沁水盆地位于华北板块中部山西断块的东南侧, 大地构造上位于太行山隆起以西、吕梁山隆起以东、五台山隆起以南、中条山隆起以东北(图 1-a), 是华北板块山西隆起上的以古生界为沉积基底、中生代以来形成的一个大型复式向斜构造盆地, 为典型的构造残余型盆地(尚冠雄, 1995; 王莹, 2013; 王莹等, 2014; 林中月等, 2020)。寿阳地区位于山西省中南部沁水盆地北部斜坡区(图 1-a), 区内石炭— 二叠系构造较为简单, 地层倾角一般较缓, 构造形态总体上呈现东西走向、向南倾斜的单斜构造(图 1-b), 在此背景下发育不同方向的褶曲和断裂, 断层性质主要为正断层, 断层走向多为北东— 北北东向, 少量断层为近东西向(图 1)。

图 1

Fig.1

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	图 1 沁水盆地(a)及寿阳地区(b)构造纲要图(据秦勇和宋党育, 1998)Fig.1 Geological map showing structural outline map of the Qinshui Basin(a)and Shouyang area(b)(after Qin and Song, 1998)

作为沁水盆地的一部分, 寿阳地区与沁水盆地共同经历了3个构造演化阶段, 分别为太古代至早古生代构造基底及盖层形成阶段、晚石炭世— 二叠纪含煤岩系稳定沉积阶段和中生代— 新生代构造挤压— 抬升剥蚀阶段(Liu et al., 2021)(图 2)。

图 2

Fig.2

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	图 2 沁水盆地寿阳地区含煤岩系地层综合柱状图Fig.2 Columnar section showing stratigraphy, lithology of the coal-bearing seam in Shouyang area, Qinshui Basin

寿阳地区发育地层包括前寒武系、古生界、中生界及新生界。其中, 晚古生界石炭— 二叠系自下而上依次为本溪组、太原组、山西组、下石盒子组、上石盒子组及石千峰组。太原组和山西组是含煤地层, 本溪组底部铁铝质泥岩与下伏奥陶系峰峰组石灰岩平行不整合接触, 二叠系石千峰组顶部与上覆三叠系刘家沟组整合接触(图 2)。太原组以石灰岩、砂岩、粉砂岩及泥岩为主, 厚96~151 m, 平均约123 m; 山西组以砂岩、粉砂岩和泥岩为主, 石灰岩仅在局部发育, 厚31~78 m, 平均约52 m(图 2)。太原组15^#煤在全区广泛分布, 横向分布稳定、厚度大, 是该区煤层气主采煤层。

本研究实验样品采自寿阳地区的70口钻井, 均匀分布于研究区内(图 1-b), 所采煤样均为煤心样品, 每个样品采样质量不少于1500 g, 以供煤工业分析及含气量测定。本研究所有钻井目的层在取心前均未发生开采扰动, 因此所测得的含气量可以近似认为是原始含气量。

煤工业分析遵照《煤的工业分析方法 仪器法》(GB/T 30372-2014)执行, 煤层气含气量测定方法按照《煤层气含量测定方法》(GB/T 19559-2008)执行。根据煤工业分析结果, 将直接测得的煤层含气量转化为空气干燥基含气量, 因此本研究中所提到的煤层含气量均为空气干燥基含气量。

前人对沁水盆地石炭— 二叠纪沉积环境及其演化做了大量研究(邵龙义等, 2006, 2008, 2014, 2018; 李亚南, 2018; 李阳阳, 2018)。邵龙义等(2006, 2008)对沁水盆地太原组、山西组沉积环境的研究表明, 沁水盆地北部太原组发育下三角洲平原相, 中部和南部为潟湖相, 东南部主要为滨外碳酸盐岩陆棚相; 宋慧波等(2018)对沁水盆地东北部昔阳一带太原组进行详细研究, 识别出了有障壁和无障壁以及三角洲3种沉积类型, 并指出太原组自下而上从障壁岛— 潟湖沉积体系逐渐演化为障壁— 浅海陆棚沉积体系, 最后演化为三角洲沉积体系。

通过对钻井岩心、录井、测井等资料的详细分析, 综合前人研究成果, 识别出寿阳地区太原组下部主要发育浅海陆棚— 障壁岛— 潟湖沉积体系, 包括碳酸盐岩陆棚、泥质陆棚、障壁岛、潮道、潮坪、潟湖、泥炭沼泽等沉积类型; 上部主要发育三角洲平原沉积, 包括分流河道、分流间湾、间湾沼泽等沉积类型。其中, 15^#煤发育于浅海陆棚— 障壁岛— 潟湖沉积体系, 各沉积类型特征如下。

碳酸盐岩陆棚沉积主要由灰岩构成, 测井曲线表现为高电阻率、高密度, 低自然伽马、低声波时差, 自然电位明显负偏, 底板通常为厚层泥岩和煤层, 顶板通常为厚层泥岩(图 3-a)。

图 3

Fig.3

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	图 3 沁水盆地寿阳地区太原组15#煤沉积相特征 a— 钻孔ZKS03; b— 钻孔ZKE17; c— 钻孔ZKS04。 GR— 自然伽马测井; RD— 深双侧向电阻率测井; DEN— 密度测井Fig.3 Diagram showing characteristics of sedimentary facies of No.15 coal in Shouyang area, Qinshui Basin

泥质陆棚沉积通常由厚层泥岩、粉砂岩构成, 局部发育薄煤层, 页理发育, 测井曲线表现为高自然伽马, 高密度, 低电阻率, 低声波时差, 自然电位曲线靠近泥岩基线, GR曲线表现为低幅弱齿化特征, 泥质陆棚沉积通常与碳酸盐岩陆棚沉积或潮坪沉积相伴, 沉积环境加深过渡为碳酸盐岩陆棚沉积, 或由潮坪沉积加深过渡为泥质陆棚沉积(图 3-a)。

障壁岛沉积主要由厚层砂岩构成, 垂向上可由多期次砂岩叠置构成, 测井曲线表现为高密度, 中等电阻率, 低自然伽马, 高声波时差, 自然电位负偏, GR曲线具箱型、高幅齿化特征, 底部通常与下伏泥岩突变接触, 顶部渐变为潮坪相薄层砂、泥岩互层(图 3-b)。

潮道沉积主要由砂岩构成, 以细砂岩为主, 测井曲线表现为高密度, 中等电阻率, 低自然伽马, 高声波时差, 自然电位负偏, GR曲线具箱型或钟型, 高幅、弱齿化特征, 底部通常与下伏泥岩突变接触, 顶部渐变为潟湖相粉砂岩或泥岩(图 3-b, 3-c)

潮坪沉积主要由薄层砂岩、泥岩互层组成, 局部发育煤层, 测井曲线表现为中— 高自然伽马、中— 高密度, 中— 低电阻率、中— 低声波时差, 自然电位靠近泥岩基线或负偏, GR曲线呈指状或齿状, 变化幅度较障壁岛和潮道低(图 3-a, 3-b, 3-c)。

潟湖沉积主要由厚层泥岩组成, 局部发育煤层, 测井曲线表现为高自然伽马, 高密度, 低电阻率, 低声波时差, 自然电位曲线靠近泥岩基线, GR曲线具低幅弱齿化特征, 潟湖相泥岩通常上覆于潮道或障壁岛砂岩, 下伏于障壁后潮坪或泥炭沼泽沉积(图 3-b, 3-c)。

层序地层学已经广泛运用于资源勘探开发中(林畅松等, 2000; Catuneanu, 2006; 于兴河等, 2017), 迄今为止已经出现了多个学派, 作者主要采用Exxon公司“ Vail” 学派进行层序地层学研究。通过对钻井岩心、录井、测井等资料的详细分析, 综合前人研究成果, 在太原组识别出2个三级层序(层序Ⅰ 和层序Ⅱ )。根据高分辨层序地层的详细分析, 可以将太原组进一步划分为6个四级层序(S₁— S₆), S₁构成层序Ⅰ , S₂~S₆构成层序Ⅱ (图 4)。

图 4

Fig.4

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	图 4 沁水盆地寿阳地区ZKP8井太原组沉积— 层序地层分析综合柱状图 LST-低位体系域; TST-海侵体系域; HST-高位体系域; ts-初始海泛面; mfs-最大海泛面Fig.4 Columnar section showing depositional evolution, sequence stratigraphy of the Taiyuan Formation in Shouyang area, Qinshui Basin(Well ZKP8)

3.2.1 三级层序地层划分

1)关键层序地层界面识别

关键层序地层界面识别是层序地层学研究的重要内容, 包括层序界面、初始海泛面、最大海泛面(Catuneanu, 2002, 2006; Teng et al., 2015), 这些界面的识别主要通过岩相垂向叠置方式、测井曲线、地震反射波特征等综合分析得到。岩相叠置方式能够精细的反映垂向上岩相变化; 测井曲线变化幅度及曲光滑程度等特征可以反映沉积物的粒度、泥质含量、厚度及岩相顶底接触关系等。本研究中关键层序界面的识别主要依靠钻孔岩心、测井等资料, 并充分结合前人研究成果。

层序界面。在研究区太原组识别出2个三级层序界面, 分别位于15^#煤底部和太原组顶部(K₇砂岩底)。其中, 15^#煤底部为海侵方向转换面, 前人研究成果表明, 15^#煤底界面以下岩层沉积期, 海水从东北方向侵入, 15^#煤及之上岩层沉积期, 海水从东南方向侵入(尚冠雄, 1995)。综上, 15^#煤上、下分别为2套不同成因的地层单元, 故15^#煤底界为三级层序界面。太原组顶部大规模分布的K₇砂岩为低位期的下切谷充填沉积, 是一种侵蚀不整合面, 该类层序界面在岩性上表现为粒度较粗的河道砂岩覆盖于厚层泥岩或粉砂岩之上, 向上单层砂岩厚度和砂岩层数减小; 在测井曲线上电阻率为中高值, 自然伽马由高值突变为低值, 因此测井相通常为呈钟型— 箱型。

最大海泛面。最大海泛面是层序内可容空间最大的界面, 地层叠置样式由退积向进积转换, 最大湖泛面以下为退积序列, 界面以上为进积或加积序列, 代表水体最深的时刻(Catuneanu, 2002; Teng et al., 2015)。前人研究成果表明, K₃灰岩为华北地台石炭— 二叠系分布范围最广的1套灰岩, 南达华北地台北缘, 北至大同煤田, 故将K₃灰岩及其相当层位的底部作为最大海泛面。

2)三级层序地层格架建立

以15^#煤底部为界, 将太原组划分为2个三级层序(层序Ⅰ 和层序Ⅱ )。其中, 层序Ⅰ 为太原组内15^#煤以下地层, 为一不完整的三级层序; 层序Ⅱ 为太原组内15^#煤及以上地层, 为一完整的三级层序。结合前人研究成果及沁水盆地石炭纪— 二叠纪海平面变化, 太原组沉积于宽阔、稳定的陆棚之上, 无明显的相对海平面下降, 不发育盆底扇、下切谷等低位体系域中的沉积相。因此, 将研究区太原组内部完整的三级层序以K₃灰岩底部为界划分为海侵体系域和高位体系域(图 4)。

3.2.2 高分辨率层序地层划分

高分辨率层序地层是指四级及以上的层序, 主要受周期性气候的影响, 如受地球轨道的岁差、斜率及偏心率控制的米兰科维奇旋回, 文中的高分辨率层序地层特指四级层序。寿阳地区太原组沉积于海相及海陆过渡沉积体系, 受陆源碎屑物质输入影响较小, 因此对太原组进行高分辨率层序地层分析是可行的。在含煤岩系地层中, 四级层序界面经常以河流侵蚀面、煤层底面、古土壤层(根土岩)及沉积相转换面等为标志(邵龙义等, 2008)。

根据钻孔岩心及测井等资料, 在寿阳地区太原组识别出7个四级层序界面, 将太原组划分为6个四级层序(S₁-S₆)。其中, S₁-S₄沉积于障壁岛— 潟湖— 浅海陆棚沉积环境, 缺乏河道下切谷充填等特征, 不发育低位体系域, 其层序界面通常为海侵面, 因此S₁-S₄以代表陆上暴露的煤层底板根土岩(15^#煤底板、13^#煤底板、12^#煤底板)及其与之相当的岩层为层序底界面(图 4)。S₅-S₆沉积于海陆过渡的三角洲沉积体系, 其层序底界面通常为三角洲分流河道下切谷充填砂岩及其与之相当的岩层(图 4)。太原组上覆全区广泛分布的北岔沟砂岩为河道下切谷充填沉积, 因此其底面既是三级层序界面也是四级层序界面。

S₁-S₄发育海侵体系域(TST)及高位体系域(HST), 其最大海泛面通常为厚层泥岩(S₁)或灰岩(S₂-S₄)底面及其与之相当的岩层(图 4), 如吴家峪灰岩、庙沟灰岩(K₂)、毛儿沟灰岩(K₃)、斜道灰岩(K₄)。S₅-S₆发育低位体系域(LST)、海侵体系域和高位体系域, 初始海泛面为分流河道下切谷充填砂岩顶面, 河道间不发育低位体系域; 最大海泛面为厚层泥岩的底面(图 4)。

寿阳地区太原组S₁沉积期, 沿西北— 东南一线泥地比相对较高(图 5-a), 反映出沉积环境水体能量较低; 而向两侧砂地比升高(图 5-b), 反映出沉积环境水体能量升高; 灰岩几乎不发育, 大部分地区灰地比小于0.1(图 5-c), 反映靠近物源的沉积环境。前面已经提到, 15^#煤形成于浅海陆棚— 障壁岛— 潟湖沉积体系, 且15^#煤界面以下, 海侵方向为东北方向, 因此可以推断沿西北— 东南方向分布的砂岩高值区为障壁岛沉积区, 泥岩高值区为障壁岛后潟湖沉积区。由于处于宽阔的陆表环境, 其整体地形坡度低, 在适合的水深会存在一系列北西向平行的障壁岛及潟湖。

图 5

Fig.5

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	图 5 沁水盆地寿阳地区太原组S1单因素图和古地理图 a— 泥地比等值线图; b— 砂地比等值线图; c— 灰地比等值线图; d— 古地理图Fig.5 Single factor contour and palaeogeography map of S1 of the Taiyuan Formation in Shouyang area, Qinshui Basin

寿阳地区太原组S₁灰地比整体较低(< 0.1), 仅在东南角部分地区达到0.2, 该区域泥地比仍大于0.5, 砂地比约0.2, 反映出相对较深且安静的水体环境, 综合分析推测该范围区域为潟湖沉积环境; 其他地区灰地比极低, 在古地理恢复中暂不考虑该因素。基于对对S₁单井沉积相的岩性统计结果, 综合各单因素平面展布特征, 将砂地比> 0.5(泥地比< 0.5)的区域划分为障壁岛, 砂地比介于0.2~0.5(泥地比介于0.5~0.8)之间 划分为潮坪, 砂地比< 0.2(泥地比> 0.8)划分为潟湖(表 2), 局部会有调整。

表 2

Table2

表 2(Table2)

表 2 沁水盆地寿阳地区太原组S1、S2沉积类型划分标准 Table2 Criterion of dividing sedimentary type for S1 and S2 of the Taiyuan Formation in Shouyang area, Qinshui Basin 沉积类型 S1 S2 障壁岛 砂地比> 0.5(泥地比< 0.5) 砂地比> 0.5 潮坪 砂地比0.2~0.5(泥地比0.5~0.8) 砂地比0.2~0.5(泥地比0.5~0.8) 潟湖 砂地比< 0.2(泥地比> 0.8) 障壁岛东北侧: 砂地比< 0.2 泥质陆棚 \ 障壁岛西南侧: 砂地比< 0.2(泥地比> 0.8)、灰地比< 0.25 碳酸盐陆棚 \ 障壁岛西南侧: 灰地比> 0.25

表 2 沁水盆地寿阳地区太原组S1、S2沉积类型划分标准 Table2 Criterion of dividing sedimentary type for S1 and S2 of the Taiyuan Formation in Shouyang area, Qinshui Basin

可见, 寿阳地区太原组S₁古地理(图 5-d)表明当时海侵来自于东北方向与邵龙义等(2014)研究成果一致, 大部分区域发育潮坪、潟湖沉积环境, 障壁岛主要发育于寿阳南燕竹镇、马首乡及晋中市西洛镇。

寿阳地区太原组S₂沉积期基本继承了S₁沉积期沉积古地貌, 大部分地区被厚层泥岩覆盖(图 6-a), 反映沉积环境的水体能量整体较低; 砂岩高值区仍沿北西方向展布(图 6-b); 灰岩在全区发育, 且灰地比可达0.5(图 6-c), 反映距物源区相对较远, 受陆源碎屑输入影响降低。相较于S₁, 虽然整体上泥地比降低, 局部砂地比升高, 但灰地比明显升高, 反映出沉积环境明显加深及陆源碎屑物质影响降低, 即浅海陆棚环境在寿阳地区出现。根据对单因素图的分析, 推断沿西北— 东南方向的砂岩高值区为障壁岛沉积区, 障壁岛的西南侧为开阔的潮坪— 浅海陆棚沉积环境, 障壁岛东北侧为潟湖沉积环境, 障壁岛与浅海陆棚环境之间存在过渡的潮坪沉积环境, 障壁岛与潟湖环境之间也存在过渡的障壁后潮坪沉积环境。

图 6

Fig.6

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	图 6 沁水盆地寿阳地区太原组S2单因素图和古地理图 a— 泥地比等值线图; b— 砂地比等值线图; c— 灰地比等值线图; d— 古地理图Fig.6 Single factor contour and palaeogeography map of S2 of the Taiyuan Formation in Shouyang area, Qinshui Basin

基于对对S₂单井沉积相的岩性统计结果, 综合各单因素平面展布特征, 各沉积环境定量划分标准如表 2, 局部根具实际情况做相应调整。砂地比> 0.5的分布区域划分为障壁岛沉积环境; 砂地比为0.2~0.5、泥地比为0.5~0.8的分布区域划分为潮坪沉积环境。障壁岛西南侧, 砂地比< 0.2、泥地比> 0.8、灰地比< 0.25的分布区域划分为泥质陆棚沉积环境; 灰地比> 0.25的分布区域划分为碳酸盐陆棚沉积环境。障壁岛东北侧, 砂地比< 0.2的分布区域划分为潟湖沉积环境; 需要注意的是, 因潟湖环境也能沉积灰岩, 故将障壁岛后局部灰地比高值区(灰地比> 0.25)划为潟湖沉积环境。

寿阳地区太原组S₂古地理(图 6-d)表明, 当时海侵方向已经由东北侧转变为南侧, 沉积环境水体明显加深, 与邵龙义等(2014)研究成果一致。障壁岛沉积环境主要发育于南燕竹镇及其西侧、羊头崖乡、松塔镇东北部及和顺县; 潟湖沉积环境主要发育于研究区东北部, 包括尹林芝镇、马首乡、景尚乡等区域; 泥质陆棚沉积环境主要发育于研究区西南部; 碳酸盐岩陆棚沉积环境主要发育于研究区中部; 其余地区发育潮坪环境(图 6-d)。

沉积环境对煤层的厚度及平面展布具有控制作用。煤是泥炭沼泽经成岩演化而来, 而泥炭沼泽可以在不同的沉积环境形成并堆积, 不同的泥炭沼泽堆积环境其泥炭沉积速率、分布范围各不相同, 因此沉积环境对煤层垂向厚度及横向展布具有控制作用(Horne et al., 1978; Fielding, 1987; Shao et al., 2020; Wang et al., 2020; Li et al., 2021)。

沉积环境对煤岩煤质及其吸附能力有重要影响。寿阳地区15^#煤沉积于浅海陆棚— 障壁岛— 潟湖沉积体系, 随着沉积环境水体加深, 煤中镜质组及硫含量升高, 惰质组及灰分含量降低, 反之亦然。不同的显微组分对甲烷的吸附能力不同, 镜质组对煤层气的吸附能力要高于惰质组, 进而影响了煤对甲烷的吸附能力及其含气量(Liu et al., 2019)。

四级层序S₁与S₂分界面为15^#底板, 故S₁、S₂为15^#煤的顶板、底板系统, 因此, 以S₁、S₂为作图单元的古地理图也能在一定程度上反映煤层顶板、底板系统沉积环境对煤层含气量的控制。

S₁沉积期, 研究区主要发育潮坪— 障壁岛— 潟湖沉积体系。埋深在1000 m以浅条件下, 以障壁岛相为底板的煤层含气量约为10 m³/t; 以潟湖相为底板的煤层含气量为10~15 m³/t; 以潮坪相为底板的煤层含气量较为分散(为5~15 m³/t), 与潮坪相中砂岩、泥岩比例有关, 泥岩含量越高, 含气量越高, 反之, 砂岩含量越高, 含气量越低。埋深在1000 m以深的区域主要发育潮坪及潟湖沉积环境, 以潟湖相为底板的煤层含气量主要分布于10~25 m³/t; 以潮坪相为底板的煤层含气量主要分布于8~18 m³/t(图 7-a)。

图 7

Fig.7

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	图 7 沁水盆地寿阳地区太原组S1(a) & S2(b)不同沉积环境埋深与15#煤含气量关系Fig.7 Diagram showing relationship between buried depth and gas content for different sedimentary facies of S1 & S2 of No.15 coal of the Taiyuan Formation in Shouyang area, Qinshui Basin

整体来看, 在相似的埋深条件下, 15^#煤含气量由好到差的沉积相依次为: 潟湖、潮坪、障壁岛。

S₂沉积期, 研究区主要发育障壁岛— 潟湖— 浅海陆棚沉积体系。埋深在1000 m以浅的区域主要发育障壁岛、潮坪、潟湖沉积相, 以障壁岛相为顶板的煤层含气量为5~15 m³/t; 以潮坪相为顶板的煤层含气量为10~15 m³/t; 以潟湖相为顶板的煤层含气量为10~18 m³/t。埋深在1000 m以深的条件下, 以障壁岛相为顶板的煤层含气量为10~15 m³/t; 以潮坪相为顶板的煤层含气量为10~20 m³/t; 以潟湖相为顶板的煤层含气量为10~25 m³/t, 其中灰岩相对较薄的区域含气量低(为10~15 m³/t), 灰岩相对较厚的含气量高(为15~25 m³/t); 以碳酸盐岩陆棚相为底板的煤层含气量为10~17 m³/t(图 7-b)。因此, 在相似的埋深条件下, 15^#煤含气量由好到差的沉积相依次为: 潟湖(灰岩厚)、泥质陆棚、碳酸盐岩陆棚、潟湖、潮坪、障壁岛。

寿阳地区沉积环境对煤层含气量具有明显控制作用。潟湖、泥质陆棚及碳酸盐岩陆棚环境形成的煤层平面分布稳定, 其顶板、底板系统主要为厚层泥岩, 局部地区顶板发育厚度较小的灰岩, 上覆和下伏厚层低孔、低渗的泥岩具有很好的煤层气藏保存条件, 并且对小型断裂活动具有缓冲作用。由于沉积环境水体相对安静, 陆源物质输入较少, 煤的灰分含量较低, 镜/惰比高, 对甲烷的吸附能力较强。因此, 潟湖、泥质陆棚及碳酸盐岩陆棚环境形成的煤层含气量较高。潮坪环境形成的煤层平面分布范围较广, 厚度中等, 煤层上覆及下伏岩性为砂、泥岩互层, 该岩性组合对煤层气藏的封盖保存能力较差。由于潮坪环境水体相对动荡, 有周期性陆源物质输入, 使煤的灰分含及量镜/惰比偏高, 对甲烷的吸附能力减弱。因此, 潮坪环境形成的煤层含气量较潟湖、泥质陆棚及碳酸盐岩陆棚环境形成的煤层含气量低。障壁岛环境形成的煤层分布范围局限、厚度小、灰分高、镜/惰比低, 煤层顶板、底板通常为厚层砂岩或砂泥岩互层。高灰分、低镜/惰比使得煤层对甲烷的吸附能力较低, 且顶、底的渗透性砂岩不利于煤层气藏的保存, 因此, 障壁岛环境形成的煤层含气量最低。

根据15^#煤顶、底板古地理图的垂向叠置关系, 将寿阳地区15^#煤煤层气系统划分为Ⅰ 、Ⅱ 、Ⅲ 类沉积组合相带。

Ⅰ 类沉积组合相带根据S₁、S₂古地理图的潟湖— 潟湖组合或潟湖— 浅海陆棚组合划分。该类沉积组合沉积环境长期稳定, 其形成的煤层厚度大且横向延伸范围广; 由于其沉积环境水体深度大且安静, 受陆源物质影响小, 形成高挥发分、低灰分的煤, 且吸附能力强的镜质组含量相对较高, 故其对甲烷的吸附能力强; 顶板、底板厚度较大的泥岩对小型断裂系统起到很好的缓冲作用, 且泥岩本身具有低孔低、低渗特性, 对煤层气藏具有很好的封盖保护能力。因此Ⅰ 类沉积组合相带是有利的煤层气勘探区域, 这与沉积环境与含气量的关系一致。Ⅰ 类沉积组合相带主要分布于研究区东部的尹林芝镇、景尚乡、松塔镇等地区(图 8)。

图 8

Fig.8

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	图 8 沁水盆地寿阳地区太原组15#煤煤层气系统沉积组合相带划分Fig.8 Diagram showing distribution of sedimentary assemblage facies zone of the Taiyuan Formation No.15 coal in Shouyang area, Qinshui Basin

Ⅱ 类沉积组合相带根据S₁、S₂古地理图的潮坪— 潟湖/浅海陆棚或潟湖— 潮坪组合划分。该类沉积组合沉积环境相对稳定, 形成的煤层厚度较大、横向延伸范围广; 由于沉积于潮坪— 潟湖沉积环境, 泥炭沼泽受到海水影响, 造成煤的灰分产率较高, 镜惰比较低, 对甲烷的吸附能力降低; 厚层的泥岩顶板或底板对小型断裂系统起到较好的缓冲作用, 但渗透性好的砂岩也会造成气体的逸散。总的来说该类沉积组合相带是较有利的煤层气勘探相带, 主要分布于研究区东部及西部(图 8)。

Ⅲ 类沉积组合相带根据S₁、S₂古地理图的潮坪/障壁岛— 潮坪/障壁岛组合划分。该沉积组合相带上部的砂岩形成环境水动力条件较强, 在其沉积时容易将早期形成的泥炭冲刷带走, 因此该岩性组合煤层厚度较小、横向延伸范围局限; 由于泥炭沼泽后期水动力条件较强以及陆源碎屑物质的输入, 造成形煤层灰分较高, 镜惰比低, 煤层吸附能力弱; 此外顶底板渗透性好的砂岩也可能导致煤层气的不断解吸、运移。因此, 该类沉积组合相带煤层气勘探开发潜力较差, 主要分布于研究区的西北部及中部地区(图 8)。