沁水盆地南部是我国煤层气开发的重点区域,发育海陆交互相煤系泥页岩,其中太原组暗色泥页岩发育良好,具有较好的页岩气成藏地质条件,是煤系页岩气的重要产气层段。本文以沁水盆地南部太原组泥页岩为研究对象,通过资料收集-野外地质调查-实验测试-理论分析,对研究区太原组页岩气储层特征展开系统研究,结果表明:沁水盆地南部是沁水主体复向斜的一部分,内部构造简单,断裂稀少。石炭-二叠系太原组为主要含煤地层,是暗色泥页岩发育的主要层段,历经印支期、燕山期和喜马拉雅期三次构造运动改造,太原组总厚介于81.61~125.34m之间,平均可达103.96m。太原组由于多次海水进退,发育由障壁岛、泻湖、潮坪、沼泽、碳酸盐台地等沉积相类型组成的障壁岛-泻湖-潮坪复合沉积体系,自下而上大体可划分为6个旋回。暗色泥页岩总厚度较大,介于23.71~68.74m之间,平均为47.85m,垂向上共发育5套沉积厚度较大、分布较稳定的页岩体系,以山垢段泥页岩厚度最大,分布最稳定。研究区目的层埋深从盆地边缘向盆地中央逐渐增大,主体埋深位于484.94~1212.49m,属于浅埋藏。沁水盆地泥页岩属Ⅲ型干酪根,TOC含量主体分布于1.31%~3.25%之间,绝大部分地区TOC均值在2%以上,垂向上以山垢段和西山段TOC含量分布较稳定,变化范围较小,大体分布在1%~4%。根据岩相组合可分为黑色普通泥岩、粉砂质泥岩、炭质页岩、铁质泥岩等4种岩相类型。泥页岩矿物成分主要由黏土矿物和石英组成,脆性矿物含量较低,黏土矿物含量较高。太原组泥页岩有机质成熟度处于1.72%~2.89%范围内,说明在地质历史中有机质曾产生过大量的烃类,为页岩气的成藏奠定了基础。太原组泥页岩主要发育有机质孔、粒内孔(脆性矿物、黏土矿物)、粒内溶蚀孔、黄铁矿晶间孔和粒间孔等孔隙类型,泥页岩中微裂隙类型为外力作用下形成的外生裂隙及颗粒间裂隙,大部分被石英、有机质及黏土等物质充填,这些微孔隙和微裂缝的发育,丰富了页岩气的储集空间。泥页岩孔隙度介于0.66%~4.30%,平均1.50%,大部分样品的孔隙度均小于2%,从层段上来看,山垢段泥页岩孔隙度分布比较稳定。泥页岩孔径主要分布在0.6~1.5nm、3~4nm之间,以中孔为主,占总孔体积的58.43%~72.71%,平均为65.20%,其比表面积主要是由0.6~1.5nm的孔提供。有机碳含量与微孔体积含量呈较好的正相关性,有机质成熟度与微孔含量和中孔含量有关,黏土矿物含量与中孔体积含量呈一定的正相关性,脆性矿物含量对宏孔体积贡献较大。泥页岩最大吸附量介于0.42~1.85m3/t之间,平均可达0.73m3/t,游离气含气量介于0.13~0.80m3/t之间,平均可达0.43m3/t。在不同层段暗色页岩中,太原组顶部山垢段泥页岩发育最为稳定,分布广泛,颜色最深,有机碳含量高,有效厚度较大,储层脆性矿物及黏土矿物含量比例分配良好、孔隙度较大、含气量也较稳定,是整个太原组最具页岩气储层意义的层位,是页岩气勘探开发首选层段。横向上采用综合信息叠加法预测太原组页岩储层有利区位于中部沁源一带和横水-河神庙一带。论文研究成果对海陆交互相页岩气成藏理论及沁水盆地含煤地层页岩气的勘探奠定了基础。