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煤的煤岩特征及煤层气生储因素分析

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特征 煤层气 因素 分析
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文 章 编 号 : ( ) 韩 城 矿 区 煤 的 煤 岩 特 征 及 煤 层 气 生 储 因 素 分 析郑 重 ( 西 安 科 技 大 学 地 质 与 环 境 工 程 系 , 陕 西 西 安 )摘 要 : 通 过 研 究 陕 西 韩 城 矿 区 含 煤 岩 系 中 煤 的 宏 观 煤 岩 类 型 、 微 观 煤 岩 组 分 、 煤 的 镜 质 体 反 射 率 以及 孔 隙 特 征 , 分 析 了 该 区 煤 的 煤 岩 特 征 与 煤 层 气 的 生 储 因 素 , 以 及 煤 层 气 可 能 富 集 的 煤 区 。关 键 词 : 煤 岩 特 征 ; 镜 质 组 反 射 率 ; 煤 层 气 ; 陕 西 韩 城 矿 区中 图 分 类 号 : 文 献 标 识 码 : 前 言开 发 和 利 用 煤 层 气 是 目 前 各 产 煤 国 正 在 攻 关 的课 题 之 一 。 煤 是 煤 层 气 的 形 成 与 储 集 场 所 , 而 其 生成 与 储 集 因 素 与 煤 岩 特 征 密 切 相 关 。 为 了 对 陕 西 韩城 矿 区 二 叠 纪 和 石 炭 纪 含 煤 岩 系 的 煤 层 气 藏 进 行 评价 , 有 必 要 从 该 矿 区 各 煤 层 的 煤 岩 特 征 出 发 , 分 析 矿区 的 煤 层 气 储 集 环 境 因 素 、 影 响 产 气 能 力 和 煤 层 气赋 存 的 因 素 。矿 区 地 质 特 征陕 西 韩 城 矿 区 位 于 渭 北 煤 田 东 北 , 矿 区 以 文 间岭 隆 起 构 造 带 为 界 , 可 分 为 北 区 与 南 区 两 大 部 分 。矿 区 包 括 桑 树 坪 、 下 峪 口 、 象 山 、 燎 原 、 马 沟 渠 煤 区 。总 面 积 约 。 区 内 总 体 构 造 形 态 为 一 走 向, 倾 向 的 单 斜 构 造 。 各 种 构 造 形 迹 多 集 中 分布 于 矿 区 边 缘 浅 部 地 带 , 各 井 田 中 深 部 除 有 少 量 宽缓 褶 皱 外 , 很 少 发 现 有 大 中 型 断 裂 , 地 层 倾 角 一 般 在以 下 。 区 内 主 要 含 煤 地 层 为 二 叠 纪 的 山 西 组 及石 炭 纪 的 太 原 组 , 共 含 主 要 可 采 煤 层 层 , 分 别 为 山西 组 的 号 、 号 煤 层 及 太 原 组 的 号 煤 层 , 平 均 厚度 分 别 为 , 及 。 其 次 为 号 煤 。煤 质 牌 号 以 瘦 煤 和 贫 煤 为 主 , 桑 树 坪 矿 区 深 部 可 能赋 存 次 级 无 烟 煤 。煤 岩 的 基 本 特 征宏 观 煤 岩 特 征本 区 煤 均 属 中 高 煤 级 烟 煤 , 根 据 相 对 平 均 光 泽分 类 , 其 宏 观 煤 岩 特 征 如 下 。号 煤 以 半 光 亮 型 煤 为 主 , 部 分 出 现 光 亮 型 煤 ;号 煤 以 半 光 亮 型 煤 和 暗 淡 型 煤 为 主 , 部 分 为 光 亮型 、 半 暗 淡 型 煤 , 暗 煤 和 亮 煤 常 形 成 的 线理 状 和 细 条 带 状 互 层 , 镜 煤 常 呈 的 薄 层 状 、透 镜 体 或 条 带 状 夹 于 煤 层 中 , 丝 炭 以 薄 层 状 产 出 。在 桑 树 坪 矿 , 下 峪 口 煤 矿 号 煤 下 部 观 测 到 大 量 方解 石 细 脉 充 填 裂 隙 ; 号 煤 主 要 为 半 亮 型 煤 , 暗 淡 型次 之 ; 具 有 带 状 结 构 , 水 平 层 理 发 育 , 中 下 部 有 黄 铁矿 成 层 分 布 现 象 , 方 解 石 含 量 较 多 , 个 别 光 片 观 测 达收 稿 日 期 : 作 者 简 介 : 郑 重 ( — ) , 男 , 陕 西 汉 中 人 , 西 安 科 技 大 学 高 级 工 程 师 , 从 事 地 质 与 环 境 工 程 的 科 研 与 教 学 工 作 [ ] 张 建 博 , 王 红 岩 山 西 沁 水 盆 地 煤 层 气 有 利 区 预 测 [ ] 徐 州 : 中国 矿 业 大 学 出 版 社 , [ ] 山 西 省 地 质 矿 产 局 山 西 区 域 地 质 志 [ ] 北 京 : 地 质 出 版 社 ,[ ] 张 抗 鄂 尔 多 斯 断 块 构 造 和 资 源 [ ] 西 安 : 陕 西 科 学 技 术 出版 社 , [ ] 朱 炎 铭 , 秦 勇 , 范 炳 恒 , 李 田 忠 , 姜 波 渤 海 湾 盆 地 三 叠 系 沉积 厚 度 恢 复 及 其 意 义 [ ] 中 国 矿 业 大 学 学 报 , ,( ) : [ ] 秦 勇 , 宋 党 育 , 王 超 山 西 南 部 晚 古 生 代 煤 的 煤 化 作 用 及 其控 气 特 征 [ ] 煤 炭 学 报 , , ( ) : [ ] 宋 党 育 , 秦 勇 镜 质 组 反 射 率 反 演 的 !数 值 模 拟 新方 法 [ ] 煤 田 地 质 与 勘 探 , , ( ) : [ ] , [ ] , , :, , , ( , , ; , ): , ,, , , , : ; ; ; ; · ·第 卷 第 期年 月煤 田 地 质 与 勘 探到 。 该 煤 层 较 为 疏 松 , 有 利 于 气 体 流 动 。号 煤 的 煤 岩 类 型 变 化 较 大 。 象 山 、 下 峪 口 井田 边 部 , 以 半 光 亮 型 煤 岩 类 型 为 主 , 暗 淡 型 次 之 。 下峪 口 边 部 局 部 区 域 以 半 暗 淡 型 为 主 , 亮 煤 次 之 。 桑树 坪 以 光 亮 型 煤 为 主 。 马 沟 渠 煤 岩 类 型 丰 富 , 半 光亮 型 为 主 , 其 次 以 半 暗 、 暗 淡 、 光 亮 型 呈 递 减 产 出 。该 煤 层 相 对 比 较 坚 硬 , 可 能 是 灰 分 含 量 较 高 。显 微 煤 岩 组 分 特 征本 区 太 原 组 煤 的 煤 岩 显 微 组 分 以 镜 质 组 为 主 ,壳 质 组 极 微 , 惰 质 组 常 为 黄 白 色 、 突 出 较 高 的 碎 屑体 。象 山 煤 矿 号 煤 层 , 以 镜 质 组 为 主 , 其 次 为 半 镜质 组 , 丝 质 组 、 半 丝 质 组 , 含 有 少 量 粗 粒 体 和 碎 屑 丝质 体 , 矿 物 质 极 少 。 镜 质 组 以 无 结 构 镜 质 体 为 主 。本 矿 号 煤 层 的 镜 质 组 中 以 均 质 镜 质 体 为 主 。 半 丝质 与 丝 质 组 以 有 结 构 为 特 征 , 可 见 拉 长 的 细 胞 , 长 轴!。 本 矿 的 号 和 号 煤 层 微 裂 隙 较 发育 , 宽 !, 形 成 气 体 流 动 通 道 。 在 象 山 矿 的— 号 煤 光 片 中 , 见 到 部 分 后 生 裂 隙 被 方 解 石细 脉 所 充 填 , 可 能 会 阻 碍 气 体 流 动 。下 峪 口 煤 矿 号 煤 层 中 , 镜 质 组 以 结 构 镜 质 体为 主 , 半 镜 质 组 和 丝 质 组 也 多 具 有 结 构 特 征 , 观 察 到大 量 棱 角 状 丝 质 组 、 半 丝 质 组 碎 片 , 含 微 量 壳 质 组分 。 在 煤 岩 定 量 中 , 观 察 到 排 列 整 齐 的 细 胞 组 织 , 部分 煤 样 中 细 胞 被 压 扁 拉 长 , 且 定 向 排 列 , 长 轴 垂 直 于压 应 力 轴 方 向 , 细 胞 平 均 长 !, 最 大 !。 胞 腔 部 分 充 填 , 这 些 未 被 完 全 充 填 的 胞 腔 有 利于 气 体 流 动 。 号 煤 中 镜 质 组 也 以 结 构 镜 质 体 为特 征 , 可 见 少 量 粗 粒 体 。桑 树 坪 号 煤 层 , 镜 质 组 以 无 结 构 镜 质 体 为 主 ,半 丝 质 体 主 要 呈 碎 片 状 , 壳 质 组 含 量 高 于 下 峪 口 煤区 煤 层 , 一 般 为 。 微 裂 隙 较 发 育 。燎 原 矿 的 、 号 煤 层 , 以 无 结 构 镜 质 体 为 特 点 。号 煤 中 方 解 石 常 以 脉 状 形 式 充 填 于 裂 隙 中 , 其 中有 两 个 煤 样 中 方 解 石 含 量 达 , 粘 土 、黄 铁 矿 以 粒 状 分 散 状 分 布 , 黄 铁 矿 颗 粒 平 均 !左 右 。 微 褶 皱 、 断 裂 和 微 裂 隙 较 发 育 。马 沟 渠 矿 号 煤 的 镜 质 组 含 量 较 下 峪 口 煤 矿 同层 位 高 , 镜 质 组 以 无 结 构 镜 质 体 为 特 点 , 号 和 号煤 层 半 镜 质 组 , 半 丝 质 组 特 征 基 本 相 似 。 粘 土 矿 物含 量 极 少 。各 煤 矿 区 显 微 煤 岩 组 分 含 量 参 见 表 。从 总 体 来 看 , 本 区 各 煤 层 煤 的 显 微 组 分 以 镜 质组 为 主 , 号 煤 中 镜 质 组 含 量 变 化 较 大 , 但 仍 以 镜 质组 为 主 , 其 次 为 半 镜 质 组 , 半 丝 质 组 、 丝 质 组 、 粗 粒体 , 壳 质 组 分 和 碎 屑 丝 质 体 。 其 中 壳 质 组 分 在 桑 树坪 矿 同 煤 层 中 含 量 相 对 稍 多 , 初 期 成 煤 时 有 利 于 产生 烃 类 物 质 。 半 镜 质 体 也 是 生 气 的 基 本 组 分 。 丝 质组 、 半 丝 质 组 以 有 结 构 形 态 较 多 。 无 机 组 分 , 粘 土 主要 呈 微 粒 体 分 布 , 显 微 组 分 胞 腔 中 基 本 无 粘 土 充 填 ,偶 见 侵 染 状 ; 方 解 石 以 细 脉 状 分 布 , 煤 层 中 可 见 粒 状黄 铁 矿 。镜 质 体 反 射 率 特 征象 山 煤 矿 煤 的 镜 质 体 反 射 率 !值 在 之 间 , 标 准 差 为 。 一 般 认 为 反 射 率 在之 间 时 , 常 赋 存 有 工 业 价 值 的 煤 层 气藏 ; 丝 质 体 的 反 射 率 !值 为 , 丝 质体 具 有 高 度 缩 合 的 分 子 结 构 , 在 没 有 遭 受 破 坏 的 条件 下 成 为 气 体 逸 出 和 流 动 通 道 。下 峪 口 煤 矿 煤 的 镜 质 组 平 均 反 射 率 为 , 标 准 差 ; 桑 树 坪 煤 矿 镜 质 组 平 均 反射 率 为 ; 马 沟 渠 矿 平 均 为 表 韩 城 矿 区 各 煤 矿 煤 的 显 微 组 分 特 征 ( ) !矿 区 煤 层 号 镜 质 组 半 镜 质 组 半 丝 丝 质 体 壳 质 组 粗 粒 体 有 机 组 分 矿 物 质象 山 煤 矿( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )下 峪 口 煤 矿( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )( )桑 树 坪 矿 ( )( )( )( )( )( )( )燎 原 煤 矿 , ( )( )( )( )( )( )马 沟 渠 矿 , ( )( )( )( )( )( )注 : 表 中 数 字 的 分 子 为 煤 显 微 组 分 含 量 范 围 , 分 母 为 平 均 含 量 , 括 号 内 为 样 品 数 。· · 煤 田 地 质 与 勘 探 第 卷 ; 燎 原 煤 矿 平 均 为 。在 地 质 演 化 过 程 中 , 韩 城 矿 区 受 后 期 南 部 大 断裂 的 影 响 , 不 同 煤 区 煤 层 气 具 有 明 显 的 重 新 分 布 性 。煤 岩 显 微 孔 隙 特 征象 山 煤 矿 、 下 峪 口 矿 号 、 号 、 号 , 号 煤 的!值 处 于 的 范 围 , 其 煤 岩 显 微 孔 隙主 要 呈 微 孔 、 小 孔 , 内 表 面 积 较 大 。 在 高 倍 显 微 镜下 , 微 孔 、 小 孔 中 基 本 无 粘 土 颗 粒 物 充 填 , 这 些 特 征都 有 利 于 煤 层 气 的 富 集 与 运 移 。 桑 树 坪 、 马 沟 渠 和燎 原 煤 矿 的 镜 质 体 平 均 反 射 率 为 ,发 育 微 孔 、 小 孔 , 大 孔 与 其 他 矿 变 化 不 大 ; 微 孔 、 小 孔中 基 本 无 粘 土 物 质 充 填 , 大 孔 中 有 较 少 充 填 。 观 察表 明 , 煤 岩 组 分 不 同 , 孔 隙 发 育 不 同 , 丝 质 组 组 分 含量 越 高 , 孔 隙 越 发 育 ; 在 镜 质 组 组 分 中 主 要 发 育 微孔 , 壳 质 组 组 分 主 要 在 低 煤 级 阶 段 存 在 。 本 区 煤 的孔 隙 中 基 本 无 粘 土 矿 物 充 填 , 仅 在 靠 近 构 造 带 区 域附 近 可 见 大 量 糜 棱 煤 , 破 坏 了 原 煤 中 的 孔 隙 特 征 。影 响 产 气 能 力 因 素 及 分 析韩 城 矿 区 各 煤 层 煤 的 显 微 组 分 均 以 镜 质 组 为主 , 占 组 分 总 量 的 , 平 均 最 大 反 射 率 范围 为 。 澳 大 利 亚 、 德 国 煤 炭 研 究 机构 认 为 , 镜 质 体 反 射 率 值 为 时 , 可 储藏 具 有 重 要 工 业 价 值 的 煤 层 气 。 韩 城 矿 区 镜 质 组 反射 率 一 般 在 这 个 范 围 , 若 无 其 他 因 素干 扰 , 可 成 为 丰 富 的 煤 层 气 藏 。韩 城 矿 区 的 煤 中 丝 质 组 组 分 含 量 变 化 不 大 。 象山 煤 矿 号 煤 中 的 丝 质 组 , 半 丝 质 组 含 量 较 号 煤层 低 ; 下 峪 口 煤 矿 的 号 煤 中 丝 质 组 、 半 丝 质 组 含 量低 于 号 煤 。 壳 质 组 分 含 量 低 , 镜 质 组 含 量 高 的 特点 反 映 了 该 区 具 备 了 富 产 煤 层 气 的 主 要 因 素 。据 煤 相 分 析 , 本 区 煤 层 形 成 于 不 同 环 境 , 号 煤形 成 于 沼 泽 覆 水 较 深 , 还 原 程 度 较 低 的 环 境 下 ; 号煤 层 系 在 滨 海 平 原 弱 还 原 环 境 下 ; 号 煤 层 在 滨 海半 深 水 沼 泽 环 境 , 覆 水 不 太 深 的 弱 还 原 条 件 下 形 成的 。 它 们 虽 然 处 于 海 陆 交 互 相 , 过 渡 相 的 环 境 下 , 煤岩 组 分 中 , 无 机 组 分 含 量 相 对 较 高 , 但 是 并 没 有 完 全充 填 在 胞 腔 中 。 如 象 山 号 煤 、 下 峪 口 号 煤 中 的粘 土 矿 物 , 一 般 以 微 粒 状 形 式 存 在 于 煤 组 分 表 面 , 较少 充 填 于 胞 腔 中 , 这 对 气 态 物 质 的 逸 出 是 有 利 的 。煤 层 气 赋 存 因 素 分 析在 煤 化 作 用 过 程 中 , 煤 的 空 隙 率 , 孔 容 , 内 表 面积 等 有 关 参 数 均 发 生 有 规 律 的 变 化 。 从 该 煤 区 煤 岩特 征 总 的 变 化 趋 势 来 看 , 煤 的 变 质 程 度 以 瘦 煤 和 贫煤 为 主 ; 虽 然 煤 的 孔 容 , 中 孔 , 大 孔 体 积 在 高 煤 级 阶段 均 有 降 低 , 但 是 通 过 显 微 镜 下 观 察 , 微 孔 和 小 孔 仍然 占 相 当 大 的 比 例 。本 区 煤 层 气 的 生 储 具 有 各 种 有 利 或 不 利 因 素 。桑 树 坪 煤 的 组 分 中 丝 质 组 分 具 有 气 体 流 动 的 细 胞 结构 , 为 有 利 于 气 体 流 动 富 集 的 因 素 , 是 较 好 的 生 储 气层 ; 但 由 于 南 部 大 断 裂 构 造 作 用 破 坏 强 烈 , 形 成 大 量糜 棱 煤 , 破 坏 了 原 来 煤 层 气 赋 存 状 态 , 气 体 产 生 流 动逸 散 或 者 使 得 煤 层 气 排 驱 压 力 增 大 , 以 致 于 不 能 抽放 , 构 成 不 利 因 素 。 象 山 煤 矿 、 下 峪 口 煤 矿 受 南 部 大断 裂 的 影 响 较 小 , 而 且 南 部 大 断 裂 又 有 上 覆 岩 层 的封 闭 , 成 为 煤 层 气 的 封 闭 边 界 。本 区 煤 中 矿 物 含 量 整 体 较 低 , 且 主 要 以 单 体 形态 赋 存 在 煤 中 。 煤 中 矿 物 主 要 为 粘 土 矿 物 , 黄 铁 矿 ,方 解 石 等 , 细 胞 腔 中 填 充 较 少 , 可 见 充 填 于 裂 隙 中 的方 解 石 。 号 , 号 煤 层 灰 分 含 量 波 动 不 大 , 号 煤层 的 灰 分 相 对 偏 高 , 有 可 能 影 响 煤 层 气 流 动 , 使 渗 透性 变 差 。 燎 原 煤 矿 部 分 区 域 无 机 组 分 含 量 较 高 , 存在 影 响 煤 层 气 开 采 抽 放 的 因 素 。参 考 文 献[ ] 张 新 民 等 中 国 的 煤 层 甲 烷 [ ] 西 安 : 陕 西 科 学 技 术 出 版 社 ,[ ] 武 汉 地 质 学 院 煤 田 教 研 室 编 煤 田 地 质 学 [ ] 北 京 : 地 质 出 版社 , [ ] 周 师 庸 应 用 煤 岩 学 [ ] 北 京 : 冶 金 工 业 出 版 社 , [ ] 曾 凡 桂 神 府 大 柳 塔 煤 层 煤 岩 学 特 征 [ ] 煤 田 地 质 与 勘探 , , ( ) : ( , , , ): , , , : ; ; ; · ·第 期 郑 重 : 韩 城 矿 区 煤 的 煤 岩 特 征 及 煤 层 气 生 储 因 素 分 析韩城矿区煤的煤岩特征及煤层气生储因素分析作者: 郑重作者单位: 西安科技大学地质与环境工程系,陕西,西安,710054刊名: 煤田地质与勘探英文刊名: (期): 2004,32(5)参考文献(4条)府大柳塔2刊论文]000(03)用煤岩学 田地质学 国的煤层甲烷 1991本文链接:
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