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煤层气成藏的宏观动力能条件及其地质演化过程_以山西沁33065378

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煤层气 宏观 动力 条件 及其 地质 演化 过程 山西 33065378
资源描述:
第 12 卷 第 3 期2005 年 9 月地 学 前 缘 (中 国 地 质 大 学 (北 京 ) ; 北 京 大 学 )h 12 32005收 稿 日 期 :2005 04 17 ;修 回 日 期 :2005 06 11基 金 项 目 :国 家 “ 973” 煤 层 气 项 目 (2002;中 国 博 士 后 科 学 基 金 项 目 (2005037749) ;江 苏 省 博 士 后 基 金 项 目作 者 简 介 :吴 财 芳 (1976 —   ) ,男 ,博 士 后 ,研 究 方 向 为 煤 层 气 地 质 、 瓦 斯 地 质 。 气 成 藏 的 宏 观 动 力 能 条 件 及 其 地 质 演 化 过程 — — — 以 山 西 沁 水 盆 地 为 例吴 财 芳 ,   秦   勇 ,   傅 雪 海 ,   曾   勇中 国 矿 业 大 学 资 源 与 地 球 科 学 学 院 ,江 苏 徐 州 221008       y X uz 21008 , et of A a rt h 2005 , 12 ( 3 ) :2992308 of on an by of on he of as a we a of as we of on ur of of of of is as it we of he in of in of in in of as of 要 :煤 层 气 成 藏 维 系 于 其 能 量 平 衡 系 统 ,宏 观 上 受 控 于 “ 四 场 互 动 ” 过 程 ,核 心 是 能 量 的 有 效 传 递 及 其 地 质选 择 过 程 。 以 沁 水 盆 地 为 例 ,对 构 造 动 力 能 、 热 动 力 能 、 地 下 水 动 力 能 等 宏 观 动 力 能 的 地 质 演 化 过 程 进 行 了 深入 探 讨 ,阐 明 了 不 同 宏 观 动 力 能 对 煤 层 气 成 藏 的 控 制 作 用 。 结 果 表 明 :研 究 区 构 造 动 力 能 及 其 演 化 总 体 经 历了 4 个 阶 段 ;热 动 力 能 及 其 演 化 和 由 其 控 制 的 煤 化 作 用 同 样 经 历 了 4 个 阶 段 ;地 下 水 动 力 能 及 其 演 化 包 括 3个 阶 段 。 其 中 ,燕 山 中 期 的 剧 烈 岩 浆 活 动 是 宏 观 动 力 能 条 件 演 化 的 关 键 时 期 。 以 构 造 动 力 能 为 主 线 ,将 其 他能 量 场 贯 穿 起 来 ,可 知 宏 观 动 力 能 与 煤 层 气 成 藏 之 间 的 耦 合 关 系 如 下 :盆 地 北 部 阳 泉 — 寿 阳 区 域 ,是 煤 层 气 成藏 有 利 区 域 之 一 ,但 不 利 于 煤 层 气 高 产 ;盆 地 南 部 晋 城 — 阳 城 及 沁 水 北 部 区 域 ,不 仅 是 煤 层 气 成 藏 有 利 区 域 ,而 且 利 于 煤 层 气 高 产 ;盆 地 中 部 沁 源 地 区 是 煤 层 气 成 藏 和 高 产 的 有 利 区 域 ;盆 地 东 部 的 屯 留 — 襄 垣 区 域 是 煤层 气 成 藏 有 利 区 域 之 一 ,但 不 利 于 煤 层 气 高 产 。300       吴 财 芳 ,秦   勇 ,傅 雪 海 ,等 / 地 学 前 缘 ( 2005 , 12 (3)关 键 词 :煤 层 气 成 藏 ;能 量 平 衡 系 统 ;宏 观 动 力 能 ;地 质 选 择 过 程 ;沁 水 盆 地中 图 分 类 号 : 文 献 标 识 码 :A   文 章 编 号 :1005 2321 (2005) 03 0299 10煤 层 气 依 靠 能 量 系 统 平 衡 压 力 和 煤 储 层 本 身 吸附 能 力 赋 存 于 煤 层 中 ,使 得 煤 层 气 藏 对 外 界 干 扰 的响 应 比 常 规 天 然 气 藏 更 为 敏 感 和 脆 弱 ,而 我 国 多 期地 质 作 用 过 程 使 系 统 变 得 异 常 复 杂 。 这 一 系 统 外 因上 受 控 于 “ 四 场 互 动 ” 过 程 ,内 因 上 与 “ 三 相 耦 合 ” 机理 密 切 相 关 。 它 们 与 储 层 物 性 (煤 储 层 弹 性 能 的 表现 形 式 )一 起 ,共 同 制 约 着 煤 层 气 的 逸 失 和 聚 集 ,控制 着 煤 层 气 成 藏 的 可 能 性 和 可 采 性 。 因 此 ,科 学 描述 有 效 压 力 系 统 中 能 量 的 聚 散 机 制 ,揭 示 能 量 平 衡系 统 的 动 态 演 化 过 程 ,是 研 究 复 杂 地 质 条 件 下 煤 层气 藏 形 成 机 理 、 成 藏 类 型 和 分 布 规 律 的 前 提 和 基 础 。1   煤 层 气 成 藏 的 宏 观 动 力 能 及 其 地 质演 化能 量 聚 散 的 宏 观 地 质 演 化 过 程 ,是 指 煤 储 层 在不 同 的 地 质 历 史 时 期 的 “ 四 场 ” (构 造 应 力 场 、 热 应 力场 、 地 下 水 动 力 场 、 流 体 化 学 场 ) 互 动 过 程 。 “ 五 史 ”(沉 积 埋 藏 史 、 构 造 演 化 史 、 煤 化 作 用 史 、 有 机 质 生 烃史 、 地 下 水 活 动 史 ) 之 间 的 不 同 配 置 形 成 不 同 的 “ 四场 ” 耦 合 关 系 ,即 不 同 的 能 量 平 衡 系 统 ,主 要 能 量 形式 包 括 构 造 动 力 能 、 热 动 力 能 以 及 地 下 水 动 力 能 。下 面 以 沁 水 盆 地 为 例 ,对 煤 层 气 成 藏 的 宏 观 动 力 能条 件 及 其 地 质 演 化 过 程 进 行 深 入 研 究 。111   构 造 动 力 能 条 件 及 其 演 化构 造 动 力 能 条 件 主 要 表 现 为 :构 造 演 化 史 及 其古 今 构 造 应 力 场 ;储 层 的 埋 藏 历 史 及 其 埋 深 等 。11111   沁 水 盆 地 构 造 演 化 及 构 造 应 力 场 分 析古 构 造 应 力 场 控 制 了 现 今 构 造 形 变 、 构 造 样 式分 布 特 点 ,决 定 着 煤 储 层 内 裂 隙 的 发 育 程 度 及 分 布规 律 。 现 代 构 造 应 力 场 对 先 期 形 成 的 构 造 又 起 着 后期 改 造 作 用 ,并 控 制 着 煤 储 层 的 受 力 状 态 以 及 裂 隙的 开 合 程 度 。 它 们 共 同 控 制 着 储 层 内 流 体 的 赋 存 及运 移 ,与 储 层 渗 透 率 、 煤 层 气 的 开 采 密 切 相 关 [1 ,2 ] 。对 研 究 区 晚 古 生 代 以 来 的 构 造 应 力 场 特 征 及 其演 化 (图 1) 的 研 究 结 果 表 明 :印 支 期 构 造 应 力 场 具有 挤 压 特 征 ,燕 山 期 表 现 为 N 挤压 应 力 场 ,喜 马 拉 雅 期 至 现 代 构 造 应 力 场 的 最 大 主应 力 为 N 挤 压 。 由 于 沁 水 盆 地 在 稳 定沉 积 阶 段 并 不 是 作 为 一 个 独 立 的 沉 积 坳 陷 存 在 ,故中 生 代 晚 期 的 构 造 形 成 阶 段 (燕 山 中 晚 期 )对 盆 地 的现 今 形 态 影 响 巨 大 ,是 认 识 盆 地 的 关 键 。图 1   沁 水 盆 地 构 造 发 展 演 化 示 意 图 of 支 运 动 期 ,沁 水 盆 地 主 体 遭 受 近 南 北 向 的构 造 挤 压 。 盆 地 北 部 阳 曲 — 盂 县 和 南 部 阳 城 两 个 断隆 带 上 形 成 近 东 西 向 的 褶 皱 及 两 组 早 期 共 轭 剪 裂隙 [1 ] 。 总 体 上 看 ,印 支 期 近 水 平 挤 压 应 力 场对 沁 水 盆 地 的 影 响 不 大 ,盆 地 仍 保 持 了 稳 定 状 态 ,并未 在 盆 地 内 部 形 成 明 显 的 地 质 构 造 ,仅 使 盆 地 南 北两 缘 产 生 了 一 定 程 度 的 隆 起 抬 升 ,形 成 沁 水 盆 地 雏形 。在 燕 山 运 动 期 ,沁 水 盆 地 的 构 造 活 动 以 挤 压 抬升 和 褶 皱 作 用 最 为 显 著 ,在 盆 地 内 部 形 成 宽 缓 褶 皱 。其 中 ,N E — 向 褶 皱 最 为 发 育 ,遍 布 全 区 ,规 模较 大 ,一 般 长 约 10~ 30 褶 皱 走 向 自 北 向 南 呈规 律 性 变 化 ,北 部 阳 泉 — 昔 阳 一 带 呈 N E 向 ,中 部 近 向 ,南 部 阳 城 以 南 呈 — N E 向 。 在大 型 褶 皱 的 两 翼 ,往 往 发 育 一 系 列 的 次 级 褶 皱 ,在 盆地 两 缘 特 别 是 盆 地 东 缘 靠 近 太 行 山 造 山 带 形 成 了N E 向 展 布 的 冲 断 层 。 同 时 ,盆 地 局 部 有 强 烈 地 岩浆 侵 入 ,形 成 不 均 衡 高 热 地 热 场 ,使 煤 化 程 度 快 速 提吴 财 芳 ,秦   勇 ,傅 雪 海 ,等 / 地 学 前 缘 ( 2005 , 12 (3)     301  升 。 又 由 于 煤 层 在 抬 升 过 程 中 上 覆 压 力 逐 渐 减 小 ,从 而 有 利 于 煤 储 层 中 天 然 裂 隙 的 生 成 ,形 成 本 区 特有 的 煤 级 虽 高 但 裂 隙 较 为 发 育 的 特 征 ,对 煤 层 气 生成 以 及 勘 探 开 发 十 分 有 利 。进 入 喜 山 晚 期 ,由 于 构 造 应 力 场 的 反 转 ,盆 地 西部 、 北 部 的 断 裂 广 泛 发 育 ,形 成 晋 中 、 临 汾 地 堑 系 ,促成 了 长 治 、 榆 社 、 武 乡 等 地 形 成 一 些 小 型 山 间 盆 地 。图 2   山 西 南 部 晚 古 生 代 煤 层 埋 藏 历 史 [2 ] ]沁 水 盆 地 燕 山 期 之 后 构 造 应 力 场 主 应 力 方 向 发 生 反转 ,最 大 挤 压 应 力 方 向 为 2 ,最 小 主 应力 为 ,并 沿 此 方 向 发 生 应 力 松 弛 ,表现 为 拉 张 应 力 ,导 致 前 期 形 成 的 挤 压 构 造 发 生 负 反转 ,形 成 了 规 模 较 小 的 近 背 、 向 斜 相 间 分 布 ,并 叠 加 在 燕 山 期 N E — 向 次 级 褶 皱 之 上 的 次级 宽 缓 褶 皱 。现 代 构 造 应 力 场 最 大 挤 压 应 力 呈 2 水 平 展 布 ,与 燕 山 期 2 正 断 层 走 向近 于 平 行 。 在 此 构 造 应 力 场 作 用 下 ,燕 山 期 形 成 的具 有 压 剪 性 质 的 断 层 再 次 活 动 ,致 使 盆 地 内 部 及 边缘 断 裂 构 造 进 一 步 复 杂 化 ,盆 地 中 部 文 王 山 地 垒 、 二岗 山 地 垒 的 发 育 与 此 有 关 。 现 今 构 造 应 力 场 总 体 上继 承 了 第 三 纪 至 第 四 纪 以 来 的 构 造 应 力 场 特 征 。 沁水 盆 地 东 部 和 顺 — 长 治 一 带 表 现 为 N 水 平 挤 压 应 力 场 ,西 部 地 区 为 水 平 挤压 应 力 场 ;北 部 、 中 部 和 南 部 地 区 则 均 表 现 为 近 水 平伸 展 应 力 场 ,主 应 力 总 体 呈 展 布 ,仰 角 较小 且 较 稳 定 ,一 般 小 于 20° ;主 压 应 力 轴 总 体 呈 N 展 布 ,仰 角 变 化 较 大 ,一 般 为 40~ 60° 。 由 此 ,形 成 了 沁 水 盆 地 现 代 构 造 格 局 ,其 总 体 趋 势 是 南 北分 区 、 东 西 分 带 ,主 要 表 现 为 南 部 和 北 部 的 构 造 端区 、 榆 社 — 沁 源 和 屯 留 — 安 泽 构 造 区 。11112   煤 储 层 的 埋 藏 历 史 与 埋 藏 阶 段煤 层 埋 藏 历 史 受 控 于 构 造 发 展 阶 段 ,每 一 阶 段构 造 运 动 的 性 质 决 定 了 该 阶 段 煤 层 的 埋 藏 特 征 。 因此 ,埋 藏 史 的 演 化 发 展 在 构 造 控 制 下 对 煤 层 气 的 赋存 逸 散 影 响 很 大 。 根 据 区 内 构 造 运 动 发 展 阶 段 以 及图 3   山 西 南 部 晚 古 生 代 煤 层 受 热 历 史 [2 ] in ]地 层 厚 度 、 古 埋 藏 深 度 的 恢 复 结 果 等 前 人 研 究 成果 [2 ] ,可 知 晚 古 生 代 煤 层 经 历 了 5 个 埋 藏 阶 段 (图 2) 。112   热 动 力 能 条 件 及 其 演 化热 动 力 能 条 件 主 要 包 括 煤 化 作 用 史 及 煤 级 (镜质 组 反 射 率 ) 、 有 机 质 生 烃 史 及 生 气 量 和 生 气 强 度 、地 热 场 演 化 历 史 及 地 温 梯 度 等 。 (1) 研 究 区 主 煤 层煤 级 展 布 :本 区 煤 级 具 有 “ 东 高 西 低 、 南 高 北 低 、 东 南最 高 ,中 部 偏 低 ,跨 度 极 大 ” 的 总 体 展 布 规 律 (图 3) ,这 是 因 为 研 究 区 晚 中 生 代 古 地 热 场 具 有 高 地 温 梯度 、 高 大 地 热 流 值 、 非 均 一 性 和 瞬 时 性 等 异 常 古 地 热场 的 典 型 特 征 ,它 与 深 埋 作 用 下 的 正 常 古 地 热 场 背景 叠 加 在 一 起 ,共 同 作 用 于 晚 古 生 代 煤 层 ,造 成 现 今煤 级 分 布 格 局 [2 ] 。 (2) 古 地 热 场 发 展 史 与 储 层 受 热史 :秦 勇 等 于 1998 年 研 究 表 明 ,本 区 古 地 热 场 演 化经 历 了 4 个 阶 段 ,与 此 对 应 的 煤 层 受 热 历 史 以 及 储层 热 演 化 历 史 也 经 历 了 4 个 主 要 阶 段 (图 3、 4) 。本 区 煤 层 热 演 化 史 研 究 成 果 表 明 ,晚 古 生 代 煤的 生 烃 作 用 主 要 发 生 在 两 个 阶 段 [2 ] :第 一 阶 段 为 快速 埋 藏 、 缓 慢 增 温 阶 段 ,主 要 集 中 于 三 叠 纪 期 间 ,表现 为 深 成 变 质 作 用 过 程 中 的 生 烃 演 化 ;第 二 阶 段 为抬 升 、 快 速 增 温 阶 段 ,主 要 发 生 在 晚 侏 罗 世 — 早 白 垩世 ,导 致 二 次 生 烃 作 用 出 现 ,表 现 为 区 域 热 变 质 条 件下 的 生 烃 演 化 。 其 中 ,第 二 阶 段 是 主 要 生 烃 时 期 ,且302       吴 财 芳 ,秦   勇 ,傅 雪 海 ,等 / 地 学 前 缘 ( 2005 , 12 (3)不 同 地 区 煤 的 生 烃 强 度 分 异 加 剧 。 阳 城 — 翼 城 地 区的 生 烃 作 用 进 展 最 大 ,经 历 了 湿 气 高 峰 和 干 气 高 峰图 4   山 西 南 部 晚 古 生 代 煤 的 热 演 化 历 史 [2 ] in ]阶 段 ,至 阶 段 末 期 基 本 完 成 了 埋 藏 历 史 中 的 整 个 生烃 历 程 。 沁 源 — 沁 县 和 安 泽 地 区 通 过 了 湿 气 阶 段 ,在 阶 段 末 开 始 进 入 干 气 高 峰 时 期 。 临 汾 — 洪 洞 地 区经 历 了 湿 气 阶 段 ,开 始 生 成 干 气 。 霍 州 地 区 生 烃 作用 进 展 最 小 ,阶 段 末 仅 达 到 湿 气 生 成 的 中 期 阶 段 。这 种 生 烃 作 用 地 区 之 间 的 差 异 性 ,是 燕 山 中 期 构 造分 异 和 异 常 古 地 热 场 空 间 分 布 非 均 一 性 的 必 然 结果 。113   地 下 水 动 力 能 条 件 及 其 演 化地 下 水 动 力 能 条 件 包 括 地 下 水 动 力 场 及 流 体势 、 地 下 水 化 学 场 及 矿 化 度 、 流 体 压 力 以 及 水 对 煤 基块 的 “ 蚀 损 ” 作 用 等 。11311   研 究 区 水 文 地 质 特 征研 究 区 内 各 泉 域 地 层 ,构 成 南 部 向 北 、 北 部 向南 、 东 西 两 侧 向 中 间 的 复 式 向 斜 储 水 构 造 。 多 套 含水 系 统 所 属 种 类 复 杂 (直 接 、 间 接 ) ,而 且 垂 向 分 层 ,水 平 分 带 ,受 控 于 构 造 运 动 产 生 的 分 水 岭 [2~ 4 ] 。 区内 发 育 4 个 地 表 水 文 地 质 单 元 :延 河 泉 岩 溶 水 系 统(延 河 、 马 山 泉 域 ) 、 辛 安 泉 岩 溶 水 系 统 (辛 安 泉 域 ) 、广 胜 寺 岩 溶 水 系 统 (洪 山 泉 域 、 晋 祠 泉 域 ) 、 娘 子 关 泉岩 溶 水 系 统 (娘 子 关 泉 域 ) 。 盆 地 大 部 分 地 区 为 地 下水 径 流 区 ,径 流 的 强 弱 主 要 取 决 于 构 造 条 件 以 及 地层 变 化 状 况 。 倾 角 相 对 较 陡 的 西 部 单 斜 地 层 径 流 条件 强 于 盆 地 向 斜 轴 部 倾 角 平 缓 区 ,岩 溶 泉 区 浅 部 地层 径 流 条 件 强 于 深 部 ,如 寿 阳 — 阳 泉 地 区 岩 溶 水 水力 坡 度 平 均 为 01010 1 ,其 中 补 给 区 为 0106~ 0108 ,排 泄 区 泉 口 附 近 为 0106~ 01012 ,而 径 流 区 仅 为01004~ 01001。 沁 水 盆 地 古 生 界 存 在 三 套 水 动 力 系统 ,但 是 奥 陶 系 水 层 与 上 古 生 界 为 相 互 独 立 的 含 水系 统 ,3 煤 和 5 煤 的 水 动 力 系 统 也 是 彼 此 分 割 的 。区 内 有 4 条 重 要 的 水 文 地 质 边 界 ,近 和2N E 向 各 2 条 。 其 中 ,3 条 边 界 是 由 次 级 隆 起形 成 的 地 下 分 水 岭 ,1 条 为 南 部 的 寺 头 断 裂 。 沿 近 展 布 的 2 条 边 界 分 别 位 于 沁 水 盆 地 中 、 南 部的 北 部 和 中 部 。 北 部 边 界 为 武 乡 — 沁 县 近 次 级 隆 起 ,为 基 本 阻 水 边 界 ,构 成 辛 安 泉 域 与 延 河 泉域 的 南 部 分 界 。 该 地 下 分 水 岭 有 往 向 延 伸的 趋 势 ,构 成 了 沁 水 盆 地 中 、 南 部 南 、 北 水 文 地 质 条件 差 异 的 重 要 分 界 线 。 沿 近 产 出 的 2 条 边 界分 别 在 沁 水 盆 地 中 、 南 部 的 东 北 部 和 南 部 。 东 北 部边 界 沿 沾 尚 — 武 乡 北 北 东 向 褶 皱 带 展 布 ,为 一 地 下分 水 岭 ,构 成 了 辛 安 泉 域 的 西 部 边 界 。 南 部 边 界 为寺 头 正 断 层 ,是 延 河 泉 域 与 广 胜 寺 泉 域 的 北 部 分 界 。11312   研 究 区 古 水 文 地 质 期 的 划 分 及 其 水 动 力 场研 究要 研 究 煤 储 层 气 、 水 形 成 与 运 移 及 其 相 互 之 间的 关 系 ,必 须 进 行 古 水 文 地 质 研 究 ,恢 复 水 文 地 质 历史 和 正 确 划 分 古 水 文 地 质 期 。 前 人 对 古 水 文 地 质 期的 划 分 方 法 相 对 简 单 ,存 在 明 显 的 缺 陷 : (1) 没 有 考虑 所 要 研 究 的 主 要 目 的 层 ,缺 乏 应 有 的 针 对 性 ; (2)未 充 分 明 确 具 体 的 研 究 时 期 。 一 个 水 文 地 质 期 必 须与 煤 储 层 气 、 水 的 运 聚 和 煤 层 气 藏 的 保 存 紧 密 结 合起 来 。 因 此 ,古 水 文 地 质 期 划 分 应 与 研 究 区 的 沉 积 2埋 藏 史 、 构 造 演 化 史 和 成 烃 史 紧 密 结 合 ,以 所 研 究 的目 的 层 为 核 心 开 展 工 作 。地 下 水 动 力 场 的 形 成 、 演 化 是 盆 地 构 造 演 化 在孔 隙 流 体 中 的 综 合 反 映 ,直 接 受 控 于 构 造 性 质 及 其演 化 史 、 沉 积 环 境 、 盆 地 地 貌 、 水 文 网 等 ,而 现 今 地 下水 动 力 场 与 气 、 水 分 布 规 律 则 是 古 地 下 水 动 力 场 演化 的 结 果 。 从 前 述 已 知 ,研 究 区 共 经 历 了 4 次 构 造运 动 ,煤 层 气 的 大 量 生 成 及 主 要 运 移 期 在 晚 侏 罗世 — 早 白 垩 世 (燕 山 中 期 ) 。 因 此 ,沁 水 盆 地 煤 储 层的 水 动 力 条 件 可 以 由 两 个 古 水 文 地 质 期 (A 阶 段 、 )和 现 今 水 文 地 质 条 件 来 确 定 。 前 者 以 燕 山 运动 中 期 为 界 ,包 括 燕 山 运 动 早 期 古 水 文 地 质 期 (A 阶段 — — — 盆 地 沉 积 埋 藏 压 实 排 水 形 成 的 压 榨 水 离 心 流阶 段 )和 燕 山 运 动 中 晚 期 古 水 文 地 质 期 (B 阶 段 — — —盆 地 抬 升 剥 蚀 导 致 的 大 气 水 下 渗 向 心 流 阶 段 ) 。在 A 阶 段 时 ,盆 地 处 于 沉 积 埋 藏 压 实 排 水 阶段 ,石 炭 纪 — 二 叠 纪 煤 系 在 盆 地 形 成 之 前 已 经 被 充分 压 实 ,盆 地 形 成 后 ,北 部 太 原 一 带 隆 起 形 成 北 部 高地 ,东 部 为 太 行 山 造 山 带 ,西 部 自 霍 山 隆 起 东 北 翼 至梁 坪 寨 、 走 马 坪 到 昔 阳 的 老 庙 山 形 成 北 东 — 北 北 东吴 财 芳 ,秦   勇 ,傅 雪 海 ,等 / 地 学 前 缘 ( 2005 , 12 (3)     303  走 向 低 山 带 ,因 此 ,整 个 研 究 区 总 体 上 呈 东 西 高 南 北低 、 中 部 较 高 的 地 势 趋 势 ,但 是 盆 地 内 构 造 分 异 作 用并 不 显 著 。 地 下 水 在 重 力 和 地 层 压 力 驱 动 下 从 高 地势 区 向 低 地 势 区 顺 层 径 流 ,此 时 煤 储 层 处 于 深 成 变质 作 用 。 在 盆 地 西 部 环 斜 坡 带 高 势 能 区 ,地 下 水 在势 能 差 或 水 头 差 作 用 下 ,向 盆 地 复 向 斜 轴 部 区 流 动 ,形 成 向 心 流 。 但 是 ,轴 部 区 埋 深 较 大 ,静 岩 压 力 高 ,宽 缓 褶 皱 发 育 ,地 层 裂 缝 并 未 闭 合 ,地 下 水 并 未 停滞 ,在 高 地 层 压 力 作 用 下 形 成 压 榨 水 离 心 流 ,于 是 在向 心 流 与 离 心 流 交 汇 处 (盆 地 斜 坡 带 ) 形 成 异 常 高压 ,有 利 于 煤 层 气 富 集 成 藏 。 在 盆 地 东 南 部 单 斜 区 ,地 下 水 主 径 流 方 向 与 地 层 倾 向 相 反 ,流 体 运 动 不 仅要 克 服 水 岩 作 用 力 ,还 要 克 服 自 身 重 力 ,地 层 越 陡 ,阻 力 就 越 大 ,需 要 的 传 动 能 量 就 越 多 ,于 是 能 量 聚 集形 成 高 压 ,同 样 有 利 于 煤 层 气 成 藏 ,如 南 部 的 晋 城 —阳 城 — 端 氏 一 带 。 盆 地 东 北 部 也 与 南 部 一 样 具 有 异常 的 地 层 压 力 。在 B 阶 段 时 ,盆 地 轮 廓 已 经 形 成 ,地 壳 运 动 以抬 升 剥 蚀 为 主 ,但 内 部 构 造 分 异 作 用 十 分 强 烈 。 燕山 运 动 中 晚 期 岩 浆 侵 入 使 地 温 剧 增 ,晚 古 生 代 煤 进入 二 次 生 烃 阶 段 ,该 期 既 是 石 炭 纪 — 二 叠 纪 煤 层 的主 要 生 气 期 ,也 是 含 煤 地 层 强 烈 抬 升 ,上 覆 岩 层 压 力降 低 ,气 体 大 量 散 失 时 期 。 盆 地 的 不 断 抬 升 ,带 来 了充 足 的 大 气 水 和 地 表 水 补 给 条 件 以 及 较 好 的 径 流 条件 ,煤 层 及 其 围 岩 中 地 下 水 交 替 活 跃 ,不 断 溶 解 和 运移 煤 层 气 体 ,不 利 于 煤 层 气 成 藏 ,这 可 能 是 造 成 盆 地内 煤 层 气 欠 饱 和 的 主 要 地 质 因 素 。在 盆 地 东 部 、 西 北 部 地 区 ,燕 山 中 晚 期 及 喜 山 期断 裂 作 用 产 生 众 多 张 性 裂 隙 ,形 成 地 下 压 降 漏 斗 ,使煤 层 气 大 量 解 吸 和 扩 散 。 此 外 ,地 下 水 的 注 入 溶 蚀作 用 和 奥 陶 系 灰 岩 中 岩 溶 陷 落 柱 的 发 育 ,也 不 利 于煤 层 气 成 藏 ,如 介 休 、 左 权 地 区 等 。 盆 地 东 北 部 也 具有 同 样 的 情 况 ,断 裂 和 岩 溶 陷 落 柱 的 发 育 ,引 起 地 下水 排 泄 ,降 低 了 地 层 压 力 ,对 煤 层 气 成 藏 有 一 定 影响 ,如 长 治 — 潞 安 、 阳 泉 地 区 等 。盆 地 中 南 部 地 区 ,由 于 构 造 分 异 ,张 性 断 裂 和 岩溶 陷 落 柱 不 发 育 ,煤 储 层 只 能 在 供 水 区 接 受 大 气 降水 的 渗 入 ,水 位 西 高 东 低 、 北 高 南 低 ,形 成 向 心 流 ,但是 该 区 水 力 梯 度 缓 ,水 交 替 缓 慢 甚 至 停 滞 ,能 量 大 量聚 集 形 成 高 压 ,利 于 煤 层 气 成 藏 ,如 晋 城 — 阳 城 、 沁源 、 沁 水 等 地 。11313   现 今 地 下 水 动 力 能 分 析(1)现 今 地 下 水 动 力 场 展 布 特 征 。 强 径 流 区 位于 盆 缘 向 内 3 ~ 5 围 内 ,石 炭 系 顶 界 标 高 700~ 1 000 m。 区 内 的 断 裂 和 次 级 褶 皱 相 对 发 育 ,富 水程 度 相 对 较 高 ,钻 孔 单 位 涌 水 量 大 于 41 34 L / ( s ·m) ,矿 化 度 一 般 为 3561 84 ~ 54212 L ,水 质 类型 以 3 、 4 2 、 型 为 主 ,岩 溶 水 处 于无 压 转 承 压 状 态 ,水 力 坡 度 变 化 较 缓 ,径 流 条 件 强 ,煤 层 含 气 量 普 遍 较 低 。 中 等 径 流 区 位 于 盆 地 环 斜 坡地 带 ,平 面 宽 度 约 3~ 8 石 炭 系 顶 界 标 高 400~700 m ,受 断 层 和 次 级 褶 皱 的 影 响 ,径 流 条 件 不 强 ,岩 溶 水 处 于 承 压 状 态 ,岩 溶 、 裂 隙 比 较 发 育 ,富 水 程度 极 不 均 一 ,钻 孔 单 位 涌 水 量 为 01 472~ 101265 L/(s · m) ,矿 化 度 一 般 为 465172~ 1 399118 L ,水 质 类 型 以 4 、 3 2 、 为 主 ,水 力 坡度 中 等 ,煤 层 含 气 量 及 渗 透 率 变 化 幅 度 大 ,局 部 地 段排 水 降 压 困 难 。弱 径 流 区 位 于 盆 地 深 部 和 东 南 部 ,为 地 下 水 的滞 流 边 界 ,富 水 程 度 高 ,钻 孔 单 位 涌 水 量 为 01877L/ ( s · m) ,水 质 明 显 变 差 ,矿 化 度 高 达 1 823161L ,水 质 类 型 为 4 2 、 型 。 在 次 级 背斜 轴 部 裂 隙 、 岩 溶 发 育 地 带 ,径 流 相 对 增 强 。 本 区 地下 水 等 势 面 具 有 北 高 南 低 的 总 体 态 势 [2 ,3 ] ,但 内 部水 文 地 质 界 线 使 区 内 地 下 水 动 力 条 件 并 非 如 此 简单 ,发 育 了 若 干 个 相 对 “ 低 洼 ” 的 汇 水 中 心 。(2)现 代 地 下 水 化 学 场 特 征 。 中 奥 陶 统 地 下 水化 学 场 :在 盆 地 东 部 和 南 部 分 别 发 育 了 3 个 高 矿 化度 的 中 心 : l 南 部 的 大 宁 — 潘 庄 一 带 ,中 奥 陶 统 地 下水 矿 化 度 高 达 3 000 L 以 上 。 寺 头 断 层 落 差 较大 ,使 煤 系 地 层 与 奥 陶 系 地 层 相 接 触 ,加 之 上 部 石炭 、
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