断层对煤层气的控气特征

吴　斌　杨　创　王志平　王　俊　陈　波

[摘要]通过断层在含煤地层的发育情况，分析断层在不同的地质构造条件下制约煤层气的聚集规律，总结断层对煤层气的控气特征，有利于煤层气区带的评价与优选，并能为煤层气资源的开发部署提供决策依据。

[关键词]煤层气 断层 背斜 向斜 褶皱推覆 伸展构造

中图分类号：P5 文献标识码：A 文章编号：1671－7597（2009）0120011－01

一、引言

煤层气是指赋存在煤层中以甲烷为主要成分、以吸附在煤基质颗粒表面为主并部分游离于煤孔隙中或溶解于煤层水中的气体，其成分以甲烷为主，往往将其简称为煤层甲烷；煤层气可广泛用于发电、民用、工业燃料、化工、汽车燃料等；煤层气的开发利用对煤矿生产安全、环境保护、缓解我国能源紧缺等都具有十分重要的意义。我国煤层气资源丰富，但是由于各种条件的限制，中国的煤层气资源开发利用水平还较低，选择良好的煤层气富集区有利于提高我国煤层气的开发利用水平。

二、向斜构造区断层的控气特征

单纯从向斜构造角度来看，向斜两翼地层倾角越大，张性断裂越发育，煤层气就越容易扩散；反之，两翼倾角越缓，断裂不发育，就有利于煤层气的保存。向斜按照轴面和两翼岩层产状的不同，可分为宽缓向斜和不对称向斜，但由于地质作用因素影响，在各类向斜中又往往伴有断层的发育，依据向斜类型与断层类型的组合关系可以分为四种控气特征。

（一）宽缓向斜区断层的控气特征。向斜两翼岩层倾角较为平缓时，由于挤压应力的作用，向斜两翼往往多发育轴向正断层，此时煤层气易顺着两翼断层运移逸散，故煤层气含气量往往在翘起端最好，且在轴部附近往往好于两翼。

向斜两翼岩层倾角变大时，受到挤压应力的作用，往往会有逆断层发育，断面附近泥岩层发生塑性流动形成剪切带和泥岩沾污带，使断层具有封闭性，因而形成良好的构造封闭条件，向斜内部含气量往往较高。

（二）不对称向斜区断层的控气特征。在不对称向斜中，由于挤压应力，在向斜的陡翼往往有逆断层，因而在陡翼附近产生局部压扭性应力，在断层两盘滑动和陡翼局部压扭性应力联合作用下，牵引构造陡翼尚未固结成岩的高含水的泥岩层，使断裂带发生塑性流动，被拉长减薄，甚至有些为线形条状，连续分布，形成剪切带。这种剪切带断层岩石结构致密，孔半径小，孔渗透性差，煤层气不容易逸散，导致向斜内部含气量往往较高。

不对称向斜中，由于拉张应力作用，在向斜两翼均有正断层发育，地层过早期发生挤压，晚期拉张的应力场转换交替过程，因此其陡翼断层可能具有反转的性质，此时缓翼含气性往往好于陡翼。

三、背斜构造区断层的控气特征

单纯从背斜构造角度来看，背斜常是良好的储油、气构造。背斜顶部受张力作用，岩性脆弱，易被侵蚀，在外力作用下形成谷地，按照两翼产状可分为对称背斜和不对称背斜。依据背斜和断层的组合形式可以分为两种控气特征。

（一）对称背斜区断层的控气特征。大型对称背斜顶部裂隙密集发育，易形成煤层气逸散通道，故背斜轴部的含气性往往较差，而两翼和倾伏端方向含气性变好。如果构造挤压变形强度加大，导致背斜轴部发育逆断层系统，对煤储层造成封闭，在一定程度上有利于煤层气的保存。

（二）不对称背斜区断层的控气特征。不对称背斜，顶部多发育张性裂隙，在缓翼有逆断层形成，煤层气在陡翼顺层运移并从裂隙逸散，在缓翼因受逆断层的阻隔，缓翼煤层气无法运动到轴部，形成煤层气良好的遮挡面，可以构成断块气藏重要的圈闭机制，因而煤层气常常得以很好保存。

四、褶皱推覆构造区断层控气特征

褶皱推覆构造与陡翼发育逆断层的不对称向斜具有相似之处，二者形成于相近的构造动力学机制，均是在挤压应力作用下形成的，有利于煤层气的保存；其不同之处在于褶皱推覆构造中逆断层面的倾角极缓，呈波状起伏，上盘逆冲岩席规模往往较大，对推覆体下伏地层和煤层的构造破坏作用更为强烈，褶皱推覆通常与强烈褶皱伴生。因此，褶皱推覆构造一方面既可形成区域性封盖的构造条件而有利于煤层气的保存，另一方面又可强烈的破坏煤层的原生结构而使煤储层渗透性降低，从而导致煤储层含气量较高而物性比较差。较老的地层推覆于含煤地层之上，较缓翼发育反向逆断层，构造圈闭条件较好，煤层气含量往往较高。

五、伸展构造区断层的控气特征

伸展构造包括和单斜断块、断陷盆地和滑动构造三种基本类型。他们均是拉张应力的产物，但由于发育的地质时期不同的运动特征差异，对煤层气保存条件影响的特征和影响程度也有所不同。

（一）单斜断块。单斜断块大都发育在大型盆地边缘或大型隆起区外缘地带，断块之间发育高角度张性正断层，破坏了岩层连续性，煤层气沿断层大量逸散，使或含气性整体变差，或造成含气性区域分布具极大的不均一。单斜断块一般面积较小，连续性较差，断块边界附近含气性差，向断块内部含气性好。

（二）断陷盆地。分为单断型和双断型盆地。单断型盆地，如果有正断层发育，使煤层上覆有效地层厚度较大，地层连续性较好，在断陷盆地核部构成煤储层圈闭条件，有利于煤层气的保存。双断型盆地，煤层上覆有效地层厚度较大，但是地层连续性差于单断型，对煤层气的保存也较为有利。

（三）滑动构造。滑动构造包括伸展滑脱和重力滑脱两种形式，如果滑动面发育在煤层顶板附近或煤层之中，既有利于煤层气形成封闭，又可导致构造岩或构造煤发育，在增进封盖能力的同时几乎毫无例外地造成煤储层渗透性变差；而若滑动面远离煤层，则对煤层气的保存条件没有影响。

六、结语

当然煤层气的富集是诸多地质因素综合作用的结果，因而煤层气的成藏类型，往往也要受到断层的控制，利于煤层气的聚集的断层作用主要表现在两方面：一是它们主要是圈闭类型是断层圈闭，是断裂带发育了不同成因的断层岩，成带状连续分布在断面附近封堵煤层气，进而在断面附近富集有价值的煤层气资源。二是造成煤储层的圈闭，使煤层气的运移受限，因而保存较好。

参考文献：

[1]叶建平，褶皱构造类型及其控气特征，徐州：中国矿业大学出版社，1998.

[2]傅雪海、秦勇、韦重韬，煤层气地质学，徐州：中国矿业大学出版社，2006.

[3]刘泽容，断块群油气藏形成机制和构造模式，北京：石油工业出版社，1998.

[4]王平，含油盆地构造力学原理，北京：石油工业出版社，1994.

[5]鲁冰，断面活动特征及其对油气的封闭作用，石油学报，1996，17(3):33～38.