第三節(jié)　沁東南地區(qū)3#煤層煤層氣富集的控制作用及富集模式

煤層氣的富集是煤層埋藏史、熱史及構(gòu)造演化史的耦合作用與煤層氣生成、運移、儲集、保存條件相匹配的結(jié)果。煤儲層現(xiàn)今的含氣量是煤層氣生成量、運聚量、逸散量的函數(shù)。煤層形成后地質(zhì)歷史時期埋深越大、地溫梯度越高、形成時間越長，煤巖變質(zhì)程度越高，煤層的生氣量越大。煤層形成后埋藏深度的變化，引起煤層氣賦存環(huán)境的壓力、溫度等變化，導(dǎo)致煤層氣橫向和縱向上發(fā)生運聚。煤層形成后關(guān)鍵時刻的上覆有效巖層厚度越大，保存條件越好，煤層氣越難逸散。因此，查明煤層形成后的埋藏史、熱史及構(gòu)造演化史對煤層氣分布格局的控制作用為煤層氣富集區(qū)預(yù)測奠定了良好基礎(chǔ)。

一、埋藏史、熱史及構(gòu)造演化史對含氣總格局的控制作用

1.埋藏史對含氣總格局的控制作用

埋藏史是指煤層形成后，隨著地層的下降和抬升，煤層埋藏深度的變化歷史。其對煤層氣分布格局的影響主要是通過改變煤層的賦存環(huán)境影響了生氣量，改變了上覆有效巖層厚度，影響了煤層中煤層氣的保存量。隨著煤層埋藏深度的增加，煤儲層所處環(huán)境的溫度、壓力、所受的應(yīng)力隨之增加，煤的變質(zhì)程度升高，煤層生氣量增多，反之則減少。煤層形成后可能經(jīng)歷多期次上升、下降的過程，關(guān)鍵時刻煤層上覆有效厚度越厚，越有利于煤層氣的保存。查明研究區(qū)3#煤層埋藏史為合理解釋該區(qū)3#煤層含氣量分布特征提供了重要保障。

秦勇教授等人（1998年）根據(jù)區(qū)內(nèi)構(gòu)造運動發(fā)展階段以及地層厚度、古埋藏深度的恢復(fù)結(jié)果，認為晚古生代煤層經(jīng)歷了五個埋藏階段［168，169］（表2-2）。

從表2-2可看出，晚石炭世至晚三疊世，研究區(qū)接受沉降，煤層埋深一直增加，構(gòu)造分異不明顯，沉降差異較小。研究區(qū)煤層現(xiàn)今埋藏深度的差異主要是由燕山期和喜馬拉雅期抬升、下降造成的剝蝕量、沉積量的差異引起的。這些差異導(dǎo)致研究區(qū)北部、中部和南部煤層氣富集程度產(chǎn)生分異。為了查明研究區(qū)北部、中部和南部埋藏的細微差異，對其地質(zhì)歷史時期的剝蝕量進行恢復(fù)。

剝蝕量預(yù)測方法主要有鏡質(zhì)組反射率法、聲波時差法、構(gòu)造剖面法等［170］。研究區(qū)在燕山期曾發(fā)生過巖漿熱液作用，采用鏡質(zhì)組反射率法對剝蝕量進行計算難度較大。構(gòu)造剖面法適合于構(gòu)造比較發(fā)育的地區(qū)，要求構(gòu)造特征比較明顯。為了較準(zhǔn)確地預(yù)測研究區(qū)剝蝕量，本次采用聲波時差計算剝蝕量的方法結(jié)合現(xiàn)有鉆井取芯資料對研究區(qū)不同塊段的剝蝕量進行預(yù)測。

隨著埋藏深度的增加，煤巖的壓實作用逐漸增強，孔裂隙逐漸減少。由基質(zhì)和孔裂隙組成的煤巖中，聲波在固體中的傳播速度大于在氣體中的傳播速度，所以隨著孔裂隙的減小，傳播速度逐漸增加，聲波時差減小。以往學(xué)者（Magara，1976年）［171］研究認為聲波時差與深度之間存在如下關(guān)系，即：

Δt=Δt0e-CH　　（2-1）

式中，Δt為深度為H處的聲波時差，μs/m；Δt0為地表的聲波時差，μs/m；C為正常壓實趨勢斜率；H為埋深，m。

式（2-1）兩邊同時取對數(shù)可得：

　　 （2-2） 　　

當(dāng)?shù)貙訛檫B續(xù)沉積地層時，由式（2-2）可知聲波時差比值的對數(shù)與埋深之間呈線性關(guān)系。根據(jù)對部分聲波時差及埋深數(shù)據(jù)的測試，得出聲波時差與埋深之間的關(guān)系。然后通過統(tǒng)計地表附近的聲波時差，計算出地表原始埋藏深度。用某一剝蝕面頂部埋深加上地表原始埋深即為該剝蝕面的剝蝕厚度。

研究區(qū)煤層從三疊紀(jì)末開始以整體抬升、剝蝕為主。對研究區(qū)煤層沉降歷史和上覆剝蝕量進行計算，得出了研究區(qū)南部、中部和北部煤層沉積埋藏史，如圖2-9所示。

從圖2-9可以看出：晚第三紀(jì)之前，由南向北煤層沉降差異性及波動性逐漸增強。但是，其煤層均沒有進入煤層氣逸散帶（距地表600m以淺），埋深差異造成的煤層氣逸散差異不明顯。埋深對含氣格局差異性的影響，主要體現(xiàn)在晚第三紀(jì)之后煤層埋深的變化。晚第三紀(jì)以后，隨著煤層的不斷抬升，煤層逐漸進入或接近煤層氣逸散帶，煤層氣逸散量增加，埋藏深度越大，煤層氣越難以逸散，煤層氣越容易保存。晚第三紀(jì)以后，由北向南煤層埋深逐漸減小。僅考慮埋深單因素作用下，煤層含氣格局應(yīng)該呈現(xiàn)出由北向南逐漸減小的趨勢。

根據(jù)鉆井資料，對研究區(qū)北部、中部和南部的石千峰組、上石盒子組、下石盒子組、山西組的厚度、底板標(biāo)高等進行了統(tǒng)計。結(jié)果表明：研究區(qū)的北部，僅在該區(qū)東部區(qū)域還存在部分石千峰組巖層，上石盒子組剝蝕量為20～30m。該區(qū)由北向南剝蝕量呈現(xiàn)增加的趨勢，由東向西黃土層下覆沉積地層由上石盒子組過渡到石千峰組，剝蝕量整體呈現(xiàn)出“東部大，西部小”的趨勢；研究區(qū)的中部，上石盒子組的剝蝕量繼續(xù)增加，其剝蝕量介于100～200m之間，呈現(xiàn)出由北向南剝蝕量逐漸增加的趨勢。研究區(qū)的南部，上石盒子組巖層的剝蝕量繼續(xù)增加，剝蝕量介于200～400m之間，到研究區(qū)最南部區(qū)域，上石盒子組僅剩余下段部分巖層，剝蝕量最大。煤儲層上覆地層在沉積與剝蝕的耦合作用下呈現(xiàn)出如下規(guī)律：上石盒子組厚度沿“柿莊-固縣-樊莊-潘莊”呈遞減趨勢，厚度由575m左右減少至155m左右。下石盒子組厚度變化幅度較小，介于70～120m之間，平均在86m左右。3#煤層頂部山西組厚度變化較大，其中固縣附近該地層厚度最小，潘莊附近該層地層厚度最大，整個研究區(qū)該地層厚度介于8～92m之間，平均為45m左右。具體厚度變化如圖2-10所示。

2.熱史對煤層氣分布格局的控制作用

熱事件對煤層氣分布格局的控制作用主要是通過改變煤的變質(zhì)程度，影響著煤儲層的生氣量及賦存能力，進而控制著煤層含氣量的分布格局。煤層演化過程中，古地溫越高，煤的變質(zhì)程度越高，煤層氣生成量越大。

根據(jù)前人對該區(qū)地層沉積演化及熱史的分析，認為沁東南地區(qū)煤層熱史可以分為四個階段［172］，分述如下。

第一階段：晚石炭世至三疊紀(jì)末的正常地?zé)釄鲭A段

該階段為地殼緩慢沉降時期，大部分區(qū)域古地溫梯度在（2～3）°C/100m之間，少部分區(qū)域地溫梯度更高。在三疊紀(jì)末期地殼沉降停止，煤層埋藏深度達到最大值，鏡質(zhì)組反射率達到1.2％左右，達到了第一次生烴高峰，此時沁東南地區(qū)未出現(xiàn)大的煤變質(zhì)分異。

第二階段：早侏羅世至中侏羅世的正常地?zé)釄鲭A段

該階段主要對應(yīng)于沉積埋藏史的穩(wěn)定時期/波動時期，古地溫場也隨埋深波動而變化，研究區(qū)的北部，抬升1000m左右后又接受沉積；研究區(qū)的南部，抬升700m左右后接受沉積。南部和北部的埋深最大時相差800m左右，隨后接受沉積后埋深相差300m左右。地溫梯度仍為正常梯度。研究區(qū)南、北地溫稍有差異，但與三疊紀(jì)末相比，煤層所處溫度沒有升高，對煤變質(zhì)演化影響較小。

第三階段：晚侏羅世至白堊紀(jì)的異常高地?zé)釄鲭A段

該階段對應(yīng)于煤層埋深顯著變淺階段。由于受到燕山期構(gòu)造熱事件的影響，導(dǎo)致沁東南地區(qū)處于異常古地溫階段，古地溫梯度在（4～6）°C/100m之間，局部區(qū)域古地溫梯度達到8°C/100m。盡管該時期地殼處于緩慢上升階段，煤層埋深逐漸減小，但是由于受到熱事件的影響，石炭-二疊系煤層所處的環(huán)境溫度已遠遠超過三疊系末最大埋深時的環(huán)境溫度，第二次煤化作用開始，并達到第二次生烴高峰。

研究區(qū)的南部，受到熱事件影響較大，北部受到熱液影響相對較小，且在此過程中，伴隨著煤層的抬升-下降波動，南部波動相對較小，北部波動相對較大，在熱事件和埋深波動的共同影響下，導(dǎo)致研究區(qū)南部、北部熱演化程度發(fā)生變化，煤層生氣量也發(fā)生大的變化。熱事件及埋深波動最終決定了現(xiàn)今煤變質(zhì)程度的時空格局。煤巖變質(zhì)程度是煤層氣生成量的直觀反映，變質(zhì)程度分布的差異表征了煤層氣分布在區(qū)域上呈現(xiàn)出較大的差異性。

第四階段：第三紀(jì)以來的古地?zé)峄謴?fù)正常階段

進入第三紀(jì)以來，重新恢復(fù)到正常古地溫狀態(tài)，地溫梯度在（2～3）°C/100m之間。大部分地區(qū)處于隆起剝蝕階段，盡管在喜馬拉雅山運動時期形成的一些地塹沉降幅度較大，但是沒能使煤層超過歷史上的最高受熱溫度，煤化作用停滯。

從研究區(qū)的熱史演化來看，研究區(qū)的煤巖變質(zhì)作用主要是受深成變質(zhì)作用和巖漿侵入作用影響。研究區(qū)中部和北部區(qū)域，煤層埋深由東向西呈現(xiàn)出增加的趨勢，深成變質(zhì)作用導(dǎo)致煤巖變質(zhì)程度由東向西逐漸變大。同時研究區(qū)受到東南部巖漿熱液的影響，兩者耦合使研究區(qū)中部和北部煤的變質(zhì)程度在東西方向上差別不大。研究區(qū)南部受到巖漿熱液影響較大，導(dǎo)致煤變質(zhì)程度明顯增加。

根據(jù)煤巖變質(zhì)程度與氣體生成量之間的關(guān)系，得出了研究區(qū)累計生氣量等值線圖，如圖2-11所示。

從研究區(qū)煤層氣生氣量計算結(jié)果可以看出：研究區(qū)北部與南部累計生氣量遠遠高于目前的含氣量，現(xiàn)今保存的煤層含氣量為原始累計生氣量的1/10～1/6，也就意味著煤的變質(zhì)程度不是決定現(xiàn)今煤層含氣量格局差異的主要因素。

3.構(gòu)造史對煤層氣分布格局的控制作用

構(gòu)造史對煤層氣分布格局的控制主要是指煤巖沉積和演化過程中，在地應(yīng)力作用下，煤層發(fā)生彎曲變形或斷裂，引起應(yīng)力的釋放或集中對煤層氣賦存的控制作用，進而導(dǎo)致煤層氣的分布格局發(fā)生變化。通過分析研究區(qū)地質(zhì)構(gòu)造對煤層氣分布格局的影響，認為影響研究區(qū)煤層氣分布的主要地質(zhì)構(gòu)造有斷裂構(gòu)造和褶皺構(gòu)造。

石炭-二疊紀(jì)含煤地層在海西運動時期沉積以后，先后經(jīng)歷了四次構(gòu)造運動，即海西運動、印支運動、燕山運動和喜山運動。海西運動使盆地持續(xù)接受沉積，研究區(qū)沒有形成明顯的褶皺和斷裂構(gòu)造。印支運動早期，盆地一直接受沉積，晚期盆地整體抬升，遭受剝蝕，但對含氣格局的影響不大。

燕山運動期，華北板塊受太平洋和歐亞板塊的擠壓，該期所受的地應(yīng)力是引起研究區(qū)構(gòu)造形態(tài)發(fā)生明顯變化的第一期應(yīng)力。在自西向東擠壓應(yīng)力作用下，石炭、二疊系及三疊系等地層隨山西隆起的上升而抬升、剝蝕，形成了軸向近NNE向的沁水復(fù)式向斜，導(dǎo)致研究區(qū)整體上呈現(xiàn)走向近NNE向，傾向近NWW向的單斜構(gòu)造，并且沿傾向接近于向斜軸部位置，煤巖受到的擠壓應(yīng)力逐漸增加，煤層滲透性變差，為煤層氣的保存提供了有利條件，煤層含氣量逐漸增加。同時，在近東西向擠壓作用下，衍生出一系列的寬緩褶皺。研究區(qū)內(nèi)不同的構(gòu)造位置，受應(yīng)力作用影響也存在一定的差異。研究區(qū)的南部受到該期構(gòu)造應(yīng)力作用相對較小，該期形成的寬緩褶皺依然存在，并且在向斜的軸部受到擠壓作用較強，滲透性變差，保存條件較好，通常具有較高的含氣量。研究區(qū)的中部和北部，受到該期構(gòu)造應(yīng)力作用較強烈，形成的褶皺保存不夠完整，煤體變形相對強烈。

第二期明顯的應(yīng)力作用主要是發(fā)生在喜馬拉雅山運動的早期，使燕山運動形成的褶曲及斷裂構(gòu)造進一步深化，并對其構(gòu)造形態(tài)進行了調(diào)整。在近NNE-SSW擠壓應(yīng)力作用下，原有褶皺進一步變形，開始形成軸向近NWW-SEE向為主的褶皺構(gòu)造。同時，在壓剪應(yīng)力作用下，局部地區(qū)發(fā)育近NWW-SEE向的斷層。研究區(qū)的中部受到這兩期應(yīng)力的綜合作用，導(dǎo)致向斜的軸部受到擠壓作用較強，煤層透氣性差，具有相對較高的含氣量。背斜的軸部主要受到張應(yīng)力作用，形成張性裂隙，煤層氣容易逸散，含氣量相對較低。

第三期近NEE-SWW向的擠壓應(yīng)力一直持續(xù)至現(xiàn)在，在其作用下引起局部區(qū)域煤層展布形態(tài)發(fā)生變化，同時在局部地區(qū)發(fā)育近NWW走向的斷裂構(gòu)造。研究區(qū)的北部同時受到這三期構(gòu)造作用的影響，構(gòu)造變形進一步加劇，導(dǎo)致向斜構(gòu)造軸部滲透性進一步變差，背斜軸部裂縫進一步張開，滲透性變好。同時，煤體進一步發(fā)生變形，以碎裂-碎粒煤為主。因此，研究區(qū)北部，向斜軸部或多期向斜軸部疊加區(qū)域煤層含氣量相對較高，背斜軸部或多期背斜軸部疊加區(qū)煤層含氣量相對較低。

綜上可知：研究區(qū)整體為一單斜構(gòu)造，所受到的構(gòu)造擾動呈現(xiàn)出由南向北逐漸增強的趨勢。含氣量分布格局總體呈現(xiàn)出由東南向西北逐漸增加的趨勢。研究區(qū)的西南部，受巖漿熱液作用明顯，含氣量較高。研究區(qū)的中部，一般情況下向斜軸部含氣量相對較高，背斜軸部含氣量相對較低。研究區(qū)的北部，多期向斜軸部疊加區(qū)含氣量相對較高，背斜軸部多期疊加區(qū)含氣量相對較低。

二、水動力環(huán)境對煤層氣富集的再分配作用

水文地質(zhì)條件是影響煤層氣保存的重要因素之一。不同的水文地質(zhì)條件，煤層氣的賦存規(guī)律有很大的差異。

1.水動力條件對煤層氣富集的影響

煤層中的水主要包括基質(zhì)孔隙中的束縛水、游離水和裂隙系統(tǒng)中的游離水。束縛水難以流動，游離水始終處在不斷的交替循環(huán)之中，導(dǎo)致煤層的水頭和壓力發(fā)生變化，煤基質(zhì)中的煤層氣由吸附態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)橛坞x態(tài)，在濃度梯度差的作用下由煤基質(zhì)的微孔隙擴散運移至裂隙系統(tǒng)，然后隨地下水流動，發(fā)生運移、逸散（或再吸附）。煤層中的游離水可能溶解了煤儲層中部分的游離煤層氣，發(fā)生運移。地下水能量系統(tǒng)、地質(zhì)構(gòu)造發(fā)育程度、煤層圍巖巖性等的差異，使煤層氣以不同方式進行儲存、運移、富集和逸散。在漫長的地質(zhì)歷史過程中，這種長時間的水動力作用，對煤層氣的富集將產(chǎn)生較大的影響。

煤儲層和圍巖含水層中的水流動主要是重力驅(qū)動。在無斷裂、陷落柱等構(gòu)造影響的情況下，地下水一般水力坡度降從高勢能區(qū)向低勢能區(qū)流動，煤層氣則由高壓向低壓方向運移。單斜構(gòu)造的含煤盆地中，地下水的流向與煤層氣運移方向有相反和相同兩種流動方式，兩種流動方式對煤層氣富集的影響主要有三種形式：當(dāng)煤儲層及圍巖含水層中的水流動方向與煤層氣運移方向相反時，不利于煤層氣富集；當(dāng)煤儲層及圍巖含水層地下水流動方向與煤層氣運移方向一致時，有利于煤層氣富集；煤儲層及圍巖含水層地下水的滯流區(qū)有利于煤層氣的富集。

水動力條件對煤層氣富集的控制作用不僅僅體現(xiàn)在水流動的方向上，還體現(xiàn)在水流動區(qū)域上。當(dāng)煤儲層及圍巖接受地表大氣降水補給時，煤層中的煤層氣容易向大氣逸散，煤層含氣量較低。同時，由于大氣降水（或地表水）沿裂隙向煤儲層深部運移，水運移過程中，將溶于水的煤層氣帶走，是煤層中含氣量降低的另一原因。

當(dāng)煤儲層處于地下水徑流區(qū)時，煤儲層中的煤層氣溶于水被帶走，煤層氣含量也會降低，其降低量與地下水的流量、流速及作用時間有關(guān)。

當(dāng)煤儲層處于地下水的排泄區(qū)時，如果屬于地下排泄，即煤儲層中的水排向其他含水層，煤層氣散失主要是通過地下水?dāng)y帶而逸散，煤層含氣量降低。如果是向地表排泄，煤層氣的散失特點與處于補給區(qū)的情況類似，主要通過地下水?dāng)y帶和沿裂隙逸散導(dǎo)致煤儲層含氣量降低。

當(dāng)煤儲層處于地下水的滯流區(qū)或與地下水聯(lián)系不緊密時，有利于煤層氣的保存。主要原因有三個：第一，水的承壓作用，致使煤儲層處于較高的壓力狀態(tài)，煤層不易發(fā)生解吸；第二，由于地下水的循環(huán)交流作用較弱，水溶解帶走的煤層氣量較少；第三，水流動變化較小，引起的儲層壓力波動較小，煤層氣解吸量較少。

地下水的水文地質(zhì)特征也顯示了地下水的活躍度。當(dāng)?shù)叵滤牡V化度比較高時，說明該區(qū)水流動緩慢，屬于滯流區(qū)，利于煤層氣的富集。當(dāng)?shù)叵滤牡V化度較低時，說明水流動活躍，煤層氣容易隨水流動，煤層含氣量通常較低。

2.沁東南地區(qū)水動力條件對煤層氣富集的影響

研究區(qū)位于沁水盆地復(fù)式向斜東南部，為一單斜構(gòu)造。沁東南地區(qū)3#煤層底板等高線如圖2-12所示。研究區(qū)的東部和南部為3#煤層露頭，接收大氣降水補給；北部存在地下水分水嶺。西部以寺頭斷層為界使地下水流動方向發(fā)生改變。

為了得出研究區(qū)3#煤層地下水流勢，根據(jù)研究區(qū)部分煤層氣生產(chǎn)直井的排采資料和參數(shù)井試井測試資料，得出這些井坐標(biāo)處的儲層壓力，結(jié)合煤層底板等高線圖，得出了研究區(qū)3#煤層地下水水勢等值線圖，如圖2-13所示。

從圖2-13可看出，研究區(qū)東南部煤層露頭接收大氣降水補給，大氣降水向煤層補給，攜帶煤層氣向更深處運移。同時，煤層中的煤層氣向大氣中逸散，導(dǎo)致含氣量降低。隨著煤層埋藏深度的增加，逸散量減少，含氣量增加。研究區(qū)南部的潘莊附近，形成了地下水的滯流區(qū)，同樣埋藏深度條件下，該區(qū)域煤層含氣量相對較高。研究區(qū)的中部，地下水等勢線相對平緩。中東部3#煤層露頭區(qū)接受大氣降水，煤層含氣量較低。中部的蒲池南部附近，形成地下水的另一個滯流區(qū)，且該區(qū)煤層遠離煤層露頭，該區(qū)煤層含氣量相對較高。中部的樊莊附近處于地下水徑流區(qū)，與同樣埋深的蒲池附近相比，含氣量稍低。研究區(qū)北部的固縣附近，接受來自北部分水嶺的地下水補給，地下水流動相對平緩，形成了研究區(qū)煤層氣的又一富集區(qū)。研究區(qū)東北部，處于地下水的徑流區(qū)，煤層含氣量相對較低。

地下水的水化學(xué)場也進一步驗證了上述地下水流場特征。煤層氣科技工作者研究結(jié)果表明［173］：研究區(qū)東南部補給區(qū)地下水水質(zhì)類型多為HCO3-K+Na型，礦化度較低，<600mg/L。向煤層深部延伸，地下水中的和Cl-含量逐漸增加，潘莊一號井田含量增大到1003.48mg/L，礦化度也逐漸加大到2620mg/L，水質(zhì)類型變?yōu)镾O4、HCO3-K+Na型，反映了淺部地下水接受補給，地下水徑流交替條件好。深部徑流緩慢甚至呈滯流狀態(tài)，礦化度增高。根據(jù)前人研究成果，得出沁東南地區(qū)地下水礦化度等值線圖，如圖2-14所示。地下水由高勢能區(qū)向低勢能區(qū)驅(qū)動，而煤層氣由高壓力區(qū)向低壓力區(qū)運移滲流，最終在樊莊南部、潘莊—大寧一帶形成地下水滯流區(qū)，煤層氣側(cè)向運移和垂向運移幾乎沒有發(fā)生。本區(qū)獨特的地下水流場特征，導(dǎo)致煤層氣在滯流區(qū)得到富集，形成地下水和煤層中流體（氣體、水）能量的積聚，這種能量的聚集為形成高壓煤儲層提供了重要保障。

三、沁東南地區(qū)煤層氣富集模式

1.地質(zhì)構(gòu)造要素對煤層氣富集的控制

煤層氣的富集受到生氣條件、運移條件、保存條件等多種因素的影響。這些條件的差異，導(dǎo)致煤層氣的富集存在較大的差異性。通過對沁東南地區(qū)煤層氣富集、再分配的影響因素及控制作用的分析，結(jié)合研究區(qū)的地質(zhì)特點，認為影響研究區(qū)煤層氣富集差異的主要因素是煤層埋深、巖漿熱液作用、地下水特征和構(gòu)造特征，分述如下。

（1）煤層埋深、巖漿熱液作用對煤層氣富集的控制　煤層埋藏深度（簡稱為埋深）對煤層氣富集的影響是多方面的。一方面埋藏深度的增加，增加了上覆巖層厚度，增加了煤層氣的逸散距離，減少了風(fēng)化剝蝕過程中煤層氣的逸散，利于煤層氣的保存。同時，埋深的增加形成了較大的圍巖應(yīng)力，降低了煤儲層的透氣性，增加了煤層氣逸散難度。另一方面埋深的增加，煤儲層壓力增加。根據(jù)等溫吸附理論，煤儲層吸附煤層氣的能力增強。再者，埋深的增加，加大了煤巖的深成熱變質(zhì)程度。因此，在不考慮其他因素的前提下，隨著埋藏深度的增加，煤層含氣量逐漸增加。埋藏深度大的區(qū)域，易成為煤層氣富集區(qū)。

根據(jù)研究區(qū)3#煤層埋藏史、熱史、構(gòu)造史可知：研究區(qū)關(guān)鍵時刻的有效上覆巖層厚度仍使該區(qū)處于風(fēng)氧化帶深度以下。受巖漿熱液影響較小的研究區(qū)是北部區(qū)域，煤層含氣量受埋藏深度的影響較大，埋藏深度與含氣量之間呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系。即隨著埋藏深度的增加，含氣量呈現(xiàn)增加的趨勢。研究區(qū)中部，處于風(fēng)氧化帶以深的區(qū)域，總體上受煤層埋深的控制，但在地下水滯流區(qū)和徑流區(qū)，局部受到地下水的微調(diào)作用。煤層埋深與含氣量的相關(guān)性比研究區(qū)的北部稍差。研究區(qū)的南部受巖漿熱液作用明顯，煤變質(zhì)程度升高。潘莊附近埋深與含氣量之間不是正相關(guān)關(guān)系，埋深不是控制該區(qū)含氣量的主要因素。研究區(qū)西南部的成莊附近，風(fēng)氧化帶以淺，含氣量較低；風(fēng)氧化帶以深，含氣量受煤層埋深和地下水兩者共同作用，煤層埋深與含氣量之間具有一定的相關(guān)性。

（2）地下水特征對煤層氣富集的控制　地下水的運移使儲層能量系統(tǒng)發(fā)生變化，進而引起煤層氣富集區(qū)的變化。根據(jù)地下水等勢線圖可看出，研究區(qū)中北部的蒲池附近屬于地下水的滯流區(qū)，在地下水和埋深的雙重作用下，該區(qū)域煤層氣形成相對的富集區(qū)。研究區(qū)的東北部，主要受到單斜構(gòu)造及水文地質(zhì)條件的影響，該區(qū)屬于地下水徑流區(qū)，含氣量較低。研究區(qū)的西北部受到東部地下水補給，處于地下水滯留區(qū)，并且埋深較大，在地下水和埋深的耦合作用下，形成了煤層氣的相對富集區(qū)。研究區(qū)中部的樊莊附近雖處于地下水的徑流區(qū)，但水力坡度較緩，地下水對該區(qū)域含氣量的影響相對較小，受埋深的控制相對明顯。研究區(qū)西南部的潘莊附近屬于地下水的滯流區(qū)，在巖漿熱液和地下水的雙重作用下，該區(qū)域形成了煤層氣的相對富集區(qū)。研究區(qū)東南部的成莊附近，處于地下水的徑流區(qū)，且水力坡度相對較陡，導(dǎo)致該區(qū)煤層氣與相同埋藏深度的其他區(qū)域相比相對較低。

（3）構(gòu)造特征對煤層氣富集的控制　構(gòu)造主要是指褶皺和斷層。研究區(qū)內(nèi)發(fā)育有一定數(shù)量的小斷層，小斷層對局部小范圍內(nèi)含氣量有一定的影響，但不影響含氣量的整體變化趨勢。受勘探開發(fā)精度及收集資料的限制，針對研究區(qū)內(nèi)小斷層對含氣量的影響在此不做分析。本次僅對研究區(qū)西部寺頭斷層和東部的晉獲斷裂對3#煤層含氣量的影響進行簡單分析及論述。研究區(qū)的西部，受寺頭斷層的影響，導(dǎo)致含氣量的分布呈現(xiàn)一定的差異性。斷層的發(fā)育形成了斷裂面，為煤層氣的運移提供了導(dǎo)流通道，煤層氣容易逸散，斷層附近煤層含氣量較低。寺頭斷層為由南向北斷距逐漸增加的封閉性逆斷層［174］，斷層兩盤巖性配置、泥巖涂抹的差異性，導(dǎo)致隨著斷距的增加，斷層的封閉性逐漸變差。研究區(qū)東部，煤層含氣量受到晉獲斷裂帶南段部分的影響。晉獲斷裂帶形成過程派生出一些次生斷裂構(gòu)造，沿斷裂面孔裂隙發(fā)育，滲透性較好，煤層氣容易逸散。因此，研究區(qū)東部斷層附近煤層氣含氣量較低。

褶皺是影響研究區(qū)內(nèi)煤層氣分布的主要地質(zhì)因素之一。研究區(qū)的南部，受構(gòu)造應(yīng)力作用較弱，主要形成了軸向近南北向的寬緩褶皺，部分煤層氣向背斜軸部遠聚且被保存，通常具有較高的含氣量。研究區(qū)的中部和北部受到多期構(gòu)造作用較明顯，在多期構(gòu)造作用下，含氣量與褶皺的關(guān)系變得復(fù)雜，需要根據(jù)實際情況進一步深入分析。

2.沁東南地區(qū)煤層氣富集模式

綜合考慮煤層氣富集影響因素，認為：在煤層埋深及熱液作用、地下水條件和構(gòu)造三者的耦合作用下，形成了研究區(qū)不同的煤層氣富集和逸散模式，決定了現(xiàn)今的煤層氣分布格局。研究區(qū)不同區(qū)域煤層氣富集、逸散控制模式圖如圖2-15所示。