第一節　沁東南地區地層與含煤地層

沁水盆地位于秦嶺構造帶和陰山構造帶兩個巨型緯向構造帶之間，屬中朝準地臺的組成部分。沁水盆地東南部的研究區位于其二級構造單元——太行山隆起區的西部。主要受燕山期構造運動控制，處于太行復式背斜隆起、霍山南北向背斜隆起之間的沁水復式向斜坳陷南段。

研究區在寒武紀至中奧陶世時，地殼穩定沉降，在古老結晶基底上形成了淺海相碳酸鹽為主的沉積［165］。中奧陶世以后，加里東地殼運動使華北地臺整體隆起遭受剝蝕，缺失了晚奧陶世至早石炭世的沉積。到中石炭世，海西運動使本區地殼再次沉降，沉積了石炭二疊紀海陸交互相含煤地層，奠定了形成煤層氣的物質基礎。

一、沁東南地區主要地層

研究區發育前寒武系、下古生界寒武系和奧陶系、上古生界石炭系和二疊系、中生界三疊系以及新生界第三系和第四系。沁東南地區地層簡表見表2-1。其中前寒武系包括太古界和元古界，是華北地臺古老基底，厚度巨大。

寒武系（∈）：為一套海相碳酸巖沉積，厚215～415m，奧陶系僅發育下統和中統下部地層。

下、中奧陶統（O1-2）：由灰巖和含燧石灰巖組成的淺海碳酸巖沉積，局部夾石膏層，與下伏寒武系呈整合接觸。地層厚度450～700m。

中石炭統本溪組（C2b）：由鋁質泥巖、灰色泥巖和少量砂巖組成，夾1～2層薄層石灰巖及煤線，底部含不穩定的山西式鐵礦層，與下伏奧陶系呈不整合接觸。地層厚度0～35m，平均厚約14m，東部、東北部較厚，向南、西南厚度漸薄。

上石炭統太原組（C3t）：由淺灰色砂巖、深灰色粉砂巖、泥巖和3～6層石灰巖及數層到十余層煤層組成。與本溪組呈整合接觸。厚度51～143m，平均厚108m。

下二疊統山西組（P1s）：由淺灰-深灰色砂巖、粉砂巖、泥巖和3～4層煤組成，與太原組呈整合接觸。厚度20～116m，平均厚56m。

下二疊統下石盒子組（P1x）：底部為灰色砂巖，即標志層K8砂巖。下部為灰色砂巖、泥巖，夾煤線。中上部為灰色泥巖和中、細粒砂巖，含鐵錳質結核。頂部為含鮞粒紫紅色鋁質泥巖。與山西組呈整合接觸。厚度53～128m，平均厚86m。

上二疊統上石盒子組（P2s）：底部為灰綠色砂巖，下部為黃綠色砂質泥巖、紫紅色泥巖，中部為雜色砂質泥巖夾多層黃綠色含礫砂巖及少量灰色泥巖，上部為雜色砂、泥巖，頂部為黃綠色砂巖與紫紅色泥巖互層。與下石盒子組呈整合接觸。厚度106～580m，厚度變化較大。

上二疊統石千峰組（P2sh）：底部為黃綠色厚層狀，中、粗粒砂巖與紫紅色泥巖互層，上部夾灰巖和薄層石膏。與上石盒子組呈整合接觸。在研究區的南部幾乎缺失，在北部部分地區存在。厚度0～203m。

三疊系中、下統（T1-2）：主要為下統劉家溝組、和尚溝組、中統二馬營組。巖性主要為紫紅色砂巖與泥巖互層，夾有粉砂巖和礫巖。與石千峰組呈整合接觸。厚度0～1160m。

新第三系（N）、第四系（Q）：分布厚度不一，其中新第三系厚0～180m，第四系厚0～240m。

二、沁東南地區含煤地層與煤層

沁東南地區含煤地層為上石炭系太原組和下二疊系山西組，它是在奧陶系古風化殼之上發育的一套近海-海陸交互相含煤沉積。其中15#煤層和3#煤層分布穩定，是煤層氣開發的主要目的煤層，部分地區9#煤層分布也較穩定。本溪組和下石盒子組僅含數層薄煤層或煤線［166，167］，為不可采煤層。沁水盆地東南部含煤地層柱狀如圖2-1所示。

1.上石炭系太原組（C3t）

由一套中細粒長石石英砂巖、粉砂質泥巖、泥巖和煤層組成。地層總厚度為51～143m，平均為108.23m。含煤12層，自上而下依次編號為5號、6號、7號、8號、9號、10號、11號、12號、13號、14號、15號、16號煤層，煤層總厚度為4.5～11.9m，含煤系數為6.92％。總體呈現出“北厚南薄”，在北部呈“東厚西薄”的特點，沁東南地區太原組煤厚等值線圖如圖2-2所示。

其中15#煤層厚度大，一般在2.26～6.5m之間，總體上呈“北厚南薄”的趨勢。15#煤層位于K2灰巖之下，常以K2灰巖為其頂板。煤層結構較復雜，含1～5層夾矸，分叉現象較普遍。

2.下二疊系山西組（P1s）

由一套中細粒長石石英砂巖、粉砂質泥巖、泥巖和煤層組成。地層總厚度為20.34～116.00m，平均為56.18m。含煤1～4層，自上而下依次編號為1號、2號、3號、4號煤層，煤層總厚為5.2～10.2m，平均為7.08m，含煤系數為13.86％。以K7砂巖與太原組分界，上界為K8砂巖之底。K7、K8與煤層一起構成了盆內重要標志層。沁東南地區山西組煤厚等值線圖如圖2-3所示。其中3#煤厚度大，一般在3.69～9.95m之間，整體分布穩定，厚度變化較小。