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沁水盆地煤层气赋存区域地质背景
2.1 沁水盆地地质概况
沁水盆地位于山西省东南部（见图1），盆地总面积436.8km2，煤炭资源量29.16万t，具有形成煤层气的丰富物质基础。沁水盆地是我国重要的含煤盆地之一，且据《中国煤层气资源》预测：其煤层气资源量达3.28×1012m3占全国煤层气总资源量的10%左右，是我国煤层气资源勘探的重点区域[9]。
图1 沁水盆地区域构造背景图
盆地现今构造面貌为一近南北向的大型复式向斜，次级褶曲发育。南部和北部以近南北向褶曲为主，局部为近东西、北东和弧形走向的褶皱；中部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。盆地地层属华北地层区划缺失志留纪、泥盆纪和下石炭世地层。沁水盆地自下而上钻遇的主要地层有峰峰组(O2f)、本溪组(C2b)、太原组(C3t)、山西组(P1s)、下石盒子组(P1x)、上石河子组(P2s)、石千峰组(P2 sh)和第四系(Q)等，其中山西组和太原组为主要含煤层系，3#和15#煤层为煤层气勘探的主要目的层，3#煤层为局部勘探目的层。
根据盆地内的构造发育特征、煤层埋藏深度、煤阶分布、煤层气含量变化等特
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点，将盆地内石炭——二叠系含煤地层的煤层气富集单元划分为沁南富气区、东翼斜坡带富气区、西翼斜坡带富气区、西山富气区和高平——晋城富气区[10]。沁南富气区总含气面积3630km2，分为樊庄、潘庄、郑庄三个区块[11][12]。
研究区沁水盆地南部煤层气田位于沁水复向斜南部晋城地区，东临太行山隆起，西临霍山凸起，南为中条山隆起，北部以北纬30°线为界连接沁水盆地腹部，面积约3260km2，包括樊庄区块，潘庄区块，郑庄区块等(图2)。据已经取得工业产能的煤层气井资料，计算高产富集区内探明含气面积346km2，地质储量754×108km3[13]。边缘出露地层老盆地内出露较新地层，下古生界在盆地四周出露地表向盆地内部依次出露上古生界、中生界，盆地中部三叠纪地层大面积出露。
图2 沁水盆地南部煤层气田区块位置图
2.2 樊庄区块煤炭地质概况
沁水盆地樊庄区块位于山西省晋城市西北85km处。区块南北长18.53~19.96km东西宽16.37~19.27km，面积398km2。樊庄区块位于沁水盆地南部斜坡，总体构造形态为一马蹄斜坡带，地带宽阔平缓，地层倾角一般为2°~7°，平均4°左右。区内大
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型断层不发育，断距大于20m的断层仅在西缘分布，主要有寺头断层以及与之相伴生的次一级断层，这些断层基本上均为正断层。由于研究区位于近南北向沁水复向斜南部仰起端，区内地层分布具有典型的向斜盆地特征。区内普遍发育低缓、平行褶皱，展布方向以近南北方向和北北东向为主，褶皱面积和幅度都很小，背斜幅度一般小于50m，面积小于5km2，延伸长度在数百至上千米之间，呈长轴线型褶皱(见图2)。
樊庄区块构造简单，煤层厚度稳定，且具有较高的煤层气含量，据估算煤层气资源量近1000亿m3，具有很高的勘探开发前景。该区属于中国石油天然气股份有限公司煤层气勘探开发矿权登记范围，为近年来沁南煤层气集中热点开发区。自1998年以来，中石油先后在该区钻探了晋试1井5井和晋试井13井共11口探井(没有晋试10井)。2006年开始大规模开发至2006年底有100口煤层气井投入生产，至今约有 800口井投入生产[14]。
煤层号 煤炭储量104t 平均含气量m3/t 22.44 18.10 — 含气面积/ km2 煤层气资源量/108m3 506.60 228.72 735.32 资源丰度/（108m3·km-2） 0.814 0.352 1.166 3# 15# 小计 261366 115746 377112 311.19 324.93 — 表1 樊庄区块主力煤层3#、15#煤层气资源量
煤层号 煤层气性等级及资源量/108m3 埋藏深度等级及资源量/108m3 资源量级别 可靠性等级 富气性等级 5~8m3/t含气 3# 15# 小计 48.10 65.12 113.22 8~12m3/t富含气 226.24 70,90 297.14 >12m3/t富气 232.26 92.70 324.96 <300m浅煤层 7.80 — 7.80 300~600m中等煤层 297.28 98.48 395.76 >600m深煤层 201.52 130.24 331.76 预测储量 可靠储量 富气区 第3页 共54页
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表2 樊庄区块主力煤层3#、15#煤层气资源量及级别、等级
樊庄区块内主要含煤地层（见表3）为上石炭统太原组及下二叠统山西组，含煤地层总厚度118.97~145.75m，平均135.53m，含煤系数8.3%[15]。太原组为一套滨海平原环境下形成的海陆交互相含煤沉积，自下而上分为三段：一段由灰黑色泥岩、粉砂岩、细粒长石石英砂岩和煤层组成，是本组重要的含煤层段。主煤层15号煤发育于此段，一般厚度为2~4m，平均3m煤层分布总体东厚西薄，北厚南薄，属较移稳定煤层；二段由灰—深灰色生物碎屑灰岩、泥灰岩、泥岩、粉砂岩及薄煤层组成，K2、K3、K4灰岩全区稳定，含丰富的腕足、珊瑚化石；三段由深灰色细粒长石石英砂岩、粉砂岩、泥岩、灰岩及薄煤层组成；其中9号煤层为局部可采煤层，煤层顶板为泥岩、粉砂质泥岩，局部为中细粒长石石英砂岩。山西组为一套河流三角洲相含煤沉积，由深灰~灰黑色泥岩、粉砂岩、细粒长石石英砂岩及3~4层煤组成，3#煤是主要可采煤层，厚度为4~7m，平均6m，总体呈东厚西薄展布，分布稳定，顶板为泥岩，平均厚度2.1m[9]。15#煤层埋深在350~850m，大部分区域不超过700m，3#煤层埋深比15#煤层浅数十米。这一埋藏深度有利于煤层气的开发[16]。其中3#~15#煤层是区块内煤层气的主要储集层。煤岩镜质组反射率为2.6%~3.7%，煤层含气量15~22m3/t，注入/压降测试煤层渗透率为0.025~0.51mD。
层组 厚度 埋深 岩性 由灰黑色泥岩、粉砂岩、细粒长石石英砂岩一段 2~4m （15#煤） 太原组 350~850m 和煤层组成。其中主煤层15#煤一般厚度为 2~4m，平均3m 煤层分布总体东厚西薄，北厚南薄，属较移稳定煤层。 灰—深灰色生物碎屑灰岩、泥灰岩、泥岩、二段 粉砂岩及薄煤层组成，K2、K3、K4 灰岩全区稳定，含丰富的腕足、珊瑚化石。 第4页 共54页