Geological controlling mode of coalbed methane enrichment controlled by vortex compression-torsion tectonic — Taking the Weijiadi Coal Mine in the eastern part of the Hexi Corridor as an example
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摘要:
我国西北地区河西走廊带东部广泛发育的小型断陷含煤盆地，煤层厚度大且变化快，受中新生代陇西旋卷构造叠加影响，煤层气含量分布不均一，治理难度大。以靖远煤田魏家地煤矿为研究区，以煤层气钻井、录井、测井数据及勘探与生产期间获得的构造和水文资料为基础，系统分析研究区煤层气富集特征及其构造控制作用，取得如下主要认识：受“旋卷挤出效应”和“断层阻挡效应”控制，研究区形成高角度逆断层间夹东西雁列状排列的背−向斜。以F3断层为界，分为西南部压性构造区、东北部压扭构造区，各构造分区煤层含气量整体偏低，但不同构造区煤层气分异现象明显。旋卷压扭构造作用控制下的断层面泥岩涂抹封闭、顶板有效封盖、构造煤吸附性能强且封闭性强是煤层气富集关键控因。本次构建了3种煤层气富集模式：旋扭构造过渡段裂隙闭合区煤层气富集模式、逆断层下盘构造高点煤层气富集模式和向斜核部煤层气富集模式，其中靠近断层位置地层偏转明显，中间位置存在一个旋扭的过渡段，旋卷压扭构造区内过渡段现今水平最大主应力方向与裂隙方向组合关系决定了煤层裂隙闭合程度高，煤层气富集。以上认识可以为河西走廊带东部旋卷压扭断陷盆地瓦斯治理和煤层气开发提供理论支撑。
Abstract:The small faulted coal basins are extensively developed in the eastern part of the Hexi Corridor in the northwest region of China, and the coal seams exhibit large thicknesses and rapid variations. Affected by the superimposition of the Longxi vortex tectonic activity in the Mesozoic and Cenozoic eras, the coalbed methane (CBM) distribution is uneven and difficult to manage. This research takes the Weijiadi Coal Mine in the Jingyuan Coalfield as the research area, based on drilling and logging data of CBM, as well as tectonical and hydrological data obtained during exploration and production, to systematically analyze the occurrence characteristics of CBM and the tectonic control effect of it in the research area. The following main understandings are obtained: Controlled by the “vortex extrusion effect” and “fault blocking effect”, the study area forms high-angle reverse faults and anticline-syncline axes with east-west echel arrangement between them. Divided by the F3 fault, the study area consists of two sets of tectonic systems: the southwestern compressive tectonic area and the northeastern compressive-torsion tectonic area. The CBM content in the study area is low, but the CBM segregation phenomenon is obvious in different tectonic areas. The enrichment of CBM is mainly controlled by the positive factors such as the mudstone smearing and sealing of the fault plane, the effective sealing of the roof, the strong adsorption and sealing properties of the tectonically deformed coal with strong deformation. Three CBM enrichment models have been constructed: the CBM enrichment mode in the closed fracture zone of the transition section of the vortex tectonic, the CBM enrichment model in the high position of the reverse fault’s footwall, and the CBM enrichment model in the core of the syncline. Among them, the strata near the fault location show significant deviation, and there is a transitional section of twisting in the middle position, the direction combination between the current maximum horizontal principal stress and the fracture within the vortex tectonic structure, determines the high degree of fracture closure in the torsion transition section, resulting in the enrichment of CBM. The understandings obtained in this study provide theoretical support for gas control and CBM development in the vortex compressive-torsional faulted basins in the eastern part of the Hexi Corridor belt.
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0. 引 言
我国北方广泛发育中新生带断陷型含煤盆地，如西北河西走廊地区、内蒙以及东北等地区[1-7]，以上盆地煤及煤层气资源量大[6-9]。中新生代煤层受热生烃时间短，后期构造改造作用弱[10]，普遍具有“厚度大、埋藏浅、煤体结构完整”的特点，煤层气含量低且赋存控制条件较简单。前人研究表明，地质构造、水文条件、沉积盖层等是断陷含煤盆地煤层气赋存的主控因素[11-12]，诸如东北鹤岗盆地低煤层气含量的关键地质控因是煤层顶板高含砂率[11]；相反，铁法盆地煤层顶板为区域性泥岩盖层，煤层气含量整体偏高，其高含气量同时受控于水力封堵作用[12-13]。再如霍林河盆地煤层高含气量是煤层埋深较大、岩性封闭性强、区域构造简单等综合地质作用的结果[14-19]。
河西走廊带含煤盆地煤层气含量整体较低，诸如潮水盆地、民和盆地等，主要归因于煤的变质程度低、后期构造破坏较强、部分地区张性正断层发育等地质条件[20-23]。河西走廊带东部煤系受到中新生代陇西旋卷构造强烈压扭改造，多数含煤盆地发育挤压封闭性断层，同时褶皱普遍发育，且褶皱翼部大多被逆冲断层切割，如宝积山、红会和王家山等矿区[24-28]。河西走廊带东部煤层空间分布不均一，存在矿井瓦斯灾害风险，同时煤层气富集区块分布零星、面积小、分异性强[22,24]。
研究区旋卷压扭构造特征显著，然而在该构造体系下煤层气如何富集目前研究较少。关于压扭构造对煤层气控制效应的认识目前主要体现在“断层封闭性”，诸如新疆巴里坤矿区[29]、河北赵各庄井田[30]、湘中地区[31]等。王朝栋等[32]对恩洪矿区法乌−新村张扭构造区展开研究，认为在张扭应力场环境，断裂和褶曲在张性部分为开启式，在扭曲部分为挤压封闭式，但针对张性/扭性区与断裂和褶曲空间关系并未开展研究。旋卷构造对煤层气控制研究较少，少数文献报道了旋卷构造控制下水文地质特征，但关于地质控因并未报道[33]；旋卷构造控制断裂富水带，控制机理体现为张性断层导水性[34]。然而，旋卷压扭构造作用对煤层气富集控制机理尚不明确。
本次以河西走廊带东部魏家地煤矿为例，在系统认识旋卷压扭构造组合的基础上，探讨煤层气含量分异的关键地质控因，阐释旋卷压扭构造作用对煤层气赋存的控制机理，为煤层气高效开发和煤矿瓦斯治理提供理论支撑。
1. 地质背景
1.1 区域地质背景
河西走廊聚煤带位于祁连山与合黎山−龙首山−大罗山−六盘山等造山带之间，西部以阿尔金南缘断裂为界，北部以龙首山南缘断裂为界，东部以青铜峡−罗山−蒿店断裂为界，南部以北祁连北缘断裂为界（图1a）[24,35-37]。河西走廊带为早古生代祁连山碰撞造山后的弧后盆地[38-40]，早侏罗世经印支期挤压后伸展形成断陷盆地并接受沉积，形成了系列含煤盆地[37,41]，中新生代以来陇西旋卷构造对河西走廊带东部强烈改造，形成研究区现今主体构造形迹为北西−南东向[25,39,42-43]（图1a）。魏家地煤矿位于河西走廊聚煤带东缘，陇西旋卷构造带南部旋褶带中部。
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图 1 研究区构造特征和构造演化及地层综合柱状图Figure 1. Tectonic characteristics and evolution, as well as comprehensive column of the study area1.2 研究区构造背景
魏家地煤矿位于宝积山不对称向斜的南西翼，主体的构造形迹为NW-SE向。研究区西南部边界发育F1-2逆冲断层，区内以F3断层为界，分为两套不同的变形体系，西南侧以压性构造为主，发育铲式逆冲断层，反映了NE-SW向的挤压应力作用（图1b，图1c）；东北侧为压扭构造组合，包括位于东北部边界的高角度逆断层F46和边界以内呈近东西雁列状排列的背−向斜，褶皱轴迹靠近边界断层位置处，走向由NE-SW转变为近E-W向，均表现出压扭性构造特征（图1b）。
结合区域与大地构造背景，印支期的挤压碰撞作用及之后的伸展过程形成了大湾断层与F46断层（图1c）。成煤后主要受中新生代印度板块与欧亚大陆碰撞形成的陇西顺时针压性旋卷构造运动影响[39,43-44]，夹持于边界断层间的研究区因“旋卷挤出效应”产生由东南向西北运移之势，同时受F46断层西北段向西南边界断层偏移导致的“阻挡效应”的影响，研究区靠近东北边界运移受阻，产生顺时针压扭应力作用环境，形成区内由东北向西南构造组合由压扭向压性转变的构造特征（图1b）。
1.3 研究区地层特征
魏家地煤矿煤系由老至新依次为侏罗系窑街组（J2y）、新河组（J2x）、苦水峡组（J3k），白垩系河口群（K1hk）（图1 d）。南营儿群（T3n）主要为灰绿色细−中砂岩，间夹灰色泥岩及粉砂岩，部分位置含不稳定薄煤层（煤线）；侏罗系为大西沟组（J1dx），岩性以灰白色砾岩、砂砾岩；河西走廊带中新生代主要含煤地层窑街组（J2y），煤3层[24]，上部1号煤层为本区主要可采煤层，整体较稳定；新河组（J2x）可分为3段，下段主要为砾岩、含砾粗砂岩、中砂岩，中段为粉砂岩、砂质泥岩，间夹中砂岩、炭质泥岩，上段主要为粉砂岩；苦水峡组（J3k）主要为紫红色和灰色泥岩和砂质泥岩，局部夹油页岩薄层；白垩系河口群（K1hk）以砖红色中−粗砂岩、细砂岩及粉砂岩为主，与下伏地层呈不整合接触。
研究区聚煤期为半地堑型断陷型盆地，聚煤期主要发育扇三角洲相和辫状河三角洲相，且沉积相分布与区域构造形态高度相关。研究区西南部聚煤期间受西南部大湾断层控制，靠近F1-2断层位置由西南向东北方向依次发育扇三角洲平原亚相、扇三角洲前缘亚相；研究区东北部靠近F46断层发育辫状河三角洲平原亚相，远离断层位置过渡为辫状河三角洲前缘亚相。
2. 煤层及煤层气赋存特征
2.1 煤层赋存特征
魏家地煤矿含煤地层为中侏罗统窑街组（J2y），煤层自上到下共划分4层，编号依次为：1号、2号、未2号、3号煤，其中1号煤为主要可采煤层，为本次研究对象。
研究区1号煤层厚度具有中部、南部高，四周低的特点，横向具有明显的分区性，整体表现为压性构造区煤层厚度大于压扭构造区（图2a）。以F3断层为界，统计研究区西南部压性构造区43个钻孔，煤层厚度为4～36 m，平均为17.8 m，区内呈现中部煤层厚度大、东西部煤层厚度小的特征。另外靠近F1-2逆冲断层位置煤层明显偏厚，结合煤层埋深结果（图2b），该位置恰为逆冲断层下盘的构造高点，即逆冲断层下盘构造高点表现为厚煤区。统计研究区东北部压扭构造区56个钻孔，煤层厚度为2～22 m，平均为10.4 m。在压扭构造区内同样表现为中部煤层厚度大、东西部煤层厚度小的特征，尤其4号向斜北翼及2号向斜核部煤层厚度较大，1号背斜煤层厚度明显较小，但1号背斜与断层平行区域煤层存在局部较厚位置（图2a）。
受构造作用影响，1号煤层埋深呈现出分带性，其中F1-2逆冲断层、褶皱构造对煤层埋深影响显著（图2b），西南部压性构造区煤层埋深197.5～680 m，平均493.9 m；东北部压扭构造区煤层埋深443.6～833 m，平均622.9 m。东北部压扭构造区整体表现为东部埋深大、西部埋深浅的特征，其中西部1号背斜与断层平行区域1号煤层埋深仅460 m左右，东北部2号向斜、4号向斜煤层埋深700～800 m。（图2b）。
研究区1号煤层顶板岩性以粉砂岩、砂岩为主，局部煤层顶板为泥岩。粉砂岩泥质含量较高，同时含植物碎屑明显，指示该地区粉砂岩具有低渗透性特征。西南部压性构造区1号煤层顶板岩性由西向东砂岩-粉砂岩交替分布；东北部压扭构造区1号煤层顶板以粉砂岩为主，砂岩和泥岩零星分布（图2c）。
2.2 煤层气赋存特征
研究区1号煤层煤层气含量分区性显著，统计西南部压性构造区43个钻孔，1号煤层煤层气含量为0.9～4.2 m3/t，平均为1.90 m3/t，其中靠近F1-2逆冲断层和F48及DSF3断层位置煤层气含量较高（图3）。统计东北部压扭构造区56个钻孔，1号煤层煤层气含量为0.11～4.2 m3/t，平均为1.29 m3/t，整体呈现西高东低的特征，其中1号背斜与2号向斜中部存在煤层气含量高值，该位置也是1号背斜轴迹转向的位置。另外，1号煤层煤层气含量在2号向斜轴部明显偏高，其它位置煤层气含量受地层构造形态控制并不明显（图3）。
3. 影响煤层气的构造参数定量表征
以上煤层气含量分析结果显示，构造形态对煤层气控制作用显著，本次研究重点从断层封堵性、构造曲率及煤体结构特征三方面的定量探讨其对煤层气赋存的影响。
3.1 断层封堵性定量评价
受区域NE-SW方向挤压应力影响，研究区主体断层均为压扭性逆断层，据地层测井综合解释结果，采用Yielding断层泥比率法对研究区断层进行封堵性定量评价[45]。结果显示，3条断层泥比率平均值分别为38.39%、35.27%和39.09%，依据断层泥比率对煤层气封堵评价标准，以上各断层对煤层气均有较好的封闭作用（表1）。
表 1 断层封堵性综合评价Table 1. Comprehensive evaluation of fault blockability断层 钻孔号 断层泥比率SGR/% SGR平均值 F1-2 184 38.31 38.39 新12 43.48 109 33.39 F3 189 43.2 35.27 186 22.62 829 40 F48 103 31.43 39.09 195 46.74 3.2 褶皱曲率定量评价
煤层构造曲率反映其变形程度，本次研究采用平均曲率和最大主曲率分析方法[46]量化评价研究区1号煤的连续变形程度（图4），
西南部压性构造区43个钻孔1号煤层平均曲率为−7.71×10−6～8.95×10−6；最大曲率为−1.33×10−6～16.16×10−6。东北部压扭构造区56个钻孔1号煤层平均曲率为−13.2×10−6～11.1×10−6，最大曲率为−7.35×10−6～16.73×10−6（图4）。构造曲率受褶皱发育程度控制，西南部压性构造区地层整体为倾向北东的单斜，曲率分异性相对较弱，而东北部压扭构造区相间发育褶皱，故而构造曲率分异性相对较强。
3.3 构造煤定量评价
根据研究区钻孔录井与测井资料，在岩芯观测的基础上，以视电阻率测井曲线为主，人工伽马测井曲线为辅进行煤体结构测井解释，进一步将研究区1号煤层的煤体结构划分为3类。
1）原生结构煤厚度整体上呈现东高西低的规律（图5a）。东部原生结构煤厚度大于5 m，西部除零星的钻孔煤层原生结构煤层厚度较大，其余位置原生结构煤普遍较低，且厚度多数小于2 m。以上原生结构煤厚度与研究区自东北向西南变形逐渐增强的规律相反。
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图 5 1号煤层煤体结构厚度等值线Figure 5. Contour lines of coal structure thickness of No.1 coal seam2）研究区构造煤类型包括碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤，各类构造煤空间上分布形态基本一致（图5b，图5c）。以碎粒煤-糜棱煤为例，构造煤厚度整体上呈现西南部高、东北部低的特征。西南部构造煤厚度普遍在8 m以上，越靠近南部边界F1-2断层，构造煤厚度越大，局部构造煤层最厚可达15 m，即逆冲断层下盘构造高点厚煤区主要发育构造煤。中部靠近F3断层处厚度亦较高，介于8～14 m，向东北方向基本不发育构造煤，指示压性区构造破坏作用显著，向东北方向构造破坏作用减弱。
4. 煤层气富集地质控因及控气模式
4.1 控气地质因素相关性分析
以上煤层气赋存特征显示煤层气含量与构造分区特征显著相关。基于此，通过对目标参数（煤层气含量）与关键地质控因（煤层厚度、煤层埋深、顶板岩性、构造曲率、构造煤类型）进行分区相关性研究，在此基础上进一步阐释煤层气赋存规律的地质控制机理。本次研究采用SPSS软件开展相关性分析，获取各变量之间皮尔逊相关性系数（表2）。其中顶板岩性和构造煤类型均为文本参数，根据岩层封盖性的差异，将“泥岩、粉砂岩、砂岩”分别赋值为“1、2、3”；类似将“原生结构煤、碎裂煤、碎粒-糜棱煤”分别赋值为“1、2、3”。
表 2 煤层气赋存特征与关键地质控因相关性分析Table 2. Correlation analysis between gas occurrence characteristics and key quality control factors地质参数 煤层气含量 煤层厚度 煤层埋深 顶板岩性 平均曲率 最大曲率 构造煤类型 构造分区 煤层气含量 0.12 −0.26 −0.11 −0.03 0.06 −0.28 西南部
压性构造区煤层厚度 −0.20 −0.491** −0.18 0.369* 0.505** 0.13 煤层埋深 −0.18 0.24 −0.03 0.12 −0.455** −0.10 顶板岩性 −0.10 −0.13 −0.344* −0.09 0.08 0.10 平均曲率 0.08 −0.13 0.02 −0.07 0.381* −0.01 最大曲率 −0.10 −0.377* −0.516** 0.23 0.11 0.06 构造煤类型 −0.23 0.17 0.11 −0.02 −0.25 −0.09 构造分区 东北部压扭构造区 注：**：在 0.01 级别（双尾），相关性显著；*：在 0.05 级别（双尾），相关性显著。 结果显示，在西南部压性构造区和东北部压扭构造区煤层气含量与煤层厚度、煤层埋深、顶板岩性、煤层构造曲率以及构造煤类型相关性并不显著（图6）。
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图 6 关键地质参数相关性分析热力图Figure 6. Thermal map for correlation analysis of key geological parameters煤层是气体生成的基础和储存的载体，通常情况下，随着煤层厚度的增大，煤层气含量逐渐增加[47]。研究区西部煤层气含量较高，局部可达4 m3/t，而其煤厚较小，仅5～10 m；东部煤层气含量较低，最高为1 m3/t，而其煤厚较厚，普遍在15～25 m，由此可见煤层气含量与煤厚相关性不明显（图2a，图3）。研究区煤层气含量整体偏低，并且存在明显的分异性，部分煤层埋深较浅的位置煤层气含量较高，这显然与前人认识并不相符[48]，其地质控因为部分封闭性较好的浅埋构造高点为煤层气富集提供了良好的地质赋存条件。西南部压性构造区的构造高点无非F1-2逆冲断层下盘厚煤区，断层面泥岩涂抹封闭和低渗透性粉砂岩顶板封盖，有利于煤层气富集。另外，煤层气含量与构造曲率相关性同样并不显著。
以上初步分析认为煤层厚度、煤层埋深及构造曲率并不是研究区煤层气富集的主控因素（图2、图3、图4、图6），同时指示其受上覆岩层封盖、构造形态等其它地质因素控制，导致煤层气不同程度发生逸散/富集。
构造煤参数定量表征结果显示，碎裂煤和碎粒-糜棱煤发育厚度等值线形态基本一致，并且在西南部压性构造区与煤层气含量等值线符合度高，即构造煤发育位置煤层气含量明显偏高（图5b，c），这与前人研究认识一致，即构造煤对气体吸附性较强，同时存在自封闭效应[49]。但东北部压扭构造区煤层气含量与构造煤厚度相关性并不显著（图5b，c），指示出该压扭区构造煤并非煤层气富集关键地质控因。研究区1号煤层顶板岩性整体为低渗透性粉砂岩，因此各构造位置处煤层顶板岩性封盖效应整体较好，即煤层顶板岩性是研究区煤层气富集的重要地质参数，但并非造成煤层气含量分异性的关键地质控因。
综合以上煤层气富集关键地质控因分析，认为研究区煤层气富集地质控制作用复杂，单因素地质控制并不显著，但煤层气富集区位于受逆断层控制的构造高点，关键控因为构造煤发育程度、断层封闭及顶板岩层封盖性，同时局部煤层气富集位置存在其它特殊构造作用控制。
4.2 旋卷压扭构造下煤层气富集控制
研究区在陇西压扭性旋卷构造运动的影响下，煤层上覆地层遭受剥蚀，同时伴生一系列构造裂隙，气体解吸逸散，故研究区煤层气含量整体偏低。然而，局部煤层气富集与构造形态高度相关，发现煤层气富集区主要集中在三类构造位置：2号向斜核部、F1-2断层等逆断层下盘构造高点和1号背斜转折端翼部区。本次针对煤层气局部富集位置进一步开展连井剖面统计（图7）。
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图 7 不同构造位置煤层气富集特征剖面分析Figure 7. Analysis of gas enrichment characteristics in different tectonic positions4.2.1 压性构造区煤层气富集控制作用
以F1-2断层逆冲推覆区为例，煤层气含量较高（图7c），这与上述关于煤层气富集关键地质控因及控制机理认识相一致，即逆断层下盘厚煤区为构造高点，断层面泥岩涂抹封闭和低渗粉砂岩顶板封盖提供了气体富集场所，同时该位置主要发育的碎粒煤和糜棱煤，增加了气体吸附性能，且构造煤内部存在自封闭效应，即1号煤煤层气在F1-2逆冲断层影响下的构造高点发生富集。
4.2.2 压扭构造区煤层气富集地质控制作用
1号背斜转弯端煤层气含量较高（未补10孔、193号孔）（图7c），该位置恰为压扭构造向压性构造转换区。分析该位置褶皱与断层空间关系，发现1号背斜轴整体呈现“S”型形态，即背斜轴北东段向东偏转表现为近东西向、中部表现为北东−南西向、背斜轴南西段表现为北西西-南东东向（图1）。另外，该区域除了发育F46和F3大规模断层外，还存在Fa和Fb小规模压扭性断层，分析认为以上断层是中新生代旋卷构造初期的产物，并且在构造作用改造初期，以上各断层呈现平行且等间距排列（图8a）。受剪切应力影响，以上各断层之间同样存在与断层近乎平行的裂隙（图8a）。构造成因分析认为，研究区褶皱为“旋卷挤出效应”与F46断层西北段向西南边界断层偏移的“阻挡效应”叠加的结果，以上断层同期形成的裂隙与背斜轴近乎垂直（图8a）。
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图 8 压扭构造区煤层气富集地质控因Figure 8. Geological control factors of gas enrichment in the compression torsion tectonic area随旋卷压扭构造作用的增强，F46和F3断层两侧块体平移作用显著，直观表现为两个方面：1）与F46和F3断层平行的Fb和Fa断层发生牵引变形，即靠近F46断层的Fb断层北西段受牵引作用发生顺时针偏转，靠近F3断层的Fa断层南东段受牵引作用同样发生顺时针偏转（图8b）；2）1号背斜轴迹同样发生顺时针旋转，表现为背斜轴北东段由北东向旋转为近东西向，背斜轴南西段由北东向旋转为北西西向，背斜轴中部处于以上两个方向旋转变形的过渡区，仍表现为北东-南西向褶皱形态（图8b）。随着褶皱地层发生旋转，早期形成的与1号背斜轴迹垂直的裂隙同样发生旋转（图8b）。
以上旋转后的地层裂隙在北东-南西向挤压应力作用下开合程度存在明显的差异，即靠近F46和F3断层附近的裂隙方向与现今水平最大主应力方向（NE-SW）近乎平行，故裂隙张开，表现为气体逸散的特征（图8b）；1号背斜中部地层并未发生旋转，故早期的裂隙方向仍然与现今水平最大主应力方向近乎垂直，裂隙仍处于闭合状态，表现为煤层气富集的特征（图8b）。
另外，对于2号向斜核部煤层气含量较高区，煤层埋深和地应力较大使得煤层及顶板裂隙闭合程度较高，煤层气逸散能力降低；同时，煤层曲率较大致使构造煤更为发育，煤层气储集能力提高，表现为煤层气相对富集（图7b），这与前人研究认识一致[50]。
4.3 煤层气富集模式
基于以上认识，本次研究构建了三种煤层气富集模式（图9）：旋扭构造过渡段裂隙闭合区煤层气富集模式、逆断层下盘构造高点煤层气富集模式和向斜核部煤层气富集模式。
旋扭构造过渡段裂隙闭合区煤层气富集模式中，煤层气富集区为两侧断层间存在的旋扭构造影响过渡段（靠近断层位置地层偏转明显，中间位置存在一个偏转的过渡段，地层基本不发生偏转），过渡段中裂隙闭合，气体逸散程度低，显示为煤层气富集（图9a）。
逆断层下盘构造高点煤层气富集模式表现为在逆断层强烈挤压下，下盘厚煤区应力集中致煤层韧性剪切流变增厚，碎裂煤与糜棱煤大量发育、微孔增多吸附能力增强，同时断层面泥岩涂抹封堵和低渗粉砂岩顶板封盖，利于煤层气富集（图9b）。
向斜核部煤层气富集模式表现为煤层受较大地应力和弯曲变形使得煤层及顶板裂隙闭合程度较高，煤层气逸散能力降低、储集能力提高，表现为煤层气相对富集（图9c）
5. 结 论
1）河西走廊带东部魏家地煤矿主要发育旋卷压扭构造，平面上煤层气富集具有明显的分异性，且构造控制作用显著。
2）魏家地煤矿主要划分为压性构造区和压扭构造区，煤层厚度、埋深及构造曲率对煤层气富集作用控制不显著，煤层气富集位置局部受旋卷压扭构造作用控制。
3）基于地质控因分析，构建了旋卷压扭构造区三类煤层气富集模式：旋扭构造过渡段裂隙闭合区煤层气富集模式、逆断层下盘构造高点煤层气富集模式和向斜核部煤层气富集模式，其中旋扭构造对煤层含气性控制的实质为地层旋转导致的裂隙开合程度的空间差异进而控制煤层气富集/逸散。
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图 1 研究区构造特征和构造演化及地层综合柱状图
Figure 1. Tectonic characteristics and evolution, as well as comprehensive column of the study area
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图 5 1号煤层煤体结构厚度等值线
Figure 5. Contour lines of coal structure thickness of No.1 coal seam
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图 6 关键地质参数相关性分析热力图
Figure 6. Thermal map for correlation analysis of key geological parameters
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图 7 不同构造位置煤层气富集特征剖面分析
Figure 7. Analysis of gas enrichment characteristics in different tectonic positions
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图 8 压扭构造区煤层气富集地质控因
Figure 8. Geological control factors of gas enrichment in the compression torsion tectonic area
表 1 断层封堵性综合评价
Table 1 Comprehensive evaluation of fault blockability
断层 钻孔号 断层泥比率SGR/% SGR平均值 F1-2 184 38.31 38.39 新12 43.48 109 33.39 F3 189 43.2 35.27 186 22.62 829 40 F48 103 31.43 39.09 195 46.74 
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表 2 煤层气赋存特征与关键地质控因相关性分析
Table 2 Correlation analysis between gas occurrence characteristics and key quality control factors
地质参数 煤层气含量 煤层厚度 煤层埋深 顶板岩性 平均曲率 最大曲率 构造煤类型 构造分区 煤层气含量 0.12 −0.26 −0.11 −0.03 0.06 −0.28 西南部
压性构造区煤层厚度 −0.20 −0.491** −0.18 0.369* 0.505** 0.13 煤层埋深 −0.18 0.24 −0.03 0.12 −0.455** −0.10 顶板岩性 −0.10 −0.13 −0.344* −0.09 0.08 0.10 平均曲率 0.08 −0.13 0.02 −0.07 0.381* −0.01 最大曲率 −0.10 −0.377* −0.516** 0.23 0.11 0.06 构造煤类型 −0.23 0.17 0.11 −0.02 −0.25 −0.09 构造分区 东北部压扭构造区 注：**：在 0.01 级别（双尾），相关性显著；*：在 0.05 级别（双尾），相关性显著。
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