沁水盆地南部煤系地層沉積演化及其對煤層氣產(chǎn)能的影響分析*

楊克兵 嚴(yán)德天 馬鳳芹 呂慶玲 藍(lán)寶鋒

（1.中國石油華北油田公司勘探開發(fā)研究院 2.“構(gòu)造與油氣資源”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·中國地質(zhì)大學(xué)3.中國石油華北油田公司采油一廠）

沁水盆地南部煤系地層沉積演化及其對煤層氣產(chǎn)能的影響分析*

楊克兵1嚴(yán)德天2馬鳳芹3呂慶玲1藍(lán)寶鋒1

（1.中國石油華北油田公司勘探開發(fā)研究院 2.“構(gòu)造與油氣資源”教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室·中國地質(zhì)大學(xué)3.中國石油華北油田公司采油一廠）

通過對沁水盆地南部煤系地層沉積環(huán)境、沉積體系和成煤環(huán)境分析，發(fā)現(xiàn)成煤模式在時(shí)間上和空間上都存在多樣性特點(diǎn)，其中淺水三角洲成煤模式是區(qū)內(nèi)主要成煤模式。煤相組成以干燥森林沼澤相和潮濕森林沼澤相為主，其次是較深覆水森林沼澤相、較淺覆水森林沼澤相和低位沼澤（蘆葦）相。認(rèn)為沉積環(huán)境決定煤巖微相，控制了煤巖的生氣能力。解決了困擾沁水盆地多年的3＃煤層下部“軟煤”成因問題，認(rèn)為其主要是低位（蘆葦）沼澤相演化形成。同時(shí)，盡管煤層氣的富集、成藏受多種因素的影響，但對該區(qū)煤層氣井生產(chǎn)狀況分析表明：在沁水盆地南部，煤層上覆有效地層厚度是煤層氣富集高產(chǎn)的最主要控制因素。圖9表1參9

沁水盆地 石炭系一二疊系 煤層氣 沉積 產(chǎn)能

0 引言

山西沁水盆作為華北地區(qū)石炭系—二疊系保存最完整、連片面積最大、埋藏深度適中的一個(gè)含煤區(qū)，具有豐富的煤層氣及煤系地層天然氣資源［1－2］。石炭系－二疊系共含煤8～19層，總厚度為5～23.6 m，主要煤系含煤11～12層，可采煤3～8層，其中3＃和15＃煤層，煤層厚度大、分布穩(wěn)定。近年來，一些學(xué)者對沁水盆地的沉積環(huán)境和相模式進(jìn)行了研究，為該區(qū)的煤田地質(zhì)開發(fā)工作奠定了基礎(chǔ)。但缺乏測井解釋資料的支持，并沒有對沁南區(qū)塊進(jìn)行詳細(xì)研究。隨著沁水盆地南部成莊、樊莊、鄭莊等區(qū)塊煤層氣的規(guī)模開發(fā)，相關(guān)資料不斷完善。進(jìn)一步分析表明：該區(qū)域儲層非均質(zhì)性嚴(yán)重，地質(zhì)條件復(fù)雜，煤層氣高產(chǎn)富集影響因素較多［3－4］，難以把握。為了進(jìn)一步研究煤層氣的高產(chǎn)富集區(qū)規(guī)律，在前人研究基礎(chǔ)上對沁水盆地南部的沉積演化進(jìn)行了深入剖析，對沉積與煤層氣的高產(chǎn)富集關(guān)系進(jìn)行了探討。研究發(fā)現(xiàn)，3＃煤層上40 m以內(nèi)的泥巖厚度與3＃煤層產(chǎn)氣量有較好的相關(guān)性，表明煤層上覆有效地層厚度是煤層氣富集高產(chǎn)的最主要控制因素。

1 地層特征

沁水盆地煤系地層主要包括本溪組、太原組、山西組及下石盒子組4套地層。其中，本溪組和下石盒子組僅含數(shù)層薄煤層或煤線，價(jià)值不大，主要研究對象為太原組及山西組。上石炭統(tǒng)太原組（C3t）：由淺灰色砂巖、深灰色粉砂巖、泥巖和3～6層石灰?guī)r及數(shù)層到十余層煤層組成。與本溪組呈整合接觸。厚度為51～143 m，平均厚為108 m，共劃分7個(gè)砂組。下二疊統(tǒng)山西組（P1s）：由淺灰－深灰色砂巖、粉砂巖、泥巖和3～4層煤組成，與太原組呈整合接觸。厚度11～117 m，平均厚達(dá)54 m，共劃分3個(gè)砂組（圖1）。

區(qū)域上太原組底界砂巖、太原組頂界砂巖、下石盒子組底界砂巖及太原組含化石淺海相灰?guī)r標(biāo)志層在本區(qū)發(fā)育較好，這些為本區(qū)煤系地層及煤層對比提供了可靠依據(jù)。3＃煤層及15＃煤層厚度較大、層位穩(wěn)定，在地震剖面上呈現(xiàn)連續(xù)強(qiáng)反射特征，在自然伽瑪曲線上呈現(xiàn)低值段，在雙側(cè)向電阻率曲線上呈現(xiàn)高值，也是本區(qū)有效的對比標(biāo)志。

2 沉積相類型及主要相特征

2.1 沉積相類型劃分

沁水盆地南部石炭系—二疊系沉積建造是由碳酸鹽巖與硅質(zhì)碎屑巖混合的含煤建造和紅色硅質(zhì)巖建造兩部分組成，前者形成于陸表海環(huán)境，后者則形成于陸相河流—湖泊環(huán)境。在借鑒前人研究成果基礎(chǔ)上［1－2］，通過綜合沉積相標(biāo)志研究，將石炭系—二疊系沉積建造分為3類沉積環(huán)境4種沉積體系和7類沉積相（表1）。即陸表海濱岸環(huán)境下臺地—瀉湖沉積體系、障壁島—瀉湖—潮坪復(fù)合沉積體系，海陸交互環(huán)境下的三角洲沉積體系以及陸相環(huán)境下的河流—湖泊復(fù)合沉積體系，其中發(fā)育瀉湖、臺地、潮坪、障壁島、三角洲和河流等類型沉積相，石炭系—二疊系總體的沉積環(huán)境演化是由海相向陸相轉(zhuǎn)換。

圖1 沁水盆地南部山西—太原組砂巖綜合柱狀圖

表1 沁水盆地南部沉積體系及沉積相、微相組成

2.2 主要相分析

（1）瀉湖相

瀉湖相主要發(fā)育于上石炭統(tǒng)太原組，巖石類型主要為灰色、灰黑色泥巖，砂質(zhì)泥巖，發(fā)育的水平層理和塊狀層理，含有植物化石碎屑，具少量動(dòng)物化石，且種類屬較為單一，個(gè)體較小，常與障壁砂壩共生（圖2）。視電阻率曲線平直、光滑，自然伽馬曲線呈小鋸齒狀，反映了一種較為穩(wěn)定、安靜的水體環(huán)境。在地震剖面上表現(xiàn)為中振中高連平行反射。微量元素測試表明：B質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.004%～0.05%，一般在0.006%～0.02%；B／Ga值為1.0～7.3，一般為1.0～4.0；Sr／Ba值為0.5～13.0，一般為1.0～3.0。這些地化指標(biāo)均反映了瀉湖沉積的水體條件是介于淡水與海水之間的一種半咸水環(huán)境。

圖2 沁水盆地南部ZS44井沉積相分析

（2）潮坪相

潮坪相廣泛分布于障壁島島后地帶以及瀉湖周圍地帶。根據(jù)潮汐的變化，可以將潮坪相劃分為：潮上坪、潮間坪和潮下坪。根據(jù)潮坪沉積物的特征又可細(xì)分為泥坪相、混合坪相和砂坪相。潮坪相主要發(fā)育泥巖、砂質(zhì)泥巖和粉細(xì)砂巖為主，砂巖分選性較好，波狀層理、雙向交錯(cuò)層理、羽狀交錯(cuò)層理等較為發(fā)育。在粒度概率曲線上表現(xiàn)為多段式，以跳躍總體為主，常具有兩個(gè)次總體，懸移總體含量少。潮坪沉積物的測井曲線的視電阻率和自然伽馬值較小，曲線呈光滑的線形。當(dāng)煤層或砂巖發(fā)育時(shí)，曲線幅度增加，此時(shí)曲線呈鋸齒狀，反映出水動(dòng)力條件周期性變化的特性（圖3）。在地震剖面上主要表現(xiàn)為弱振低連中頻亞平行反射特征。

圖3 ZS79井（691.5～782.05 m）巖心沉積相分析圖

（3）淺水三角洲相

三角洲相位于海（湖）陸之間的過渡地帶，是海陸過渡相的重要組成部分。在沁水盆地南部識別出的三角洲的沉積特征及其沉積相構(gòu)成基本符合Dnoaldsno所總結(jié)的河控淺水三角洲沉積體系的構(gòu)成特點(diǎn)。與一般的濱海三角洲體系相比較，其多數(shù)沉積相都可識別出，但是，三角洲前緣組合和前三角洲組合不甚發(fā)育，被快速推進(jìn)擺動(dòng)的分流河道沖刷、改造和破壞掉了。

（4）分流河道微相

在研究區(qū)，分流河道砂體在山西組最為發(fā)育，往往多期分流河道砂體疊置在一起，上部的河道對下部沉積組合具有沖蝕、削截作用而導(dǎo)致下部的分流河道組合中缺少某些單元（圖4）。分流河道組合可以從鉆井巖心和測井曲線上識別出來，其特點(diǎn)是：底部具沖刷面，沖刷面上的砂巖常具塊狀構(gòu)造，滯留沉積中含大量泥礫、煤屑等；往上以大型槽狀和板狀（直線型、收斂形均有）交錯(cuò)層理最發(fā)育，再往上為發(fā)育波狀層理、小型交錯(cuò)層理的細(xì)砂巖，自下而上層序厚度逐漸變細(xì)。分流河道沉積組合的上部為泛濫平原環(huán)境沉積的泥質(zhì)、粉砂質(zhì)；發(fā)育透鏡狀層理，最頂部為沼澤或泥炭沼澤沉積。粒度分析特征：主要含粉砂細(xì)砂巖，跳躍組分分兩個(gè)次總體，交截點(diǎn)在3.5～3.0之間，跳躍組分C.T.為1～0Φ。跳躍組分的傾斜在45°～65°范圍內(nèi)，具正的偏態(tài)和很尖銳的峰態(tài)。

圖4 ZS27井（743.74～847.25m）巖心沉積相分析圖

（5）決口扇相

決口扇是在河水浸漫河床時(shí)沖決天然堤時(shí)形成的，主要為砂質(zhì)沉積物，也見有黃褐色粉砂巖和砂質(zhì)黏土巖。砂巖以細(xì)粒為主，局部為中—細(xì)粒砂巖，含雜基較多，分選和磨圓度均較差。剖面上呈透鏡狀，平面上呈扇狀，其沉積序列中下部為小型板狀交錯(cuò)層理、波紋交錯(cuò)層理，上部為水平層理或?yàn)閴K狀層理，含有泥礫和較多的植物化石碎屑。砂巖層底界面見有沖刷面，往上至頂部呈漸變關(guān)系，也見有明顯的突變粗序列（圖5）。如果決口扇規(guī)模大，在平面上則呈現(xiàn)具有一定面積的席狀砂體而構(gòu)成決口三角洲沉積。決口扇在測井曲線上常表現(xiàn)箱狀結(jié)構(gòu)，上下界面均比較明顯。

（6）分流間沼澤及泥炭沼澤相

在分流間洼地或分流間泛濫平原基礎(chǔ)上發(fā)展而成的分流間沼澤，雖然河水注入該區(qū)，但覆水深度較淺，植物茁生，逐步形成泥炭沼澤。主要由含有機(jī)質(zhì)的黑色、深灰色質(zhì)巖、黏土巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖和煤層等組成，含有植物根莖化石，也可見到由洪水帶入的粉砂質(zhì)或細(xì)砂質(zhì)沉積（圖4）。

2.3 沉積剖面展布

東西向上，ZS25、ZS28和ZS29連井區(qū)域山西組厚度稍厚，主要發(fā)育分流澗灣、分流河道、湖泊和泥炭沼澤微相（圖6）。其中分流澗灣大面積發(fā)育，厚度大。在山西組頂部，分流河道呈條帶狀發(fā)育，其它區(qū)域，分流河道呈透鏡狀展布。在山西組下部，泥炭沼澤微相中發(fā)育了3＃煤層，在區(qū)域上分布穩(wěn)定且連續(xù)。其直接頂板是分流澗灣泥，局部發(fā)育砂巖，底板為湖泊相泥巖。

圖5 ZS83井（883.5～935.1 m）巖心沉積相分析圖

南北向上，分流澗灣大面積發(fā)育，分流河道局部發(fā)育，呈條帶狀和透鏡狀展布。在山西組下部，泥炭沼澤微相中發(fā)育了3＃煤層，在區(qū)域上穩(wěn)定且連續(xù)分布，其直接頂板以分流澗灣泥為主，底板為湖泊相泥巖，因此頂?shù)装鍖?＃煤層有很好的封蓋性，有利于煤層氣的儲集，適宜于工業(yè)規(guī)模開發(fā)煤層氣。

3 煤巖微相分析

按照澳大利亞狄塞爾煤相模式［9］，結(jié)合沁南煤相資料實(shí)際，區(qū)域煤巖可劃分為四種煤相類型：干燥森林沼澤相、淺覆水森林沼澤相、深覆水森林沼澤相和潮濕森林沼澤相。本次煤相研究選取ZS14和ZS44兩個(gè)鉆孔，研究煤相垂向變化特征，其中ZS44井為3＃煤層，ZS14井為15＃煤層。

經(jīng)過對ZS44井3＃煤層煤樣結(jié)構(gòu)保存指數(shù)（TPI）、凝膠化指數(shù)（GI）計(jì)算，進(jìn)行相圖投點(diǎn)，得出TPI－GI相圖（圖7）。從圖中可以看出，3＃煤層中僅有1個(gè)煤樣落在低位沼澤（蘆葦）相，2個(gè)煤樣分別位于較淺和較深覆水森林沼澤相，2個(gè)煤樣為潮濕森林沼澤相，其余為干燥森林沼澤相。

ZS14井15＃煤層的TPI－GI相圖表明：分別有1個(gè)煤樣有落在潮濕森林沼澤相和干燥森林沼澤相，其余位于較淺或較深覆水森林沼澤相。

研究表明，對15＃煤層而言，無論是從出現(xiàn)頻度，還是從在整個(gè)沼澤演化過程中所占的比例來看，覆水森林沼澤相是本區(qū)15＃煤層煤相類型的主體，其所占的比例超過50%，其中又以較淺覆水森林沼澤相為主。它

在整個(gè)煤層剖面中分布較大，表明它在沼澤演化的過程中一直占有主導(dǎo)地位。深覆水森林沼澤相在煤層發(fā)育過程中占有一定的比例，特別是在煤層的中部，往往與淺覆水森林沼澤相交互出現(xiàn)，表現(xiàn)出一種周期性旋回結(jié)構(gòu)。潮濕森林沼澤相在煤層形成過程中也時(shí)有出現(xiàn)，但所占比例較小，也表明了15＃煤層的形成環(huán)境總體說來還是比較潮濕的。另外，可以看出，干燥森林沼澤相在整個(gè)成煤沼澤演化過程中也占有一定的比例，主要是在煤層形成的早期。綜上所述，15＃煤形成于濱海平原上的森林沼澤，在其形成過程中可能受到海陸兩方面的影響。沼澤中既有陸表河流的穿插，也可以由潮道構(gòu)成的海水進(jìn)出通道，從而形成了一套海陸交互相的成煤沼澤環(huán)境從垂向演化上看，15＃煤層在其沼澤演化過程中一直以淺覆水森林沼澤相為主體，同時(shí)也可過渡為強(qiáng)覆水森林沼澤相或干燥森林沼澤相。可以看出產(chǎn)生這種旋回結(jié)構(gòu)的主要原因在于沼澤水體深淺發(fā)生周期性變化；其內(nèi)也可包含由于水流活動(dòng)性周期變化而形成的次級旋回結(jié)構(gòu)。

圖6 鄭莊區(qū)塊東西向ZS19井—ZS39井聯(lián)井沉積相剖面

圖7 ZS44井3＃煤層TPI－GI相圖

3＃煤層的煤相組成以干燥森林沼澤相和潮濕森林沼澤相為主，其次是較淺覆水森林沼澤相、較深覆水森林沼澤相和低位沼澤（蘆葦）相。在垂向上，早期在淺湖相基礎(chǔ)上發(fā)育了低位沼澤（蘆葦）相，次為覆水森林沼澤相，中期主要為潮濕森林沼澤相，晚期為干燥森林沼澤相。沼澤環(huán)境整體上是穩(wěn)定的，這種穩(wěn)定又是相對的，厚煤層形成期間經(jīng)歷了一次大的水深變化，自下而上水體由深變淺，而每個(gè)部分可能又包含著多次小的水深變化，但總體上都是有利的成煤環(huán)境。良好的聚集場所和充足的成炭原始物質(zhì)最終在水體逐漸下降的泥炭沼澤環(huán)境中形成了較厚煤層。其中，分析認(rèn)為3＃煤層下部“軟煤”是由于沉積原因造成的，它主要是低位（蘆葦）沼澤相所產(chǎn)生的，解決了困擾沁水盆地多年的3＃煤層下部“軟煤”成因問題。

4 沉積相平面展布特征

4.1 太原組沉積相平面展布特征

晚石炭世后期，賀蘭拗拉槽填平補(bǔ)齊并停止活動(dòng)，至晚石炭世太原組沉積時(shí)，海水逐漸侵入，且不斷擴(kuò)大范圍，最終使得祁連、華北海盆相互連通，盆地中廣泛的濱海相沉積體系逐漸形成，并且含有大量的煤層。此時(shí)，由于興蒙海槽的關(guān)閉，伊盟隆起北部隆升的區(qū)域成為主要的物源區(qū)，總體上，盆地呈北陡南緩、北高南低的構(gòu)造格局。沖積扇、三角洲、潮坪—障壁島—淺水陸棚碳酸鹽巖等沉積體系共存，并形成陸源碎屑與碳酸鹽巖的混合沉積。

沁水盆地南部太原組地層分布較為穩(wěn)定，石灰?guī)r沉積發(fā)育，其石灰?guī)r都為淺海相沉積產(chǎn)物，含豐富的海相化石，主要發(fā)育于研究去中南部地區(qū)，向北部，其厚度則呈現(xiàn)出逐漸減少和變薄的趨勢。從石灰?guī)r的分布情況可反映出太原組沉積時(shí)期海侵的方向、范圍和規(guī)模。為一套障壁海岸與碳酸鹽臺地混合沉積相，北部發(fā)育瀉湖，而南部主要為臺地沉積體系（圖8）。

圖8 沁水盆地南部太原組沉積相平面圖

4.2 山西組沉積相平面展布特征

山西期因華北地臺整體抬升，海水從盆地兩側(cè)退出，盆地性質(zhì)由陸表海盆演變?yōu)榻：?，沉積環(huán)境從海相轉(zhuǎn)變?yōu)殛懴嗟倪^渡環(huán)境，南北差異沉降和相帶分異增強(qiáng)。山西期沉積特征主要表現(xiàn)為三角洲相取代潮坪一淺水陸棚相，沉積相帶呈南北向相帶分異的特點(diǎn)，由北向南，由沖積平原、三角洲平原、三角洲前緣過渡到淺湖沉積；海相碳酸鹽建造演變?yōu)殛懺此樾己航ㄔ?。山西組III砂組沉積時(shí)期，研究區(qū)主要發(fā)育三角洲和濱淺湖體系，此時(shí)為三角洲建設(shè)時(shí)期，沉積了下三角洲平原和三角洲前緣沉積，受到潮汐和河流的共同影響。由于處于河流的下游，坡度較緩，下蝕作用不顯著，以分流河道的側(cè)蝕作用為主，河道較彎。同時(shí)頻繁的決口改道作用使該區(qū)形成了較多的決口扇沉積。北部三角洲沉積體系范圍大，展布廣泛，而南部范圍相對較小，只在西南范圍內(nèi)發(fā)育（圖9）。

圖9 沁南山西組III砂組時(shí)期沉積相平面圖

山西組I、II砂組沉積時(shí)期，研究區(qū)基本繼承了三砂組時(shí)期的沉積格局，主要發(fā)育兩個(gè)淺水三角洲體系，但該時(shí)期也呈現(xiàn)出自身的沉積特征。由于盆地北部源區(qū)構(gòu)造活動(dòng)的減弱，物源供給有限，盆地開始趨于穩(wěn)定沉降。由于湖侵的逐漸擴(kuò)展，致使三角洲體系逐漸減小，整體表現(xiàn)為湖進(jìn)河退的局面，此時(shí)盆地南部出現(xiàn)淺湖亞相泥質(zhì)沉積。

5 沉積演化的控氣作用探討

5.1 煤層上覆有效地層厚度與煤層氣產(chǎn)量具有較好的相關(guān)性

地層劃分與沉積研究表明，沁水盆地南部3＃煤層上覆頂板厚砂巖（h＞3 m）對煤層含氣量具有明顯的控制作用。以此為依據(jù)，對鄭莊等區(qū)塊3＃煤層上覆有效地層厚度分別從10 m、20 m、40 m的角度進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，沁水盆地南部3＃煤層上覆有效地層的厚度與煤層氣產(chǎn)量相關(guān)性良好。

首先，當(dāng)3＃煤層上有效覆地層厚度10 m以內(nèi)頂板有厚砂巖（h＞3 m）時(shí)，3＃煤層含氣量明顯降低，一般低于15 m3／t，具有砂巖厚度越大含氣量越低、產(chǎn)氣量越低的趨勢。例如鄭莊區(qū)塊ZS31、ZS44、ZS42、ZS39等井都是如此，日產(chǎn)氣量幾百方或無，產(chǎn)水量大，樊莊區(qū)塊東部部分井也是如此。當(dāng)3＃煤層上覆有效地層的厚度為10 m時(shí)，煤層氣單井產(chǎn)量一般或

為低產(chǎn)，低于1000m3／d，不是煤層氣的有利富集區(qū)。例如鄭莊區(qū)塊的ZS62井以北的區(qū)塊，在山西組III砂組時(shí)期屬于三角洲河道砂體的主體沉積區(qū)域，煤層含氣量明顯降低，產(chǎn)量也不太好。

其次，當(dāng)3＃煤上覆有效地層的厚度達(dá)到20m時(shí)，單井的煤層氣含氣量一般大于20 m3／t，產(chǎn)氣量中等，日產(chǎn)1000～3000 m3，是煤層氣的有利聚集區(qū)。例如鄭莊區(qū)塊的西部ZS77、ZS78、ZS72、ZS70、ZS76井區(qū)，該區(qū)域山西組III砂組時(shí)期屬于分流間灣沉積，具有有效的上覆泥巖厚度，單井含氣量高，都大于20 m3／t，當(dāng)前單井產(chǎn)氣量已達(dá)到1000～2200 m3／d，是較好的開發(fā)區(qū)塊。

再次，當(dāng)3＃煤層上覆有效地層的厚度達(dá)到40 m時(shí)，含氣量可能不高，但產(chǎn)氣量絕對是最高的，屬于煤層氣的高產(chǎn)富集區(qū)。例如沁水盆地的成莊、潘莊區(qū)塊，在山西組III砂組時(shí)期屬前三角洲沉積，上覆泥巖厚度大，基本大于40 m，區(qū)域砂體也不發(fā)育，結(jié)果單井產(chǎn)氣量最高，開發(fā)效果最好。例如成莊井區(qū)日產(chǎn)氣30×104m3左右，平均日產(chǎn)氣4850 m3，其中日產(chǎn)氣大于10000 m3井有7口，5000～10000 m310口，大于5000m3的井占總開井?dāng)?shù)20%，是目前華北油田沁南煤層氣田開發(fā)效益最好的井區(qū)。

5.2 沉積環(huán)境決定煤巖微相，控制了煤巖的生氣能力及含氣量

通過沁水盆地石炭系—二疊系含煤地層沉積環(huán)境、沉積體系分析，發(fā)現(xiàn)成煤模式在時(shí)間上和空間上都存在多樣性特點(diǎn)。區(qū)內(nèi)河流成煤模式成煤范圍相對局限，持續(xù)時(shí)間較短，多形成厚度不穩(wěn)定的薄煤層。陸表海濱岸成煤模式和淺水三角洲成煤模式是區(qū)內(nèi)存在的兩種主要成煤模式，形成了研究區(qū)內(nèi)石炭系—二疊系煤層氣藏主力烴源巖。決定了沁水盆地煤巖沉積具有不均質(zhì)性，煤相具有多樣性。

陸表海濱岸沉積體系主要由寬廣的潮坪、開闊的瀉湖、低平粒細(xì)的障壁島、潮汐通道和潮汐三角洲等環(huán)境單元組成。泥炭坪由碎屑潮坪連續(xù)演化而成，發(fā)育于瀉湖近岸潮坪、障壁島后潮坪、臺地背海一側(cè)，其中瀉湖泥炭坪和潮坪泥炭坪發(fā)育規(guī)模較大。另外，各種類型的泥炭坪并不是孤立存在的，它們之間有著內(nèi)在地聯(lián)系。在地殼沉降變化和海水進(jìn)退的條件下，各種類型泥炭坪可連為一體，從而形成層位穩(wěn)定的煤層。

淺水三角洲屬于典型的河控型，進(jìn)積作用使三角洲快速向海推進(jìn)的同時(shí)，三角洲朵葉的側(cè)向遷移也非常活躍。寬廣的三角洲平原為泥炭沼澤的發(fā)生、發(fā)展提供了優(yōu)越的自然條件。泥炭沼澤發(fā)育時(shí)間的長短受控于區(qū)域構(gòu)造背景、海水進(jìn)退速度等因素。分流河道的頻繁改道就使得先前的煤層受到水流的沖刷而遭到部分的破壞，與此同時(shí)，在廢棄的河道中又能迅速地堆積大量的沼澤泥炭，從而形成煤—砂—煤的地層疊置樣式，為石炭系—二疊系自生自儲煤成氣藏提供了天然優(yōu)越的條件。

同時(shí)，煤相對煤的生烴潛力具有較強(qiáng)的控制作用，在成熟度相同的背景下，隨著沼澤覆水程度的增加，介質(zhì)的還原性增強(qiáng)，所形成煤的生烴潛力也在增加，其生烴潛力由干燥森林沼澤相→潮濕森林沼澤相→較淺覆水森林沼澤相→較深覆水森林沼澤相→低位（蘆葦）沼澤相增加。而煤層氣吸附量正好相反，由干燥森林沼澤相→潮濕森林沼澤相→較淺覆水森林沼澤相→較深覆水森林沼澤相→低位（蘆葦）沼澤相減少。煤層本身的吸附能力對含氣量起主要控制作用，因此，在縱向上，由于15＃煤層與3＃煤層在沉積環(huán)境的不同導(dǎo)致了整體含氣量的差異，即15＃煤層的含氣量小于3＃煤層含氣量，這是由煤巖微相所決定的。

6 結(jié)論

（1）通過對沁水盆地南部含煤地層沉積環(huán)境、沉積體系分析和成煤環(huán)境分析，發(fā)現(xiàn)成煤模式在時(shí)間上和空間上都存在多樣性特點(diǎn)，其中陸表海濱岸及淺水三角洲成煤模式是區(qū)內(nèi)主要成煤模式。

（2）沁水盆地南部3＃煤層的煤相組成以干燥森林沼澤相和潮濕森林沼澤相為主，其次是較深覆水森林沼澤相、較淺覆水森林沼澤相和低位沼澤（蘆葦）相。15＃煤層在其沼澤演化過程中以淺覆水森林沼澤相為主體，同時(shí)也可過渡為強(qiáng)覆水森林沼澤相或干燥森林沼澤相；產(chǎn)生這種旋回結(jié)構(gòu)的主要原因在于沼澤水體深淺發(fā)生周期性變化。

（3）煤層上覆有效地層厚度與煤層氣產(chǎn)量具有較好的相關(guān)性，能夠有效控制煤層氣的高產(chǎn)富集帶，是煤層氣高產(chǎn)富集的主控因素之一。

（4）沁水盆地南部沉積環(huán)境決定煤巖微相，煤巖的生氣能力及含氣量主要受煤巖微相控制。

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（修改回稿日期 2013－08－12 編輯 王曉清）

國家重大油氣專項(xiàng)（2011ZX05033－04）“煤系地層游離氣富集規(guī)律與分布研究”

楊克兵，男，1967年出生，大學(xué)本科，高級工程師；現(xiàn)在華北油田勘探開發(fā)研究院工作，主要從事測井及油氣地質(zhì)綜合研究。地址：（062552）河北任丘市華北油田勘探開發(fā)研究院勘探所。電話：（0317）2722679，13012033942。E－mail：yjy_yangkeb＠petrochina.com.cn