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山西沁水盆地马必合同区块煤层气勘查 实 施 方 案 申 请 人中国石油天然气股份有限公司 编写单位中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司 编 写 人何国贤何 友 审 核 人 崔金榜 审核单位负责人崔周旗 编写时间2020 年 11 月 4 日 目录 一、概况...........................................................................................................1 （一）勘查区自然地理位置、交通情况.......................................................................................1 （二）申请设立矿权基本情况.......................................................................................................3 （三）勘查目的和任务.................................................................................................................15 二、勘查区地质情况....................................................................................17 （一）区域地质概况.....................................................................................................................17 （二）勘查区以往地质工作及勘查认识程度.............................................................................37 三、勘查实施方案........................................................................................53 （一）勘查部署遵循的原则.........................................................................................................53 （二）技术路线、勘查依据和方法.............................................................................................53 （三）工作量及资金投入.............................................................................................................76 （四）预期成果............................................................................................................................. 80 （五）与非油气矿产的协调情况.................................................................................................80 四、生态修复方案........................................................................................82 （一）勘查影响区域生态环境评估.............................................................................................82 （二） 、勘查区域生态修复工程.................................................................................................170 （三） 、勘查区域生态修复工作部署与经费估算.....................................................................226 五、保障措施.............................................................................................. 239 （一）质量保证........................................................................................................................... 239 （二）人员保证........................................................................................................................... 239 （三）资金保证........................................................................................................................... 240 六、附图与附表..........................................................................................242 （一）地理位置图.......................................................................................................................242 （二）勘查程度图.......................................................................................................................243 （三）勘查部署图.......................................................................................................................244 （四）探矿权变更前后对比图...................................................................................................245 （五）上一持证期内完成的探井、地震工作基本信息表.......................................................245 1 一、概况 （一）勘查区自然地理位置、交通情况（一）勘查区自然地理位置、交通情况 马必区块位于山西省东南部，行政区划隶属于晋城市的沁水县、阳城县和临汾 市的安泽县、翼城县和浮山县（见图 1-1）。晋侯高速公路由东向西贯穿区块南部； 沁水县至翼城到侯马的省级公路连接108国道； 沁水县至高平市的省级公路连接207 国道；沁水县至绛县的省级公路连接大运高速公路；勘查区北部有安泽县至临汾市 的 309 国道、安泽县至长子县的省级公路连接长晋高速公路。侯月铁路自西向东穿 越本区南部。勘查区内乡、村间基本有村村通公路相连，交通较为方便。 图 1-1 马必区块交通位置图 该区以丘陵山地为主，属暖温带半湿润大陆性季风气候，昼夜温差较大，春冬 季多风，气候干燥。年平均气温 10.2-12℃，日最高温度为 38℃，最低气温-29℃， 2 降水多集中在 7、8、9 三个月，年降雨量 600-700mm，年蒸发量 1600-1900mm， 每年 11 月至次年 3 月为结冰期，冻土深度一般为 0.5-0.75m。 3 （二）申请设立矿权基本情况（二）申请设立矿权基本情况 1 1、探矿权基本情况、探矿权基本情况 马必区块位于沁水盆地西南缘，矿权面积 829.14 平方公里，探矿权人为中国石 油天然气股份有限公司， 勘查单位为中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司， 勘查许可证号 0200001821403，有效期从 2018 年 2 月 21 日到 2020 年 2 月 20 日 （见图 1-2、图 1-3）。 图 1-2 原探矿权证 4 5 6 7 图 1-3 原探矿权证拐点坐标 探矿权区北邻沁南勘查区块，东邻马必东煤层气勘查区块及郑庄煤层气采矿区 块，区块矿权间均独立运作，不存在矿权重叠与合作纠纷问题，马必合同区块四邻 关系（见图 1-4）。 8 图 1-4 探矿权区四邻关系示意图 2 2、探矿权区内对外合作情况、探矿权区内对外合作情况 马必合同区块是 2004 年 7 月亚美大陆煤层气有限公司（外方）与中联煤层气 有限公司（中方）签订的煤层气产品分成合同（PSC）区块，合作区面积 1371.29 平方千米，探矿权人为中联煤层气有限公司，作业方为亚美大陆煤层气有限公司。 2004 年9 月获中华人民共和国商务部批准。 2007 年 12 月勘查面积变更为1367.115 平方千米。 9 2009 年马必区块矿权从原中联煤公司划转为中国石油天然气股份有限公司， 国 土资源部于 2009 年向中石油授予了马必区块煤层气勘查证，勘查区面积 1367.115 平方公里，有效期限为 2009 年 6 月2010 年 2 月 13 日。 勘查权于 2010 年 2 月到期后，华北油田向国土资源部进行了矿权延期申请， 国土资源部受理了华北油田申请，重新签发了马必合同区块煤层气勘查证，勘查区 10 面积变更为 1303.91 平方公里，有效期限为 2010 年 2 月 13 日2012 年 4 月 14 日。 2012 年 7 月，根据中国石油天然气集团公司（中方）与亚美大陆煤层气有限公 司（外方）于在北京签署的中华人民共和国山西马必地区煤层气资源开采对外合 作产品分成合同第三次修改协议第一条中，“双方确认，本协议生效之日起合同 区的总面积变更为 898.159 平方公里，撤销并归还中国石油天然气集团公司的面积 为 404.89 平方公里”。中华人民共和国商务部于 2012 年 10 月 9 日批复同意（商资 批【2012】1242 号）。据此，现将“山西沁水盆地马必合同区块煤层气勘查”项目 拆分为 “山西沁水盆地马必合同区块煤层气勘查” 涉外项目和“山西沁水盆地马 必东地区煤层气勘查”自营项目，本方案为“山西沁水盆地马必合同区块煤层气勘 查实施方案”。 11 2018 年 2 月，马必合同区块因与山西安泽国家森林公园、山西省中条山国有林 管理局Ⅰ级保护林地、沁水县太行洪谷国家森林公园重叠，依据相关规定，共核减面 积共计 62.449 平方公里，其中山西安泽国家森林公园重叠区核减面积 29.457 平方 公里，中条林局Ⅰ级保护林地重叠区核减面积 22.36 平方公里，沁水太行洪谷国家森 林公园重叠区核减面积 10.632 平方公里，因核减区大部已提交探明储量，且属于煤 层气甜点区，已对核减退让的煤层气探矿权范围提出探矿权保留申请。2018 年 2 月 马必合同区块矿权延续面积为 829.14 平方公里。 12 马必合同区块勘查期间，探矿权人为中国石油天然气股份有限公司，勘查单位 为中国石油天然气有限公司华北油田分公司，外方亚美大陆煤层气有限公司为作业 者，双方长期以来一直保持着良好的合作关系，项目进展顺利，目前为止，已通过 自然资源部（原国土资源部）备案的煤层气探明储量共 654.93 亿方。2011 年开始， 双方合作编写了马必一期煤层气总体开发方案（ODP） ，2013 年马必煤层气合作项 目总体开发一期方案获得国家能源局的前期批复。2013 年至 2014 年间，双方合作 开展了马必煤层气对外合作项目资源评价及开发技术研究 ，该项目获得了中国石 油天然气股份有限公司验收通过并给予高度评价。 2015 年双方开始合作编写马必二 期（北区）煤层气总体开发方案。目前马必一期 ODP 已备案，马必二期 ODP 已进 入评审阶段。 3 3、探矿权区域与煤矿重叠情况、探矿权区域与煤矿重叠情况 马必区块内矿产资源为煤炭和煤层气，区内共有十个煤炭矿权与之重叠，分别 13 为 山西省沁城煤矿， 重叠面积为 13.21km2； 山西晋煤集团晋圣亿欣煤业有限公司， 重叠面积为 7.70km2；山西瑞德焦化有限公司，重叠面积为 20.35km2；山西省沁水 煤田里必井田， 重叠面积为7.67km2； 山西省沁水县沁南井田， 重叠面积为11.00km2； 山西省阳城县老龙湾煤矿，重叠面积为 5.34km2；阳泉煤业集团翼城东沟煤业有限 公司，重叠面积为 0.08km2；山西阳城阳泰集团晶鑫煤业股份有限公司，重叠面积 为 0.001km2；山西煤运集团阳城大西煤业有限公司，重叠面积为 0.08km2；山西煤 运集团阳城阳泉煤业有限公司，重叠面积为 0.04km2。 此次探矿权变更延续时已与山西省沁城煤矿、山西晋煤集团晋圣亿欣煤业有限 公司、山西瑞德焦化有限公司、山西省沁水煤田里必井田、山西省沁水县沁南井田、 山西省阳城县老龙湾煤矿、阳泉煤业集团翼城东沟煤业有限公司共七家煤矿签署合 作协议书；因与山西阳城阳泰集团晶鑫煤业股份有限公司、山西煤运集团阳城大西 煤业有限公司、山西煤运集团阳城阳泉煤业有限公司共三家煤矿的矿权重叠面积小 于 0.1 km2，依照山西省国土资源厅关于矿权重叠面积小于 0.1 km2的重叠面积不必 签订矿权互保协议的会议精神，我公司未与上述三家煤矿单位签署合作协议书，但 承诺在进行煤层气勘探开发过程中，不在重叠区边界 l00m 以内进行施工作业。 14 图 1-5 探矿权区与煤炭权重叠图 4 4、本次申请探矿权基本情况说明、本次申请探矿权基本情况说明 本次申请的“山西沁水盆地马必合同区块煤层气勘查”探矿权区位于沁水盆地西 南缘，原矿权面积 829.14 平方公里， 本次申请变更延续矿权面积 829.14 平方公里， 马必探矿权区与煤炭权重叠图马必探矿权区与煤炭权重叠图 15 探矿权人为中国石油天然气股份有限公司，勘查单位为中国石油天然气股份有限公 司华北油田分公司，申请年限为 2020 年 2 月至 2022 年 2 月（见表 1-1）。 表 1-1 探矿权申请基本信息表 项项目目内内容容 探矿权名称探矿权名称山西沁水盆地马必合同区块煤层气勘查山西沁水盆地马必合同区块煤层气勘查 探矿权性质探矿权性质① ① 延延续续 申请人申请人中国石油天然气股份有限公司中国石油天然气股份有限公司 勘查单位及资质勘查单位及资质② ② 中国石油天然气股份有限公司华北油田分公中国石油天然气股份有限公司华北油田分公司司 0200001530397 矿种矿种③ ③ 煤层气煤层气 申请登记面积（平方千米）申请登记面积（平方千米）829.14829.14 申请年限（年）申请年限（年）20202020 年年 2 2 月月 至至 20222022 年年 2 2 月月 填写说明填写说明①探矿权性质填写新立、变更、延续、转让、试采；②勘查单位及资质填 写承担具体勘查任务施工单位名称及勘查资质证书号；③矿种应填写勘查的矿种，包括石油、 天然气、煤层气及页岩气。 （三）勘查目的和任务（三）勘查目的和任务 1、勘查目的 通过前几年的勘查工作，已初步查明了马必区块主力煤层山西组 3 号煤和太原 组 15 号煤的厚度、埋深、结构、含气量、含气饱和度等煤层气地质参数及渗透率、 地层压力和地应力等储层物性参数，对该区块的含煤性、含气性和可采性进行了初 步评价，提交了三期煤层气探明储量，三期总计提交煤层气含气量面积 XXX 平方千 米，煤层气地质储量 XXX 亿方。 本期勘查工作的目的是深入地质研究，进一步落实区域地质构造、储层特征及 煤层含气性和可采性。 在未探明储量区内， 落实 3 号煤层及 15 号煤层煤层气含气面 积，提交煤层气探明储量、技术可采储量和经济可采储量；在已探明储量区内，通 过试采区的生产测试，优选、评价煤层气开发有利区域，争取使该区块早日进入商 业性开发阶段。 2、勘查任务 在勘查区内已有的地质资料的基础上，通过新一轮参数井、排采井的实施，新 16 增煤层气探明储量，探索煤层气可采性，寻找煤层气开采甜点区，试验适应该区块 商业性开发的煤层气钻井、压裂、排采技术。 17 二、勘查区地质情况 （一）区域地质概况（一）区域地质概况 1.1. 基础地质背景基础地质背景 （（1 1）构造背景）构造背景 沁水盆地为中朝准地台（亦称华北地台）山西隆起上的一个中生代以来形成的 构造型复式盆地。自石炭二叠系以来，沁水盆地先后历经印支运动、燕山运动和 喜马拉雅运动等多期构造作用的叠加与改造，形成了现今的构造格局。沁水盆地现 今整体构造形态为一近 NE－NNE 向的大型复式向斜，轴线大致位于榆社－沁县－沁 水一线，东西两翼基本对称，倾角 4左右，次级褶皱发育。在北部和南部斜坡仰 起端，以 SN 向和 NE 向褶皱为主，局部为近 EW 向和弧形走向的褶皱。断裂以 NE、 NNE、NEE 向高角度正断层为主，主要分布于盆地的西部、西北部以及东南缘（见图 2-1）。 （（2 2）地层特征）地层特征 区内地层自下而上依次发育有奥陶系中统峰峰组（O2f），石炭系中统本溪组 （C2b） 、石炭系上统太原组（C3t），二叠系下统山西组 （P1s） 、 下石盒子组（P2x） ， 二叠系上统上石盒子组（P2s）、石千峰组（P3sh），三叠系下统刘家沟组（T1l）、 和尚沟组（T1h），第四系，其中，主要含煤地层为石炭系上统太原组和二叠系下统 山西组。 各套地层主要发育特征由老至新简述如下 1）奥陶系中统峰峰组O2f 顶部一般为深灰色角砾状灰岩，上部以灰、深灰色石灰岩夹薄层状泥灰岩为主， 石灰岩坚硬性脆，方解石脉发育，质纯；下部以灰、深灰色石灰岩夹褐灰色白云质 灰岩、泥灰岩为主，地层厚度大于100m。 18 2）石炭系中统本溪组C2b 下部为深灰色铁质泥岩或泥岩，含黄铁矿碎屑，间夹一层细粒砂岩，不稳定； 上部为灰色铝土质泥岩，含铁质鲕粒，与下伏峰峰组O2f地层呈平行不整合接触， 厚度3.55-38.30 m，平均厚17.19 m。 19 图2-1 沁水盆地构造图 3）石炭系上统太原组C3t 为该区主要含煤地层之一，为一套由砂岩、泥质岩、炭质泥岩、石灰岩和煤层 等组成的含煤沉积。根据其岩相岩性及古生物组合划分为下、中、上三个岩性段。 20 下段C3t1由K1 砂岩底面或本溪组铝质泥岩顶面至K2 石灰岩底面； 中段C3t2由K2 石灰岩底面到K4 石灰岩顶面或9号煤层下厚层中粒砂岩底面；上段（C3t3）由K4 石 灰岩顶面或9号煤层下厚层中粒砂岩底面到K7砂岩底面。地层厚度72.15-118.73 m， 平均厚93.59 m。 4）二叠系下统山西组P1s 滨海沼泽、泻湖相沉积，其岩性为灰白色（层面多呈灰黑色）中、细粒砂岩、 泥质岩夹煤层；含煤2-3 层，其中3号煤层为稳定全区可采煤层，其余煤层不稳定； 泥质岩中富含植物碎片化石。底部以K7 砂岩底面与太原组分界，顶部以K8 砂岩底 面与下石盒子组分界。地层厚度21.50-58.70 m，平均厚43.91 m。 5）二叠系下统下石盒子组P1x 岩性以浅灰白色砂岩、灰-灰黑色泥质岩为主，中、下部泥质岩中富含植物碎片 化石，为一套陆相沉积的陆源碎屑物的岩性组合。地层厚度59.00-104.10 m，平均 80.93 m。 6）二叠系上统上石盒子组P2s 该组是指K10砂岩以上、 K14 砂岩以下的一套地层， 厚480-560m， 一般在510m 左右。上部以紫灰色、灰绿色砂岩、粉砂岩为主，夹灰色泥岩；中部为紫红色粉砂 岩、泥岩及灰绿色中-细粒砂岩互层；下部为灰绿色粉砂岩，夹薄层细砂岩及紫灰色 泥岩。 7）二叠系上统石千峰组（P2sh） 以紫红色、灰紫色砂质泥岩、泥岩为主，夹中-细粒砂岩及1-2 层透镜状淡水泥 质灰岩。底部为浅紫红色含砾中-粗粒石英杂砂岩，与下伏地层整合接触，厚 70-141m，一般在100m 左右。 21 8）下三叠统刘家沟组（T1l） 据岩性组合特征划分为三段上段以紫红色泥岩及灰紫色、紫红色长石砂岩为 主， 厚130m 左右； 中段主要为紫红色粉砂岩、 砂岩及灰绿色细粒砂岩互层， 厚143m 左右；下段以深紫红色薄层中-细粒砂岩为主，夹薄层紫红色粉砂岩及泥岩，砂岩发 育大型交错层理，厚137m 左右。与下伏地层整合接触。 9）下三叠统和尚沟组（T1h） 以棕红色，砖红色泥岩为主，间夹紫红色粉砂岩及薄层细砂岩，底部以砖红色 中粒石英砂岩与刘家沟组整合接触，厚160-210m。 10）第四系（Q） 零星分布于山梁各个部位，岩性为浅棕红色粉质粘土，可塑性强状态；含零星 钙质结核，局部富集。角度不整合于下伏各地层单元之上。 详见马必区块地层简表（见表2-1）。 表 2-1马必区块地层简表 地质分层 代号 厚度 （m） 岩性描述 界系统组 新 生 界 第 四 系 Q0-53 浅黄色表土层，底部见少量紫红色砂砾，松散，未成 岩。 中 生 界 三 叠 系 下 统 和尚沟组T1h0-282 紫红色泥岩、砂质泥岩与紫红色泥质粉砂岩、粉砂 岩、细砂岩呈不等厚-略等厚互层。 刘家沟组T1l0-243 紫红色泥岩、砂质泥岩与紫红色泥质粉砂岩、细砂 岩呈不等厚-略等厚互层，局部夹灰色砂质泥岩。 古 生 二 叠 系 上 统 石千峰组P2sh93-133 上部为紫红色泥岩、砂质泥岩； 中下部为紫红色泥岩、紫红色、灰绿色、灰色砂质 泥岩与紫红色、灰绿色泥质粉砂岩、灰绿色、灰色、灰 白色细砂岩呈不等厚互层。 K14 底砂岩为灰白色中砂岩。 上石盒子组P2s480-560 紫红色、灰绿色、灰色泥岩、砂质泥岩与灰色、灰 绿色泥质粉砂岩、灰色、紫红色、灰绿色、灰白色细砂 岩、灰白色中砂岩呈不等厚-略等厚互层，K10 底砂岩为 灰色细砂岩。 22 界 下 统 下石盒子组P1x59-104 灰色、深灰色、灰黑色泥岩、灰色、深灰色砂质泥 岩、灰黑色炭质泥岩与灰色泥质粉砂岩、细砂岩呈不等 厚互层。K8 底砂岩为灰色细砂岩。 山西组P1s22-59 深灰色、灰黑色泥岩、深灰色砂质泥岩与灰色泥质 粉砂岩、细砂岩、灰质细砂岩、中砂岩呈略等厚-不等厚 互层为主，局部夹灰黑色炭质泥岩，目标煤层 3 号煤层 赋存于本组下部。K7 底砂岩为灰色细砂岩。 石 炭 系 上 统 太原组C3t72-119 上段灰黑色泥岩、深灰色砂质泥岩与灰色泥质粉砂 岩、 细砂岩呈略等厚互层为主， 局部夹灰黑色炭质泥岩、 灰色灰岩、黑色煤； 中段灰黑色泥岩、 深灰色砂质泥岩与灰色泥质灰岩、 灰岩呈等厚-不等厚互层为主，局部夹灰色泥质粉砂岩、 灰色灰质泥岩、灰黑色炭质泥岩、黑色煤； 下段顶为目的煤层 15 号煤，其下为深灰色泥岩、 灰色细砂岩。K1 底砂岩为灰色细砂岩。 中 统 本溪组C2b4-38 灰色、灰黑色泥岩、深灰色砂质泥岩夹薄层灰黑色 炭质泥岩、黑色煤。 奥 陶 系 中 统 峰峰组 （未穿） O2f5-55灰色灰岩、泥质灰岩。 （（3 3）沉积特征）沉积特征 在前人研究的基础上，根据区块测井、地质资料的综合分析得出 山西组为河控三角洲沉积体系，主要是三角洲平原亚相，发育分流间湾、分流 河道等微相，其中分流间湾发育面积较大，同时在三角洲平原沼泽环境中沉积形成 了厚度较大的3号煤层（见图2-2）。 太原组为陆表海沉积体系，主要是障壁海岸亚相，发育滞留泻湖、局限台地等 微相，其中滞留泻湖发育面积较大，在泻湖泥炭坪环境中沉积的15号煤层厚度相对 较薄。 23 图 2-2 沁水盆地南部沉积体系成因相垂向叠置图 单井沉积相及微相研究整体来看，在太原组沉积时期，由于小型的海侵，碳酸 盐岩发育，形成了区域稳定的局限台地。在局限台地下部，由于多次的海侵海退， 发育了3 层薄煤层，厚度均在0.5m 左右。在这些小煤层的顶部和底部发育有障壁 沙坝、滞留泻湖等沉积微相。但这些封盖物由于岩性较粗，对煤层气的封盖性不好， 不利于煤层气的储集，因此，这些薄煤层不是好的煤层气储层。在太原组末期，海 水开始退去，三角洲平原亚相发育，主要发育有湖泊微相，在太原组的顶部沉积了 一套厚度很大的泥岩。在这之后一段时期，山西组开始沉积。 24 在山西组沉积时期，主要发育了三角洲平原亚相，其中以分流间湾、分流河道、 泥炭沼泽等微相为主。随着时间的推移，湖泊水体变浅，形成湖沼，然后湖沼被逐 步的充填淤平，形成了淡水泥炭沼泽，从而在山西组的底部发育了3号煤层，3号煤 层厚度约为0-7m，西部受分流河道影响，3号煤层缺失。3号煤层的顶板主要是分流 间湾沉积环境， 沉积物颗粒较细， 泥质含量较高； 3号煤层的底板为湖泊相沉积环境， 泥岩沉积发育，颗粒较细，泥质含量较高。 2.2. 煤层气地质条件煤层气地质条件 （（1）煤层形成与演化）煤层形成与演化 沁水盆地构造基底形成阶段自太古代、元古代以来至古生代早期，随着华北 地台的形成，沁水盆地作为其中的一部分经历了早期的结晶基底形成和晚期沉积盖 层沉积两个阶段，最终成为具有二元结构的地台区，受加里东运动影响，在中奥陶 统之后整体抬升，接受剥蚀夷平，构成C-P 煤系地层的沉积基底。 含煤盆地泥炭堆积阶段自古生代晚期以来，随着华北地台的整体沉降，本区 C-P 成为海陆交互聚煤盆地，发育了一套广泛分布的煤系地层，煤系沉积以后，连 续稳定沉降，成为华北地区三叠纪的沉积中心之一，接受了一套厚而稳定大陆内陆 河湖相碎屑岩沉积，并构成了C-P 煤系的上覆地层，在区内连续分布。 构造抬升剥蚀阶段受印支运动的影响，特别是在燕山运动期间，本区经受强 烈的挤压抬升、剥蚀作用，造成厚达数千米的地层损失，而由构造活动所导致的褶 皱及断裂造成区域及局部构造裂隙系统广泛发育，从而对沁水盆地煤层气藏的形成 产生了巨大影响（见表2-2）。 25 2-2沁水盆地南部地层与构造事件简表 地层岩石地层单位及简要特征构造期主要地质事件 新生 界 第四系 淡黄色砂、砾石、亚砂土、亚粘土等， 厚度 0m～330m 喜马拉雅期 伸展背景下的断 块差异性振荡升 降， 山间和上前断 陷盆地河湖相碎 屑物堆积 新近系 浅黄-浅红色亚粘土、砾石层等，厚度 0m～268m 古近系 中生 界 白垩系 燕山期 地壳整体抬升遭 受剥蚀， 岩浆活动 强烈， 褶皱和脆性 断裂发育 侏 罗 系 上统 中统 黑峰组 砂质页岩及含砾粗砂岩，厚度 0m～ 254m 下统 三 叠 系 上统延长组 黄绿色长石石英砂岩，厚度 30m～ 138m 印支期 陆壳差异升降， 山 间断陷盆地河湖 相杂色碎屑岩建 造 中统铜川组 二马营组 和尚沟组 刘家沟组 由浅红色－灰蓝色砾岩、砂岩、砂质 泥岩组成，厚度 0m～480m下统 古生 界 二 叠 系 上统 石千峰组河流相砂砾岩、杂斑砂岩、砂岩、粉 砂岩、泥岩组成，厚度 245m～870m 海西期 稳定陆表海盆地 台型碳酸盐岩-沼 泽含煤碎屑岩沉 积 上石盒子组 下统 下石盒子组 泥岩、 砂岩、 粉砂质泥岩， 厚度 35m～ 91m 山西组 近海三角洲及河湖相砂岩、泥岩、粉 砂岩和煤组成，厚 34m～82m 石 炭 系 上统太原组 海陆交互相砂岩、粉砂岩、泥岩、灰 岩及煤组成，厚 76m～177m 中统本溪组 铝土质泥岩、粉砂岩、细砂岩，厚度 约 27m 下统 晋冀鲁豫运动志留-泥盆系 加里东期 奥 陶 系 上统 中统 峰峰组 灰岩、泥质灰岩、白云质灰岩夹薄层 石膏，厚度大于 450m。 稳定陆表海沉积 马家沟组 上部为豹皮灰岩夹泥岩，局部为泥灰 岩，下部为厚层状灰岩，底部钙质页 岩，厚度 200m～500m 下统 中-厚层状白云岩，局部为泥质白云岩夹竹叶状白云 岩，厚度 38m～105m 26 寒武系 浅海相紫红色砂砾岩、泥岩、鲕状灰岩、白云岩和 竹叶状灰岩组成，厚度 377m～570m 元古 界 蓟县系串岭沟组 石英砂岩、紫红色泥岩夹白云岩及偏 碱性基性火山岩，厚度 59m～330m 蓟县期 裂陷槽火山-沉积 事件 太古界片麻岩、变粒岩和斜长角闪岩组成阜平期 中高级变质和韧 性剪切变形， 盆地 基底形成 （（2）煤层分布）煤层分布 该区含煤地层主要为二叠系下统山西组和石炭系上统太原组，山西组和太原地 层平均厚度138m，含煤层和煤线9-19层，其中山西组3号煤和太原组15号煤全区稳 定发育，为该区的主力煤层（见图2-3）。 27 图 2-3 沁水盆地煤层赋存位置图 3号煤层赋存于山西组底部，全区基本稳定可采，煤层厚度较大，为该区最为重 要的可采煤层，煤层厚度0-7.67m，一般3-6m，平均4.2m（见图2-4）。该区煤层厚 度主要受河控三角洲沉积环境控制，平面上煤层厚度变化较大，西部受河道沉积影 响，局部煤层缺失。 15号煤层赋存于太原组底部， 全区基本稳定可采， 煤层厚度一般在1.25-8.90m， 28 平均4.1m（见图2-5）。该区煤层厚度主要受陆表海沉积环境控制，平面上煤层厚度 变化较大，呈“鸡窝状”分布，局部煤层较厚，最厚可达11.40m。 从埋深上来看，3号煤层埋深差异大，埋藏深度280-1330m 之间，平均760m， 15号煤层发育于3号煤层下方70-100m， 总体上具有西南部埋藏浅深、东北部埋藏深 的特点。 图2-4 马必3煤净厚度图图2-5 马必15煤净厚度图 （（3）煤岩煤质与储集物性）煤岩煤质与储集物性 1）煤岩煤质 利用马必区块评价井取心资料，分别对山西组 3煤层、太原组 15煤层煤岩显 微组分、煤质组分进行了分析。根据马必区块含气量测试报告，3煤镜质组（无矿 29 物基）含量 57.32～100（见图 2-6） ，平均 80.52；惰质组含量 0～42.68， 平均 19.48。 15煤镜质组含量 56.78～100，平均 82.61；惰质组含量 0～43.22， 平均 17.39。镜质组含量较高。 图2-6马必区块煤岩显微组分含量分布图 根据取心测试结果， 3煤灰分含量为 3.82～45.81 （见图 2-7） ， 平均 15.96， 属低中灰煤； 水分含量 0.47～2.86， 平均 1.19； 挥发分含量 3.08～18.72， 平均 9.36；全硫含量 0.27～0.46，平均 0.40。 15煤灰分含量 1.45～45.42， 平均 16.56， 属中低灰煤； 水分含量 0.37～ 2.71， 平均 0.99； 挥发分含量 3.08～18.72， 平均 9.30； 全硫含量 0.15～ 1.80，平均 0.84。 图2-7马必区块煤岩灰分、挥发分含量分布图 2）孔渗条件 根据参数井取心资料统计结果， 3 号煤层孔隙度为 1.02～9.45， 平均 4.34； 30 15 号煤层孔隙度为 2.45～10.01，平均 4.73。煤层孔隙度小，这种低孔隙对 煤层气渗流作用较小。 根据注入/压降试井资料，3 号煤层渗透率一般为 0.005mＤ～0.5mＤ，属特低渗 储层。15 号煤层渗透率一般为 0.01mＤ～1.0mＤ，属特低渗储层（见图 2-8） 。 图2-8马必区块煤层渗透率分布图 3）内生裂隙（割理） 煤储层割理发育，有利于煤层气的渗流。3 号煤层割理较发育，面割理长度一 般为 0.5cm-7.0cm，密度 2-36 条/5cm，平均密度 13 条/5cm；端割理长度一般为 0.1cm-1.0cm，密度 2-25 条/5cm，平均密度 10 条/5cm。裂隙中充填有少量碳酸盐矿 物薄膜（见图 2-9） ，裂隙连通性中等。 15 号煤层割理较发育，长度一般为 0.3cm-7.0cm，密度 2-45 条/5cm，平均密度 12 条/5cm； 端割理长度一般为 0.1cm-1.0cm， 密度 2-24 条/5cm， 平均密度 10 条/5cm。 裂隙中充填有少量碳酸盐矿物薄膜，部分为黄铁矿，裂隙连通性中等。 31 图2-9 割理面充填方解石脉 （（4）煤体结构）煤体结构 按照煤在构造作用下的破碎程度，可将煤体结构分为四种类型 A. 原生结构煤未受构造作用破坏，保持原生结构状态； B. 碎裂煤 煤被密集的相互交叉的裂隙切割成碎块， 这些碎块保持着尖棱角状， 相互之间没有大的位移，仅在一些剪性裂隙表面煤被磨成细粉； C. 碎粒煤煤已破碎成粒状，由于在运动过程中颗粒间相互摩擦，大部分颗粒 被磨去了棱角并重新压紧。为了描述上统一，规定其主要粒级在 1 毫米以上； D. 糜棱煤煤已破碎成细粒状并被重新压紧。其主要粒级在 1 毫米以下，有时 煤粒磨得很细，只相当于岩石的粉砂级。由于这种煤是在强烈形变和发生塑性流动 情况下造成的，肉眼和镜下常可看到流动构造，如长条形颗粒的定向排列等。 在构造应力作用下，原始结构被破坏的煤称为构造煤。与原生结构煤不同，构 造煤由于原生割理系统被破坏，导致煤层渗透率降低和煤基质块体发生复杂形变， 32 给钻井、完井过程中的储层保护、增产强化、开采技术等都增加了一定难度，最终 影响到煤层气的经济开发。 马必北区部分参数井发育有不同程度的构造煤，个别井还发现有糜棱煤。相对 来说，马必北区西部构造煤较东部发育，15 号煤构造煤较 3 号煤发育。初步研究表 明，构造煤基本沿褶皱轴部发育（见图 2-10） 。 马必南区钻井取心显示，构造煤不发育，主要为原生结构煤。 图2-10 构造煤多沿褶皱轴分布 （（5）含气性）含气性 马必区块 3 号煤层含气量为 1-25m3/t，一般为 5-17m3/t（见图 2-11） 。15 号煤层 含气量为 1-25m3/t，一般为 6-18m3/t（见图 2-12） 。含气量变化特征平面上为东北高、 西南低的变化趋势。 3 号煤兰氏体积平均为 31.53m3/t，兰氏压力平均为 2.45MPa。15 号煤兰氏体积 平均为 31.60 m3/t，兰氏压力平均为 2.29MPa。 马必区块煤层气气体组分实测结果显示，气体组分主要以甲烷为主，3 号煤甲 烷含量在 95以上占 88，15 号煤甲烷含量在 95以上占 86，其次为少量的二氧 化碳和氮气，重烃气微量，未见 H2S 气体，气体品质良好。 依据等温吸附、试井及试采实测结果，马必地区煤层含气饱和度较高，含气饱 和度主要分布在 7090之间。 33 图2-11 马必3煤含气量图图2-12 马必15煤含气量图 （（6）水文地质条件）水文地质条件 水文地质条件对煤层气具有水力封闭和水力驱替-运移双重作用。水力封闭作用 有利于煤层气的保存，而水力驱替-运移作用则引起煤层气的
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