疊加于正常大地熱流背景之42-4并最終形成煤級的現(xiàn)代格局。陽城—晉城一帶煤層埋深大，大地熱流強，煤層受熱溫度高，故所達煤化程度相對較高，鏡質組反射率達高到4.0％左右，最煤的生烴演化與煤層氣富藏,整個煤化作用過程中累積煤層氣生成量并不重要，重要的是對貢獻最大個階段（2-5）：第一階段為快速埋藏、緩慢增溫階段，主要集中于三疊紀期主要發(fā)生在晚世一早白堊世，導致二次生烴作用出現(xiàn)，表現(xiàn)為區(qū)域熱變質條異加劇陽城一翼城地區(qū)的生烴作用進展最大經(jīng)歷了濕氣和干氣階段，了濕氣階段在階段末開始進入干氣時期臨汾一洪洞地區(qū)經(jīng)歷了濕氣階段，絕絕對生氣量/m3.t-二二次生一次生0煤層氣的富集受控于諸多地質因素，生烴特征是其中重要的地質因素之一。與煤層氣富集相關的生烴因素包括：最后一次生烴作用發(fā)生的地質二次生烴強度在空間上的規(guī)律與煤層含氣量分布趨勢一致，二者都顯示出“南高北低、東高西低、東南最高”的區(qū)域總體格局；從生烴歷程而言，少一個生氣，煤化作用停止時已達到干氣階段，儲層進入逸散帶的地質時代較晚且停留時間短，或從未于逸散帶中，含氣性最好。3-1。儲層特征研究是煤層氣地質研究的基礎，煤儲層具有兩方面的特性：(1)在壓力作用下，煤層具有容納氣體的能力；(2)煤具有允許氣體流135～2～3倍。煤儲層特征除受煤層本身因素控制3-1孔隙體積微。(20102A~。(102103A~中。(102103A~大。(>104A陽泉晉城晉城據(jù)以往研究成果，沁水盆地石炭一二疊紀主要煤層的有效孔隙度變化在1.15％～7.69％間，一般多在569.76％～90.6779.20％，而中孔和大孔所占比例較低（3-115煤層在沁源一帶相對較低，而山西3煤層在潞安一帶相對較低（3-1。3煤 15煤19%一結論和試井測試的滲透率結果相一致。通過對沁水盆采煤層樣品滲透率表明，最大為常隆礦煤樣1.62×10-3μm2，最小為礦煤樣為0.00374×10-3μm2，一般都在3μm2之間(3-2)通過試井方法對沁水盆要煤層的煤儲層滲透率參數(shù)表明（表3-2，研究區(qū)石炭一二疊紀主要煤層煤儲層滲透率一般小于1.0×10-3μm2，整體相4315煤層滲透率均明顯高于盆地的東部3-2鉆孔位測試方資料來3#15＃其主力煤署壽壽壽壽壽壽《沁水盆地煤層氣遙感地質《沁水盆地煤層氣遙感地質《沁水盆地煤層氣遙感地質《沁水盆地煤層氣遙感地質沁南《沁水盆地煤層氣遙感地質沁南《沁水盆地煤層氣遙感地質沁南沁南沁南沁南沁南2沁南沁南沁南沁南O2-FZ-FZ-FZ-FZ-FZ-FZ-FZ-FZ-FZ-2號測定西測定礦測定測定礦測定滴水沿測定道測定測定測定本區(qū)成煤期后主要經(jīng)歷了印支、燕山和喜馬拉雅三次構造運動，致使煤層不同程度破壞，形成各種類型的構造煤。主要為碎裂-原生結構局部地區(qū)為碎粒煤或糜棱煤。這些對煤的孔滲性產(chǎn)生重要的影響。如沁南地區(qū)TL-001TL-002對兩口井的煤樣品觀測發(fā)現(xiàn)，TL-001井煤層的煤體結構多為碎粒-糜棱結構煤，煤層滲透率較差；TL-002TL-001滲滲透率（10滲透率（10滲透率（10-陽壽壽壽壽沁南沁南沁南沁南沁南沁南沁南屯留2FZ-FZ-FZ-FZ-FZ-潘莊1晉城CQ-3-315煤層滲透率在平面上受斷裂構造控制，具有一定的差異性。裂隙是煤層滲透率存在的前提，可以說，對煤層而言，沒有裂隙就沒有滲透率。煤中裂隙發(fā)育，則煤層滲透率好。盆地內(nèi)煤層氣參數(shù)井和生產(chǎn)試驗井，測得的煤層滲透率數(shù)據(jù)表明，區(qū)內(nèi)煤層滲透率相差在幾～幾十倍以上，如沁南TL-0113煤層滲透率最大達112.6×10-3μm2SY－00215煤層滲透率最大達82.84×10-3μm2。這些均說明由于構造位置和煤層、煤質等因素的不同，在區(qū)域上分布差異較大，反映了煤層的非均質性和煤層滲透率分布的復雜和多變性，同時，也說明在高變質煤分布地區(qū)，由于受構造作用的改造和影響，亦具有相對高滲區(qū)。原地應力是煤層滲透率非常敏感的控制因素。煤層氣勘探開發(fā)實踐表明：有效地應力越高，煤層滲透性越差反之，煤層滲透性越好。據(jù)TL-001、TL-002、TL-005以及O2-3勘探孔的應力(表3-3)，3#煤層及15#煤層的原地應力梯度為1.44-1.78MPa/100m，遠遠低于我國其它煤田的原地應力梯度(表3-4)，屬低應力區(qū)。表3-3煤層應力TL-33TL-TL-333-4CQ-731-CQ-6CQ-淮南31-7CQ-CQ-HE-1.94-HE-鶴崗1.41-煤孔隙包括大到裂縫和小到分子間隙。煤的細微孔隙結構隨著煤化作用而變化，是煤儲層的重要特征。根據(jù)對沁水盆要煤層的微觀結構參數(shù)分析認為，沁水盆要煤層煤巖基質比較致密，構造裂隙比較發(fā)育。如晉城東上村3號無煙煤，裂縫發(fā)育，可見1μm左右的基質孔；礦焦煤較致密，微孔連通性差，水平層理發(fā)育；潞安礦3號煤較致密，孤立孔隙被粘土礦物充填，層間縫發(fā)育，2號煤裂隙孔(構造裂隙及微裂隙)在煤儲層中占主導地位，煤基質致密孔隙不甚發(fā)育?？梢?，煤儲層滲透率主要表現(xiàn)為裂縫滲透率、基質滲透率較低。煤巖樣品毛管壓力特征曲線和微觀結構測定參數(shù)見圖3-4和表3-5。礦煤孔礦煤孔大中小微3號瘦2號焦6號瘦2號焦3號焦3號焦3號瘦3號瘦3號無3號無3號焦平12塊樣品的毛管壓力曲線特點是壓力在01MPa之前約有50％～80％的進量；壓力在0．1～20MPa之間進量很小只有百分之幾；20MPa以后進量又增加，約有4％～15％的進量。這說明沁水盆地礦井煤樣的割理及大較發(fā)育占70．53％，中孔較少，其次為過渡孔和微孔，分別占18．73％和7．15％。實驗統(tǒng)計表明，最大飽和度可達98％，排驅壓力不易確定，中值壓力低，中值半徑大，退效率高，視體積比大，分選相對均勻，毛管壓力曲線均呈裂隙-孔隙型曲線特征。張建博等人（1999）ASAP-2000型儀器測試了煤樣品的吸附等溫曲線、表面積、總孔容、平均孔直徑和孔徑分布等參數(shù)（表3-6由表可以看出，沁水盆地的主采煤層各種微觀孔隙結構分布表現(xiàn)為，孔隙以微孔和小孔為主，大孔和裂隙較發(fā)育，孔隙連通性稍差。3-6礦樣煤積m2.g-/ml.g-中值半徑/平均孔徑/微孔/焦焦瘦瘦瘦Q15-焦Q15-焦瘦瘦瘦由表3-6可知，主要煤層煤的表面積分布特征與孔隙體積成正相關，分布趨勢基本相似(圖3-5)。表面積主要集中在過渡孔段，其次是微孔，中孔和大孔段的表面積最低。y=365.53x+R2=500孔隙體積y=365.53x+R2=500孔隙體積表面積圖3－5煤 從區(qū)域上來看研究區(qū)南部的陽城地區(qū)的表面積最高向四周逐漸降低，到沁源一帶達到最低值。陽城礦區(qū)是研究區(qū)內(nèi)主煤層含氣量相對較高的地區(qū)，最高可達38m3／t，接近飽和狀態(tài)，這與該區(qū)主煤層表面積大，對煤層氣的吸附能力強的特點應有直接關系。3-60平均孔徑表面1.5%的階段，開始，微孔和極微孔孔容的增幅明顯變大，并在鏡質組最大反射率為4.0%左右3-60平均孔徑表面最大反射率小于1.5%時，大孔、中孔、過渡孔的表面積呈降低趨勢，而極微的增高而顯著降低，在鏡質組最大反射率1.5%～2.0%之間達到最低點；隨后迅速升高，在鏡質組最大反射率3.0%～3.5%之間達到極大值，隨后又有降低的趨煤儲層裂隙發(fā)育特總院西安分院地質（1998）通過對礦井下煤壁宏觀觀測、定向塊樣肉眼中裂隙的、密度、寬度、延伸距離入手，對研究區(qū)煤中裂隙發(fā)育特征以及煤體結粉狀及鱗片結構八井下觀察，、潞安礦區(qū)煤層多為原生一碎裂結構，僅在331m（3-7表3-7礦 煤33陽3、晉3、裂隙類圍和方向性，而且裂隙延伸距離較遠，切割深度較大，常幾個煤分層或整3-8。表3-8類型特征描述隙寬度單一成分的鏡煤帶中，高裂隙產(chǎn)間上相伴發(fā)生，裂隙面正交或近于正交，與煤層層理面呈垂直或高角度斜節(jié)理兩組、張節(jié)理一組，北北東向剪節(jié)理尤其發(fā)育，與主逆沖斷裂和傾向25°～35°的剪節(jié)理最發(fā)育，與斜列式斷裂構造線一致，為310°～320°的張節(jié)理不顯著。陽泉地區(qū)北部巨城、蔭營等地以350°的張節(jié)理最發(fā)育，15°～35o70°～80°兩組剪節(jié)理次之，其成因與張性斷裂有關。尤其是中、薄層砂巖，裂隙發(fā)育。在一個褶曲范圍內(nèi)，背斜軸部的裂隙比27/m，11/m18/m井下實測結果表明，潞安礦區(qū)煤中主裂隙2800～3400，次裂隙270～600；陽泉煤中裂隙主要有兩組，分別為 其中以3450一組最發(fā)育，為主裂隙，850一組次之。晉城礦區(qū)煤中有三個裂隙系，每個裂隙系各有兩組垂直或近于垂直的裂隙組，它們的分別為：第一裂隙系100～200和1100-～1200，第二裂隙系400～500和1300～1400，第三裂隙系600～700和1500～1600，其中以1500～1600一組最為發(fā)育，600～700裂隙的間距和密cm，mm3-93-9礦參大中小微陽密度（間距密度（8間距3密度（9間距盆地山西組、太原組主要煤層的吸附能力相對比較高，3量(VL)24.04—49.96m3/t36.57m3/t；可燃質飽和吸附量為30.21－58.31m3／t，44.20m3／t，1.39—3.28Mpa2.54Mpa15(VL)28.82—58.69m3/t之間，平均41.53m3/t；可燃質飽和吸附量為41.89－69.74m3／t，52.70m3／t，1.98—3.41Mpa2.64Mpa10煤層的吸附能力要高于3煤層的吸附能力。在其它條件配置合適的情況下，煤315（3-73-8。且不同位置煤樣，其等溫吸附曲線形態(tài)也存在一定差異（3-910（Ro,max）值的分布相一致（圖3-11和圖3-12，即煤的變質程度越高（煤階煤層原煤的蘭氏體積與蘭氏壓力值呈線性關系（圖3-13和圖3-14，蘭氏體積表3-10沁水 3VL（m原原3陽泉沁陽泉三壽—壽壽壽——————沁南沁南沁南沁南—沁南—沁南—沁南—沁南—沁南—沁南沁南O2-FZ-FZ-2號—潞安常潞安五晉城CQ-晉城潘3晉城潘1—15壽—壽壽——————沁南沁南沁南—沁南—沁南—沁南—沁南—沁南沁南FZ-FZ-2號——晉城CQ-蘭氏體積蘭氏體積03-70正相關（圖3-9、圖3-10。隨著壓力的增高，吸附量增大，但不同壓力區(qū)間吸附量的增長率不等，在0-1Mpa區(qū)間段，吸附量隨壓力增高以較高的斜率近似呈5002468壓力陽泉沁SY-002晉城潘1陽吸附量壓力壽SY-002潞安長治TL-002晉城CQ-9吸附量3-915鏡煤反射率鏡煤反射率鏡煤反射率蘭氏體積蘭氏體積y=8.5897x+R=y=8.5897x+R=蘭氏壓力蘭氏體積3-12沁水盆地山西組3LPLy=18.088x-R=y=18.088x-R=蘭氏壓力蘭氏體積85量（標準狀態(tài)下。準確的含氣量數(shù)據(jù)是煤層氣開發(fā)規(guī)劃中估算資源量必不可少集程度高，有利于開發(fā)。因此，獲取準確的含氣量數(shù)據(jù)就顯得尤其重要。煤層氣的賦存狀煤層氣的氣體組份特300余個，400-700m之間。數(shù)據(jù)分布在陽泉、晉城和潞安三個地區(qū)。由于氣體成分中N2、O2統(tǒng)計表明，研究區(qū)煤層氣成分單一，組份以甲烷為主，變化于71.63%～100.00%N20～27.4710％；CO20～11.72％；部分樣品檢測出重烴，其含量為0～3.00％，一般小于1％(表3-12)。樊莊2號井實測表明，在整個鉆井過程中氣測全烴含量高達50％～100％，CH4含量為為-38．8‰，15號煤為-28.7‰，另外煤層氣中CO2的δ13Cl為-12.2‰～-15.0‰，CO2的δ13O為-4.8‰～-4.4‰。從甲烷碳同位素來看，2號井與其他地區(qū)相地區(qū)氣體成分+潞安33晉城39煤層含氣量及其分布1體見圖3-16和表3-13，表明太原組15煤層的含氣量要高于山西組3煤層的含氣1416～24m/t（3-17和3-18表3-13沁水 一般3153-14---7313m3／t，1518m3／t3號煤平均為 含氣量頻率 含氣量頻率圖 沁水盆地山西組煤層含氣量分布頻率直方501719212325272931含氣量頻率2315號煤層作為目標煤層，考的含氣量預測并根據(jù)煤層含氣飽和度與埋深的關系以及煤儲層壓力系數(shù)的變化情況，對所建的預測進行了合理的修正。（1）3號煤層含氣量預測V35.0152P(2.6434P0.01PkPkGBB當450mD750m時B0.0017D0.4498；當D750m時B0.81；Vm3t MPa m3tB（2）15V33.346P(2.4627P0.01PkPkGBB當D872m時B0.86；1515號煤與3號煤的含氣量取同一預測：V34.36P(2.28P0.01PkPkGBB（1）3號煤層含氣量預測V39.168P(2.64P0.01PkPkGBB（2）15號煤層含氣量預測V43.312P(2.59P0.01PkPkGBB3、.根據(jù)上述含氣量預測計算出的含氣量及部分實測含氣量數(shù)據(jù)繪制的含氣量等值線圖（3-173-18圖3-17沁水盆地山西組3煤含氣 圖3-18沁水盆地太原組15煤含氣煤儲層壓力與溫度特煤儲層壓如果儲層壓力遠低于靜水壓力，降壓排采就比較。通過注入／壓降和T（統(tǒng)計27個3292.41～780.05m深度區(qū)間內(nèi)，煤儲層壓力在.06～6.85pa之間變化，平均3.49pa。壓力梯度在0.0038～0.012P／m0.0092P／m（0.01P／m（0.01P／m近的較高壓力分布區(qū)。盆地內(nèi)太原組15煤層煤層煤儲層壓力，在369.00～888.00m2.67～6.25Mpa4.36Mpa。壓力梯度在0.0046～0.0099MPa／m，平均壓力梯度在0.0072MPa／m，比正常的區(qū)相比，該區(qū)煤儲層壓力較低（3-15表3- 恩村—煤層氣的有效壓力系統(tǒng)決定了煤層氣產(chǎn)出的能量大小及有效驅動能量持續(xù)0.017Mpa/m，這種低的有效應力對煤層氣的產(chǎn)出比較有利。20765y=0.0042x765y=0.0042x+R=432100煤層埋藏深度876543210y=0.0056x+R= 煤層埋藏深度煤儲層壓力煤儲層壓力3-201521應力較小，最終結果導致煤儲層壓力較低（3-22yy=0.4926x-R2=儲層儲層壓力6420 地應力圖3- 斷裂，研究區(qū)內(nèi)發(fā)育的斷裂多為斷層，因伴生或派生作用形成當水運移的通道，水的運移對地層起到卸壓的作用。y=0.6498x-2.5304R2y=0.6498x-2.5304R2=0.832653210 圖3- 煤儲層溫度特30m左右，14.7315.6oC～27.75oC23.41oC1520.44oC～33.43oC，27.21oC。500m1.15℃/100m，500m以下地溫梯度平均為1.45℃/100m；根據(jù)中聯(lián)煤層氣公司施工的TL-001、TL-0020.76-1.24℃/100m0.99℃/100m（表3-16。因此可以確定研究區(qū)地溫梯度低于正常值3.0℃/100m。研究區(qū)煤儲表3- 深溫TL-3TL-3煤層氣飽和3煤層在192.41～780.05m117.0%15383.84～888.0m28.05%-96.0%，平均為58.51%，盆地內(nèi)除局部區(qū)域煤層的含氣飽和度較高，已經(jīng)達到飽和狀態(tài)外，各主要煤層大多為不飽和狀態(tài)（3-233-243-23TL-0033（理論氣含實測儲層壓臨界解吸壓3-24TL-0043（315號，3R=0.9487，15R=0.8747，因此我們根據(jù)氣飽和度（B）與埋（D）的擬合關系在對盆地內(nèi)深部煤層含氣量預測研究中對3#煤與15#煤的氣飽和度分別進行了修正，計算如下：D450mB當450mD750m時B0.0017D0.4498；當D750m時B0.81；15#煤的氣飽和度（B）當D872m時B0.86y=0.0017x-R=埋深使煤儲層壓力增高，若按靜水壓力梯度估計，第三、四系厚度增加100m，煤儲1MPa，既使原始煤層處于氣體飽和狀態(tài)，如果在儲層壓力升高（1）500y=0.0017x-R=埋深3-253y=0.0013xy=0.0013x-R=埋深飽和P臨界——臨界解吸壓力V——實際含氣量(m3／t)；VL——蘭氏體積(m3／t)；PL——蘭氏壓力(MPa)。 式中:P儲層——煤儲層壓力V實際——實際含氣量PL——蘭氏壓力153-172%%m3.t-%11523

式中P枯竭——枯竭壓力(可達到的最低儲層壓力，MPa)3-2721234MPa時最大采收率分布直方圖。1MPa時，62．3％。開采過程中要盡可能的降低枯竭壓力，以獲取更高的采收3-272古構造應力場1、第一期構造應力場在區(qū)內(nèi)最發(fā)育，最大擠壓應力方向為南東東—北西西294∠1最一次變形野外地質顯微構造形跡巖組分析、2201∠5第三紀初期。3343∠3，于煤田內(nèi)北東東—南西西正斷層近于垂直。早期具有壓剪性質的中地區(qū)震源機制解和活動斷層滑動矢量計算的現(xiàn)代構造應力場總體特征為NW-SE現(xiàn)代構造應力場分布綜合分析1965年來大于四級的震源機制解和1973年來小震綜合斷面解19984-1向的高主應力差值條帶其中古縣－沁縣條帶分布在盆地軸部應力水平與NEE－SWWNEE－SWW隆起和抬升。（最大主應力均為擠壓應力，恰好與盆地內(nèi)兩個煤儲層高含氣量區(qū)相對應，顯示出新第三紀以來構造應力場中的高壓應力對煤層氣的保存和富集具有明顯的控制作用。裂隙發(fā)育、1、沁水端氏固縣一帶，為南北向緊密褶皺和近東西向褶斷帶的復合部NE30°～40°NE65°～85°NW20°～50°NW60°～85°，NE65°～85°NW20°～50°方位的裂隙最發(fā)育。、60°∠48°、210°∠41°、330°∠60°295°∠70°的四組裂10°∠80°。導致西側石炭系、二疊系巖層和煤層裂隙發(fā)育，主要產(chǎn)狀為NE20°～30°、NE45°～60°、NW25°～40°和NW50°～70°，尤其以NE45°～60°和交切構造裂隙發(fā)育由四組裂隙組成其為NE40°～45°NW30°～45°、NW50°～65°NW80°～85°。而擠壓作用形成的裂隙發(fā)育在較深的層位。沁水盆地以8#9#煤層為中間過渡相伴隨的裂隙，其主體產(chǎn)狀為北東和北西。合為主。裂隙可分為四組，分別為NE、NW和NNE、NNW兩套共扼構造裂隙組合，分別指示最大主壓應力σ1方向為NW-SE向和近NNE-SSW向，與區(qū)域應力場對比分別為J-E時期擠壓應力場和N-Q時期拉張應力場所致這兩期裂隙在區(qū)內(nèi)影響裂隙發(fā)育的地質因1作用于地的載荷具有明顯的方向性，由于煤層本身組成的不均一性，煤沁水盆地3個礦區(qū)裂隙研究結果證實了上述看法。潞安礦區(qū)主裂隙方向隙方向850；晉城礦區(qū)發(fā)育的三組裂隙系統(tǒng)中以NW向為主，NE向次之。綜合四裂隙為NW向，次裂隙為NE向，而礦區(qū)主裂隙為NE向，次裂隙為NW向。這的控制，同時與地的物理性質有關。24-115333中型 微型（條（條（條30.615煤層構造形變分理論概，有限變形力學（FiniteDeformationMechanics）是理論力學（RationalMechanics）的部分，它研究宏觀連續(xù)體的空間運動和由此而產(chǎn)生的可逆或不可逆變形。1979年達教授在繼承小變形理論合理哲學思想，吸取以往連力學完整的。該理論采用拖帶坐標描述法，是一個以實時位形為基礎，以應變-轉動的直和分解（S－R）為標志的非線性連續(xù)力學理論。新理，煤儲層變形轉據(jù)有限變形SR（）儲層Zw1 u1arcsin

如果考慮煤儲層Zw

21 2

23 2

321/2arcsin1 u

u

u

u 2 x2

x1

這里u3=w(xy=w(x1x2)為zy xy

(z)(zy x這 z1(vu2 θzθz的梯度值∣gradθz∣將成為無窮大。θz沿穿越這兩個裂面的路線不再可積。實際上移動的特征量為我們所用。當然在大變形時，應采用S-R定理中所定義的局部轉動角來代替微小轉動角θz 4-2（c）IIMd( 假設是光滑的物質線S的函數(shù)，由(s)表示了物質線及其鄰域的整體轉動效應，可以認為變形前后物質線切線方向的改變量與成正比。事實表明，在裂縫尖端附近，物質線（假設變形前為直線）具有極大曲率。對于I型裂縫，只有一個最大曲率點M；對于II型裂縫，其裂尖附近物質線有兩個極大曲率點M和Mˊ（圖4－2）對于給定正向的物質線Sd( d(p)grad(p)d(

grad(p)cos其中是S在P點的單位切矢量，是grad(p)的夾角。當=

dsgrad

Pgradp)作為切線方向的物質線在Pgradgrad

gradgrad破裂面將與該點轉動梯度矢量gradθ垂直這 臨界值grad

伸方向將是該斷層或破碎帶發(fā)展的方向。沁水盆地構造變形場分析結4-2～4-3153場。從圖中可以看出，研究區(qū)內(nèi)太原組15煤層和山西組3煤層平均整旋角及其其等值線呈北東東向延伸，這些與地表NEE的斷裂鼻隆構造帶相一致。其內(nèi)褶曲主體NE70o～80o，背斜開闊，向斜緊閉，與其平行有斷裂發(fā)育，組成153153及其梯度值|grad|北向和北東向。在盆地的南部及東部太原組15煤層和山西組3煤層平均整4-4～4-5逆時針方向轉動，等值線的疏密反映（1）（2）（3）（4）為太原組15煤層平均整旋角及其梯度值|grad|較山西組3煤層弱有增大，且（4-通過計算，研究區(qū)主采煤層及其頂?shù)装鍘r層構造變形破壞程度分區(qū)如圖4-6～4-7發(fā)育，煤儲層相對較高為特征11縱彎)才能應用此方法；②曲率值只能反映彎曲巖層面上由于彎曲派生的拉力而形成的裂縫的多少(相對值)；③該方法假設巖層是一個完全的彈性體，主曲率1映的是現(xiàn)今構造裂縫的狀況。曲率是反映某一曲線、曲面彎曲程度的參數(shù)。2線圖上進行基礎。(2)利用離散點(xi，yj)及其鄰域內(nèi)的9個點的基礎數(shù)據(jù)，用三次曲面擬合離散點(xi，yj)及其鄰域所在的曲面，并計算出各點的最大主曲率K1。根據(jù)計算結果作出了沁水盆采煤層底板擬合面最大主曲率等值線圖。34-64-7局部構造控制，在晉中斷陷區(qū)、霍山隆起以東盆地邊緣地區(qū)、長晉斷層及斷根據(jù)曲率計算數(shù)據(jù)，把研究區(qū)劃分為特高曲率區(qū)、高曲率區(qū)、中等曲率區(qū)、低曲率區(qū)四類（4-84-94-3表4-3沁水盆采煤層底板最大主曲率分類 ，特高曲率區(qū)：位于晉中斷陷區(qū)西部及西南部區(qū)及沁水區(qū)南部。，、沁水區(qū)北部、長治區(qū)東部、潘莊-成莊-寺河區(qū)、王報--大陽區(qū)、區(qū)層曲率小(K<0.1×10-4)，裂隙發(fā)育較差，煤層滲透性相對。圖4- 4-7154-83沁沁4-915曲率

P11P11nnP11圖4-10以曲率判定曲面形1在曲面造型中曲面上一點的最大主曲率與最小主曲率的乘積即為曲率。曲率能較好地反映了其領域內(nèi)曲面的形狀變化故可以用曲率來反映該點的形狀信息（如圖4-10所示當曲率大于零時為橢圓點（對應于向斜構地層構造曲面一點的曲率反映了沉降過程中巖石所經(jīng)歷彎曲褶皺變形斷裂作用的強弱曲率絕對值越大說明沉積地層由最初水平形態(tài)沉降到現(xiàn)在曲面剖分，并應用曲率法計算出各個三角單元的曲率。2面曲率的真實估計，并將其看作3號煤層曲率的近似。分析得到3號煤層及斷層區(qū)都出現(xiàn)曲率高值。本次研究工作對煤層的宏觀裂隙系統(tǒng)進行了直接觀（圖4-11和統(tǒng)計分析，并與曲率計算值對比分析，分析結果如表4-4所示，可以看出，曲率值 4-11 曲率K(10-8m-2)裂隙發(fā)育分

0.0-B3-0.0-A4-0.0-B4-娘子關-坪頭單斜-0.3-C2-0.0-A4-0.0-C2--0.2-C2--0.1-C2--0.1-B3-西南區(qū)域為曲率高值區(qū)煤層受近水平擠壓應力場作用產(chǎn)生縱彎曲變形產(chǎn)生124-12（a）（b）（c）裂隙發(fā)育區(qū)評價與預必要幾節(jié)構造變形分析以及曲率分析的基礎上選取適當?shù)拈g接評價指標，天然裂隙分類標準（如表4-5所示。依據(jù)表4-5的分類標準對研究區(qū)3號煤層曲類別曲率類別曲率值R(10-8m- 裂隙有利區(qū)（B類）0.1≤R＜0.2R<-不發(fā)育區(qū)（C類 -東區(qū)北部壽陽坪頭區(qū)沁源區(qū)王和礦沁源區(qū)馬軍峪礦夏店區(qū)及區(qū)西部。圖4-13沁水盆地3號煤層曲煤儲層裂隙評價與預1（帶（4-6（帶A至排序。4-6煤儲層裂隙發(fā)育區(qū)（帶）ABCD2(2-6)煤儲層裂隙發(fā)育區(qū)（帶）4-74-84-73（帶）0.2-0.1-4-A0.8-0.1-4-A霍山山前0.2-0.1-4-B和順-0.2-0.0-2-C陽城-箕狀0.1-0.1-4-A0.1-0.0-2-C0.1-0.0-2-C0.1-0.0-2-C0.1-0.0-4-B形較弱，斷裂發(fā)育程度相對較低，煤儲層相對較低為特征。4-815（帶）0.2-0.1-4-A0.8-0.1-4-A霍山山前0.2-0.1-4-B和順-0.1-0.0-2-C陽城-箕狀0.1-0.1-4-A0.2-0.0-2-C0.1-0.0-2-C0.1-0.0-2-C0.2-0.0-4-B現(xiàn)代構造應力場對煤儲層滲透性的控（1（3試井滲透率與曲率對應關天然裂隙的存在對煤層氣的直接影響主要體現(xiàn)在和運移兩個方面。一方面是裂隙提供了煤層氣所需的空間。另一方面,裂隙為煤層氣的產(chǎn)成因聯(lián)系。煤層開啟的裂隙可能具有比基質高數(shù)十至數(shù)千倍的滲透率,因此裂隙的開啟或閉合直接影響到儲層的非均質性,對流體或煤層氣的運移起著極其4-143圖4-14曲率與試井滲透率對應關系分高滲區(qū)與最大主應力差、曲率的耦合關1、試井滲透率與最大主應力差、曲率對應關4-15看出構造曲率高值與最大主應力差高值有利匹配的區(qū)域分布在陽城北部圖4-15最大主應力差等值線與曲率等值線疊加資料，得到試井滲透率與最大主應力差、曲率對應關系（如表4-9。為便于者乘積(R：(K'0.07199e(3-

(,

R（MPaR （md 適用范圍4.013.0,0.003108R0.3108 Data:Data1_BModel:ExpDec1Equation:y=A1*exp(-x/t1)+

(,RK'0.07199e0.

0.09548預預測滲透率

= - - (,R圖4-16最大主應力差 曲率乘積(,R)與滲透率關

主應力

曲 預測滲透率K井R（10－8m-井R（10－8m-FZ-2FZ-表4-10曲率范曲率范曲率范（10－8m-（10－8m-（10－8m-大于2174-17煤層氣規(guī)律與類地質動力場對煤層氣的控制作煤儲層滲透性高低水動力場通過水徑流狀態(tài)變化對煤層氣富集起著關空間上的有效配置，對煤層氣起著巨大的制約作用。，度不大，但延伸長度卻很長，主要以南北平行，自盆地中段分別向北和315煤靜水壓力梯度估計，厚度增加100m，煤儲層壓力將提高近1MPa，既使原始煤層地質時代32029025624500深度地質時代32029025624500深度圖5-1②沁源-沁縣和安澤地區(qū)的“W地質時代32029025624500深度地質時代32029025624500深度圖5-2熱力場對煤層氣的控制作高北低、東高西低、東南最高”的格局，與煤級的格局基本一致。2.169-4.275%階段，達到了生氣的峰值階段，具備高含氣量的條件。層含氣量與煤層鏡煤最大反射率之間離散性較大（圖5-3和圖5-4但從圖中明鏡煤反射率鏡煤反射率煤層含氣量煤層含氣量煤層含氣量之間呈正相關關系，并在區(qū)域格局上高度一致。二次生氣量增部地區(qū)以外，二次生氣量規(guī)律與煤層含氣量分布趨勢一致，二者都顯示出“南高北低、東高西低、東南最高”的區(qū)域總體格局。三、生烴歷程對煤層氣的控制作用 散帶的地質時代較晚且停留時間短，或從未于逸散帶中，含氣性最好級無煙煤，二次生烴時間長，經(jīng)歷第一個生氣，煤化作用停止時已進入干不利區(qū)域，包括霍州、-和順等地區(qū)。低中煤化煙煤，二次生烴時間短，歷生氣階段或僅進入第一個生氣，煤化作用停止時處于水動力場對煤層氣的控制作水文地質條件是影響煤層氣保存的重要因一，不同的水文地質條件的水文地質單元，水外流型盆地；盆地內(nèi)有六個相對獨立的泉域；不同時氣降水通過巖層孔隙從周邊向內(nèi)部滲流。在東北部的娘子一帶和盆地南部鄰近水的地表補給區(qū)，由于煤儲層及圍巖于地表或距地表較近，于大氣降水（或地表水）沿裂隙向煤儲層深部運移，在水的運移過程中，將溶于水的煤層氣帶走，是煤層氣散失的一種途徑，所以在水的補給范圍內(nèi)，煤儲層中的煤層氣含量很低，越是接近補給區(qū)的，煤層氣含量越低，甚至為零。在水的徑流區(qū)，煤儲層中的煤層氣溶于水而被帶走，煤層氣含量也會降低，其降低的速度與水的流量有關，流量越大，煤層氣的散失量也越大。當煤儲層處于水的排泄區(qū)時，如果是屬于排泄，即煤儲層中的水排向其他含水層，煤層氣散失則主要是通過水攜帶而逸散，降低煤層要通過水攜帶和沿裂隙逸散途徑。一般來說，水的滯流區(qū)含氣量高于徑流區(qū)，含氣量最低的區(qū)域是水的排泄區(qū)和補給區(qū)。當煤儲層處于水的滯流區(qū)或貧水區(qū)時，水僅影響煤層氣在煤儲層中的平衡狀態(tài)，水煤層氣在整個地質時期和運移與盆地內(nèi)水的補給、徑流和排泄的低，并且依賴于水的壓力和礦化度。水化學特征能清楚的反映水流動方向。沁水盆地礦化度分布如圖5-6。壽陽-陽泉礦區(qū)含水巖組由北向南，由東北向西南，隨埋深增加，水流條件由補給區(qū)—強徑流區(qū)—緩流、滯流區(qū)，水質類型也由北部的HCO3CL-KNa型向HCO3-KNa、SO4-KNaHCO3CL-KNa型，、壽陽東勘探區(qū)南部為HCO3-KNa型，而陽泉的西上莊、二礦擴區(qū)和五礦則為SO4-KNa。礦化度也由北向南逐漸增高，在、壽東勘探區(qū)南部、西上莊及五礦形成一高礦化度帶，礦化度達1200—1600mg/L。在盆地南部晉城礦區(qū)東部及南部的補給區(qū)水多為HCO3-KNa型，礦化度低，<700mg/L。往深部，SO42-和Cl-離子含量逐步增加，潘莊一號SO42-離子含量型水。反應了淺部水接受補給，水徑流交替條件好，深部徑流緩慢甚盆地邊緣大氣降水主要通過巖層孔隙和裂隙從周邊向內(nèi)部滲流，水運度大，保存條件好，煤層氣沿垂直地層方向運移十分，大部分煤層氣僅能較高的煤儲層壓力，使的煤層氣賦存于煤層中，導致煤層氣含量局部增加高；另一方面，水運動帶斜軸部煤層氣向水排泄區(qū)運移，整個盆地分南北兩大區(qū)，北區(qū)主要向東北部的娘子一帶運移，南區(qū)主要向盆地南盆地南北兩端，一些區(qū)域，如在南部，即李莊—樊莊一線以南，水的水頭高度自北向南或是自東北向西南逐漸降低，水自北向南或自東北流向西南。在西南部，水的水頭高度自西南向東北逐漸降低，水自西南流向東北。水的匯集中心位于永紅、永安一帶。由于含水層的透水性能很微的晉城礦區(qū)整體為一馬蹄形斜坡帶，易于形成水動力圈閉，在那里，煤層氣被，煤層氣含量將局部增高。圖5-6沁水盆地礦化度等值線氣含量很低從上述區(qū)域向深部是水的徑流帶由于煤儲層埋深逐漸增大，煤層氣沿煤儲層露頭向大氣散失逐漸水運動帶動煤層氣沿地層傾斜方地質歷史對煤層氣格局的控制作7巖漿地煤層改生氣、逸散和保煤變質+煤層形成當巖漿地煤層改生氣、逸散和保煤變質+煤層形成當前的構面貌和應力環(huán)深成地沉積埋藏+構造演水動力循地應力晚石炭世—生世晚世—早白堊生氣+儲晚白堊世富地殼運煤層氣含 煤層氣 煤層氣 生氣+晚—巖漿地煤層改生氣、逸散和保煤變質+煤層面貌和應力環(huán)成地 沉積埋藏+構造演世—早白堊世地殼運晚石炭生圖5-7煤層 5-83155-83號煤含氣量高的煤層頂板主要為泥巖，15號煤層153號煤均0.33％～5.432.440.0034×10-6～17.119×10-6μm20.178×10-6μm22～19MPa，8.86MPa0.63×10-7～90.6×10-7cm-2·s，是良好的封蓋4872.54562.55.041.55～1011.95-1孔徑/10-層1條半0.5--1000-0.01—2-1-5條/m，巖＞5(表5-1)翼城、霍州、洪洞等礦區(qū)均表現(xiàn)為透氣層，裂隙發(fā)育，充填程度差。從煤層儲集性能和蓋層封蓋性能的角度分析，南部的陽城--1井周圍量最高的地區(qū)之一，為煤層氣最有利地區(qū)，沁源礦區(qū)次之。沁水盆地煤層氣模式分煤層氣模式是對一定地質背景下形成煤層氣藏的主控地質因素配置以及富集再分配過程的歸納和總結，是預測煤層氣藏分布規(guī)律的有效。煤層氣作為自生自儲型的非常規(guī)天然氣，其過程受到多種地質作用的控制。影響煤層氣富集的主控地質因素包括以下7個：構造條件；煤層埋深；因素。本次工作基于沁水盆地構造特征，提出沁水盆地三大類模式。一、盆內(nèi)平緩帶模煤層氣藏稱之為盆內(nèi)平緩帶模式。二、盆緣斜坡帶模成為斜坡帶的有利區(qū)。三、裂陷區(qū)模特別是在水動力封閉地區(qū)比較有利于煤層氣的具有形成煤層氣藏的可能。沁水盆地煤層氣類型劃生氣特征及儲蓋組合特征基本相同或相似造成本區(qū)條件分異的主要因素在：，對于第二類盆緣斜坡帶模式，由于其特殊的構造位置與型式，含水層富水性與水動力較強，處于水的補給、徑流與排泄部位，在水的補給區(qū)和排泄區(qū)，由于水的流動使得煤層氣含量降低，不利于富集，而在深部徑流區(qū)，煤層氣隨著水運移并重新。這里則主要依據(jù)水動力環(huán)境不同劃分為兩種水箕狀緩流類型和水封閉類型。前一種類型主要出現(xiàn)在沁水盆地東西兩翼斜坡帶，由于深部水的滯流，三面水勢較高，一面水勢較低且有水的補給，水位等勢面呈簸箕狀水補給方向與煤層氣運移方向相反，且水流主要沿地層方向緩慢流出地表，對煤層氣的保存較為有區(qū)由于水動力的圈閉和斷層封堵，甚至沿斷層附近出現(xiàn)水滯流區(qū)，改善了煤：，集但是在斷層間局部地區(qū)由于水動力封堵或高構造應力場的作用下仍有出煤層氣資源評價方學力學等理論和方法進行綜合研究剖析沁水盆地煤層氣的地質條件和控討煤層氣作用機理在構造形變與裂隙分布規(guī)律分析的基礎上依據(jù)局部（5-1利區(qū)帶。5-2性沁水盆地煤層氣藏開發(fā)潛評價指標是進行定量評價的基礎。無論采用哪種評價方法都離不開評價指3D（5-95-10、5-11（如5-3，5-12圖5-93D圖5-103D5-12依據(jù)表5-3沁水盆地煤層氣藏開發(fā)潛力評價標準對全盆地煤層氣可藏，以及沁水-5-135-4表5-43埋深大寧- 沁源- 柿莊-12-和順-14-8-沁水-煤層氣開發(fā)模式及其適宜模式，地面開發(fā)、煤礦井下抽采和采煤采氣模式。每一中模式都對應著一采氣模式隨著市場拓展和采煤與采氣之間的激化將得到廣泛的應用。適宜的客觀條件及其區(qū)段（見表6-1。但井下抽方模式和采煤采氣模式，能源來開發(fā)的。企業(yè)除了享受國家給予的一定政策外，主要效益來自煤層氣產(chǎn)品的。因此，其發(fā)展前景更為廣闊。表6-1沁水盆要煤層氣資源開發(fā)模式及其使用條主要技術滲透率＞0.5md,1200m區(qū)氣地面開發(fā)模6塊,15800km2;6005個先導性生產(chǎn)試驗井組,2個國家級的煤層氣開發(fā)示范工程項目。實現(xiàn)了平均單井產(chǎn)量達754m32年來,多分支水平井技術的成功應用，為沁水盆地井下抽采2005年煤礦區(qū)年抽采量已逾20億m3。500m以上。在多個工作面上同時進行預抽，實現(xiàn)年產(chǎn)煤層甲烷逾億m3。陽泉礦區(qū)井下抽采利用煤層氣在也是最好的，不但抽取量大，而且利用率高，1億m32000萬m3/a的速度增長。20世紀90年代，對于新投產(chǎn)的五礦，成功的采用沿頂板巖石巷道煤層氣抽放方法效果顯著。在直接開采15號煤層時，連續(xù)多年取得了m31005米的定向鉆孔，在此基礎上進行了千米枝狀長鉆孔抽采瓦斯的工藝技術研究及相應的抽采效果并取得了良好的 25%～60％。鉆孔進入采空區(qū)的位置應處于采空區(qū)瓦斯區(qū)。采煤采氣－體化模采煤采氣模式實際上是地面開發(fā)技術與井下采區(qū)預抽技術充分結合鉆井、完井工井型的選區(qū)實施的煤層氣生產(chǎn)項目，特別是示范工程項目，端氏示范工程項目，均證6-16-1國內(nèi)煤層氣勘探和開發(fā)試已證實進入規(guī)?；虡I(yè)開發(fā)，平均單井產(chǎn)量可達2000m3/d以上但對儲層滲度大，對地面條件要求較6－12試驗均發(fā)生在沁水盆地。2004年11月，奧公司設計和組織施工的我國第一（DNP02單井日產(chǎn)穩(wěn)定在2×104m3以上，實現(xiàn)了煤層氣開發(fā)工藝和產(chǎn)能的雙重突破。至今，沁水盆地已有12口多分支水平井施工完畢。其中亞美大陸公司在大寧完成了3口多分支水平井，目前正在排采。中聯(lián)公司端氏、示范項目分別在3煤和15煤成功實施4口多分支水平井，預測單井產(chǎn)能在2×104m3以上，并首次開創(chuàng)雙主支多分支水平井鉆進記錄。M1-1多分支水平井，在煤層中進尺6088m