J.C.帕斯欣［１］等
摘 要 在美国阿拉巴马州煤层气田中，薄皮构造(Thinskinned structures)
普遍发育，影响着煤层中气体和水的产量。Deerlick Creek气田和Cedar Cove气
田中发育拉张构造，包括正断层及其上盘逆牵引构造；而Gurnee和Oak Grove气
田中发育挤压褶皱。这些都被解释为不同地层滑脱面之上发育的滑脱褶皱。从气
、水产量平面展布图，可以看出构造样式，且可进一步指明：褶皱与断裂作用影
响着煤层气储层的渗透率分布以及脱气工作成功与否。
〔1〕美国阿拉巴马州阿拉巴马地质调查所
1 概述
褶皱和断裂的发育控制着常规烃类的分布及生产能力，而煤层气是以吸附状
态保存下来的自生自储式气藏，常规的圈闭机制对煤层所起作用极小。因此，煤
层气的开采必须满足以下基本条件：首先必须具有经济可采的煤层气资源量；其
次，必须能够使储层压力充分降低(使气体脱吸附)；还有，就是降低储层压力时
排出的地层水能得以安全、经济地处理。
褶皱作用和断裂作用对于制定煤层气的勘探和开发以及地层水的产出和处理
策略非常重要。自1980年以来，在阿拉巴马州的中西部已经钻了4500多口煤层气
井，并已建成20个煤层气田，其中18个气田位于黑勇士前陆盆地的东部，另外2
个位于阿巴拉契亚逆冲带最南端的Cahaba煤田。到目前，阿拉巴马州的煤层气累
计产量已超过127亿m３，与此同时累计产水量也超过了4000Mbbl。全区，煤层
气产层为下宾夕法尼亚纪(C2-3)Pottsville地层中的煤层，其煤层气资源量超过
5660亿m３。
阿拉巴马中西部的Pottsville地层中发育大量的张性和挤压构造，而且这个
地区大量的钻井产气历史较长，这样该区便成为研究构造对煤层气产量是否起控
制作用的理想场所。鉴于此，我们选择如下4个地区进行详细研究：东南部的Dee
lick Creek气田和东部的Cedar Cove气田，以及北部的Gurnee气田和中部的Oak
Grove气田。其中前两个气田张性构造，如正断层和逆牵引褶皱普遍发育，而后
两个气田则发育宽缓的挤压褶皱构造，这种褶皱在前陆逆冲带普遍发育。
我们进行研究主要目的是分析阿拉巴马州煤层气田的构造几何形态。因为构
造的几何形态是研究褶皱和断裂系统成因的关键，它控制着煤储层的埋深、产状
以及连续性。而在煤层气田中，大多数构造是薄皮构造，即位于结晶基底之上的
沉积盖层挤压形成的构造。其次是研究地质构造对煤层气和水产量的影响。即是
褶皱和断裂作用影响气、水产量，还是区域断裂和操作程序对产气、产水量有影
响?下面我们先回顾一下张性构造和挤压构造几何学和运动学的有关理论。再看
一下阿拉巴州中西部的构造资料，进而证实这些构造对气体和水产量的作用，最
后得出结论和概念性模型。
我们主要利用地球物理测井和开发资料。即，对每个研究区，根据阿拉巴马
州油气委员会提供的伽玛和密测井解释，绘制了包括煤层和旋回界面在内的主要
标志层构造等值线图，并利用这些测井资料，根据面积平衡法做了横剖面图。
2 薄皮构造横剖面面积平衡法
图1 张性和压性薄皮构造几何形态图S-面积变化；D-位移距离；H-挤离深
度；
h-区域标志层到参考水准面距离
薄皮构造(图1)的几何形态，可以通过一种简单的面积平衡进行定量化，这种
方法可以对构造横剖面加以限制，原因在于其顺层滑移量和基底挤离的位置是可
求的。用这种方法做横剖面时，最好选取几个标志层，且只需通过测井解释出的
基本地层数据资料。本次研究中，做Deerlick Creek气田的张性构造和Gurnee气
田的挤压构造剖面图时，我们都用了这种方法。
用面积平衡法对薄皮构造进行横剖面恢复时，有两个基本假设前提：一是地
层发生形变时，其横截面面积不变，这是面积平衡法的首要原则；二是构造向下
终止于基底滑脱面，这一条只适用于薄皮构造。这里我们只是概略地总结一下该
方法的理论。
如果一个构造的横剖面面积不变，那么在基底挤离面之上面积变化就相当于
构造相对于原始基准面(或叫区域基准面)的隆起或下降的面积，即
S=DH
其中S代表变化的面积，D代表地层沿基底挤离面滑动距离，H代表挤离面的
深度。张性构造中下降到区域基准面以下的那部分面积我们称之为丢失面积，在
此约定为负值；而挤压构造隆起到区域基准面以上的面积称为附加面积，约定为
正值。
横剖面每一构造层都服从面积—深度这一关系式。因此在面积—深度图上构
造层位之间接关系为线性关系，即
S=DH+Sa
其中Sa是该直线的面积截点，斜率是某一构造层在基底挤离面上的位移距离
，而挤离面的位置就对应着面积变化为零的点，与指定参照面不一定重合。通过
多个标志层的面积变化值，求出面积—深度的线性关系，进而求出挤离面的深度
和位移距离。
3 张性构造
张性构造，尤其在前陆盆地普遍发育正断层，有人认为是由于上部岩石圈在
形变荷载作用下差异升降形成的。在黑勇士盆地普遍发育有正断层和上盘逆牵引
构造。这对西北部形成常规烃类圈闭较为有利。然而，这些构造对煤层气产量的
影响却鲜为人知，而且有关这些正断层的几何形态和逆牵引方面有许多问题急待
解决。盆地西部许多断层纵向较深，可能其滑脱在基底，而东部一些煤层气田的
一些断层水平和垂向延伸均较短，可能是在较浅层的煤层发生滑脱作用造成的。
31 Deerlick Creek气田
最近Wang和他的同事(1993，1994)在研究黑勇士盆地东部的Deerlick Creek
气田东南部断裂时采用了一种新的方法—断层透射图法。平面图范围内有6条北
西向正断层及其地垒、地堑系统(图2)。其中中部发育一完整的地垒、地堑系，
而东部和西部边界均为西向半地堑。六条断层大多延伸范围超出图幅，且它们的
垂直断距为3048~9144m。据Wang的研究，这些断层倾角50°~70°，几何形
状为平直或铲状，断层间地层发生轻微逆牵引褶皱。在Strip Mine地堑，Pottsv
ille地层卷入相对的断层，形成一个闭合高近50ft的背斜。
在完整地堑系和半地堑分别对Pottsville旋回作了面积—深度图，Strip Mi
ne地堑
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