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大宁-吉县地区赋存有丰富的煤层气资源储量,区内煤层气含气量表现出强烈的非均质性分布特征。本文围绕煤层气赋存分异性的地质控制机理对研究区开展成藏演化模拟工作,同时结合水文地质条件和气体组分、同位素等地球化学指标共同分析研究区8号煤层煤层气富集特征,取得认识如下:
(1)研究了区内煤层―三史‖演化规律。围绕煤层气生成这一线索开展埋藏沉降史、热演化史、生烃史模拟,结果表明区内煤层埋藏沉降史、热演化史和生烃史可以划分为6个阶段:Ⅰ-晚石炭-二叠纪(306.5Ma~251Ma):煤系地层与盖层沉积-未成熟-生物成因气阶段;Ⅱ-早、中三叠世(251Ma~203.6Ma):快速沉降-深成热变质-初次热生气阶段;Ⅲ-晚三叠世-侏罗纪(203.6Ma~145.5Ma):抬升之后上下波动-热演化停滞-生烃停滞阶段;Ⅳ-早白垩世(145.5Ma~130Ma):二次沉降-区域热变质-二次热生气阶段;Ⅴ-晚白垩世(130Ma~65.5Ma):快速抬升-热演化终止-生烃停止;Ⅵ-新生代(65.5Ma~至今):持续抬升-生烃停止。
(2)揭示了区内煤层气成藏演化规律。结合构造演化史围绕煤层气生成、运移、聚集、逸散的动态过程进行模拟,认为研究区现今含气量差异性分布格局受到5次构造事件的影响:第一次构造事件发生在晚三叠世,受印支运动影响研究区整体抬升剥蚀导致深成变质作用停止并使前期保存的原生生物气和初次热成因气逸散;第二次构造事件发生于中、晚侏罗世,受燕山中期近北西向强烈挤压应力的影响形成了区内中部B3分区的褶皱和断裂带,强烈的构造活动导致断裂带附近煤层气的大量散失。第三次构造事件发生于早白垩世,受燕山中期异常热事件的影响煤层生成大量热成因气,之后发生的构造反转导致断裂体系开放使前期生成的气体大量散失,本阶段的大量生气与差异逸散对研究区气体成藏具有决定性作用。第四次和第五次构造事件分别发生在燕山晚期和喜山期,两期的构造抬升控制区域性煤层气的差异性逸散过程。
(3)剖析了区内水文地质条件对煤层气富集的影响。通过水化学分析和地下水动力场研究,认为研究区8号煤层含气量受地下水活动影响较强,以断裂带为界将研究区分为两个独立的地下水动力系统。在断裂带以东地下水整体由东向西径流,煤层含气量沿地下水流动方向上逐渐增高;在断裂带以西区整体处于滞留的地下水环境,对煤层气形成水力封闭作用。地下水矿化度和含气量呈现出良好的正相关关系。
(4)分析了区内煤层气富集的控制因素。研究区8号煤层煤层气主要为热成因气,并在后期普遍经历了运移扩散,煤层气δ13C1值具有普遍偏轻的特点,δ13C1值与反射率虽表现出一定的正相关关系但并不明显,解吸-运移-扩散作用以及在其基础上的次生生物气混入和水溶作用共同控制了现今煤层气δ13C1值的分布特征。结合构造演化、现今构造形态、气体同位素指标和水文地质条件认为研究区8号煤层煤层气存在"热成因-水力运移-断层封堵型"和"斜坡-水力封闭-断层封堵型"两种煤层气富集模式。
(1)研究了区内煤层―三史‖演化规律。围绕煤层气生成这一线索开展埋藏沉降史、热演化史、生烃史模拟,结果表明区内煤层埋藏沉降史、热演化史和生烃史可以划分为6个阶段:Ⅰ-晚石炭-二叠纪(306.5Ma~251Ma):煤系地层与盖层沉积-未成熟-生物成因气阶段;Ⅱ-早、中三叠世(251Ma~203.6Ma):快速沉降-深成热变质-初次热生气阶段;Ⅲ-晚三叠世-侏罗纪(203.6Ma~145.5Ma):抬升之后上下波动-热演化停滞-生烃停滞阶段;Ⅳ-早白垩世(145.5Ma~130Ma):二次沉降-区域热变质-二次热生气阶段;Ⅴ-晚白垩世(130Ma~65.5Ma):快速抬升-热演化终止-生烃停止;Ⅵ-新生代(65.5Ma~至今):持续抬升-生烃停止。
(2)揭示了区内煤层气成藏演化规律。结合构造演化史围绕煤层气生成、运移、聚集、逸散的动态过程进行模拟,认为研究区现今含气量差异性分布格局受到5次构造事件的影响:第一次构造事件发生在晚三叠世,受印支运动影响研究区整体抬升剥蚀导致深成变质作用停止并使前期保存的原生生物气和初次热成因气逸散;第二次构造事件发生于中、晚侏罗世,受燕山中期近北西向强烈挤压应力的影响形成了区内中部B3分区的褶皱和断裂带,强烈的构造活动导致断裂带附近煤层气的大量散失。第三次构造事件发生于早白垩世,受燕山中期异常热事件的影响煤层生成大量热成因气,之后发生的构造反转导致断裂体系开放使前期生成的气体大量散失,本阶段的大量生气与差异逸散对研究区气体成藏具有决定性作用。第四次和第五次构造事件分别发生在燕山晚期和喜山期,两期的构造抬升控制区域性煤层气的差异性逸散过程。
(3)剖析了区内水文地质条件对煤层气富集的影响。通过水化学分析和地下水动力场研究,认为研究区8号煤层含气量受地下水活动影响较强,以断裂带为界将研究区分为两个独立的地下水动力系统。在断裂带以东地下水整体由东向西径流,煤层含气量沿地下水流动方向上逐渐增高;在断裂带以西区整体处于滞留的地下水环境,对煤层气形成水力封闭作用。地下水矿化度和含气量呈现出良好的正相关关系。
(4)分析了区内煤层气富集的控制因素。研究区8号煤层煤层气主要为热成因气,并在后期普遍经历了运移扩散,煤层气δ13C1值具有普遍偏轻的特点,δ13C1值与反射率虽表现出一定的正相关关系但并不明显,解吸-运移-扩散作用以及在其基础上的次生生物气混入和水溶作用共同控制了现今煤层气δ13C1值的分布特征。结合构造演化、现今构造形态、气体同位素指标和水文地质条件认为研究区8号煤层煤层气存在"热成因-水力运移-断层封堵型"和"斜坡-水力封闭-断层封堵型"两种煤层气富集模式。