不同变质变形煤储层孔隙特征与煤层气可采性

煤储层孔隙是煤层气的主要聚集场所和运移通道,煤储层孔隙结构不仅制约着煤层气的含气量,而且对其可采性也有重要影响。文中选取淮北煤田和沁水盆地不同矿区有代表性的煤样,通过对研究区不同变质与变形煤样的宏微观构造观测、镜质组反射率与孔隙度测试以及压汞实验分析,研究了不同变质变形煤储层孔隙结构特征及其对煤层气可采性的制约。研究结果表明,按照不同的变质变形特征将研究区煤储层主要划分为5类,即:高变质较强至强变形程度煤储层(Ⅰ类)、高变质较弱变形程度煤储层(Ⅱ类)、中变质较强变形程度煤储层(Ⅲ类)、中变质较弱变形程度煤储层(Ⅳ类)及低变质强变形程度煤储层(Ⅴ类)。不同变质变形煤储层的孔隙结构具有以下特征:Ⅰ类和Ⅱ类煤储层吸附孔占主导,Ⅰ类煤储层孔隙连通性差,Ⅱ类煤储层因后期叠加了构造裂隙,孔隙连通性变好;Ⅲ类煤储层中孔、大孔增多,但有效孔隙少,孔隙连通性变差;Ⅳ类煤储层吸附孔较多,中孔、大孔中等,且煤储层内生裂隙发育,孔隙具有较好的连通性,渗透性明显变好;Ⅴ类煤储层吸附孔含量较低,中孔较发育,大孔不太发育,有效孔隙少,孔隙连通性差。由此,变质程度高且叠加了一定构造变形的煤储层(Ⅱ类)以及中等变质程度变形较弱且内生裂隙发育的煤储层(Ⅳ类),其煤层气有较好的渗透性,可采性较好。     

山西煤层瓦斯分布规律研究

山西晚古生代含煤岩系是华北大型聚煤盆地的一部分,晚石炭世至中生代三叠纪为连续沉积,煤层埋藏深度、深成变质作用由北往南逐渐加深,生烃量也相应增多;燕山期是构造变形最为强烈的时期,也是侏罗纪聚煤盆地的形成期,大同、河东、宁武、沁水等4个聚煤(气)盆地构造格局基本形成,煤变质仍然是随埋深的加大而增高,属再次深成变质作用,煤化程度进一步加深,生烃作用持续发生;喜马拉雅期为强烈拉伸的构造环境,造就了山体整体抬升和雁行排列的新裂陷盆地的沉降。就山西煤层瓦斯而言,上覆基岩厚度是煤层瓦斯保存的主控因素,其次为岩浆活动、不同构造类型及水文地质条件等。区域岩浆热变质作用表现为在深变质作用背景上的叠加效应,山西境内的两个东西向高变质带与岩浆岩体的分布吻合,使阳泉矿区和晋城矿区成为煤层瓦斯(煤层气)开发利用基地;从聚气构造背景来说,封闭型构造使煤储层中瓦斯含量较高,如沁水盆地的沁南区、古交、邢家社、东社区以及河东盆地的石楼、大宁—吉县区、三交—柳林区,瓦斯含量在10～15m3/t或更高;开放型构造具有逸散煤层瓦斯的便利通道,瓦斯含量较低,如河东盆地的离石矿区、沁水盆地霍西构造区以及浑源、五台煤产地等。     

煤岩构造变形与动力变质作用

煤岩是一种对温度、压力等地质环境因素十分敏感的有机岩,地质演化过程中的各种构造-热事件必然导致煤岩发生一系列物理与化学结构的变化,并形成不同类型的构造煤。在构造应力作用下,煤岩不仅发生脆性和韧性变形,而且还产生不同程度的动力变质作用。因而,关于煤岩构造变形与动力变质作用的研究不仅具有重要的科学意义,而且在煤层气资源评价以及煤与瓦斯突出危险性预测方面也具有重要的实际意义。文中在已有研究成果基础上,通过对构造煤系列Ro,max、XRD和NMR(CP/MAS+TOSS)等测试和实验方法的对比研究,深入分析了煤岩不同构造变形和动力变质特征,进一步探讨了构造应力下煤岩动力变质作用的机理。研究成果表明,在构造应力作用下,煤岩脆性变形主要是通过破裂面上快速机械摩擦转化为热能而引起煤岩化学结构与其成分的改变;而韧性变形煤主要是通过局部区域应变能的积累而引起煤岩化学结构的破坏,从而发生不同机制的动力变质作用。     

不同变质变形煤储层吸附/解吸特征及机理研究进展

不同变质变形煤储层包括低煤级、中煤级和高煤级变质变形环境中的脆性变形煤、韧性变形煤和过渡型变形煤,不同变质、变形程度和机制对煤层气的吸附/解吸影响较大。干燥煤和平衡水煤的甲烷吸附量随变质程度的增强呈现出不同的变化趋势,干燥煤呈横"S"形且易于解吸,而平衡水煤呈倒"U"字形且吸附/解吸强度皆低于干燥煤样,且解吸过程较干燥煤滞后。构造变形导致煤的大分子结构和纳米级孔隙发生不同程度的改变,进而影响气体的吸附/解吸能力,脆性变形主要增加煤的大、中孔,其基本结构单元堆砌度略有增大,甲烷吸附/解吸程度有所增强;韧性变形主要增加煤的微孔-超微孔,其基本结构单元堆砌度增加较快,煤层气吸附能力增强,降压时韧性变形煤比脆性变形煤具有较高的瞬时解吸速率。由此可见,不同变质变形环境中的煤储层吸附/解吸能力差异较大,这主要是由煤储层内部结构及其影响因素对其制约所决定的。     

大别山北麓高煤级煤的变形——变质类型

对中国东部大别造山带前陆盆地石炭纪含煤岩系的高煤级煤进行了深入研究,划分出3种变形——变质类型。构造——热变质类型煤样采自剪切应变带内,煤镜质组反射率各向异性显著,煤结构参数L_c最大,L_a/L_c和d₀₀₂最小,TEM下存在局部石墨化现象,呈现动力变质特征。岩浆热变质类型煤样受中生代花岗岩侵入体异常高温影响,Ro_max和Ro_bi较大,显微镜下呈非均质结构,L_a/L_c在3类煤中最大。区域变质类型煤的Ro_max最小,但仍远远高于稳定地区相近地质时代煤,反映了造山带旁侧构造——热活动背景下有机质的高演化程度。     

冀南地区燕山期岩浆活动与煤的变质作用研究

冀南地区煤炭资源丰富,赋煤层位为石炭-二叠系,煤类从无烟煤到气煤,存在非常好的煤类分带现象。煤变质主导作用形成于燕山期中期岩浆活动之后,晚期岩浆活动之前,主导热源体是早、中期岩浆热,煤变质带的展布显示了与构造岩浆活动的一致性。煤变质主导作用是深成岩浆热变质作用。冀南地区干热岩存在很好的找矿前景,武安盆地可以作为首要的勘查对象。     

很低级变质作用研究及其在沉积盆地中的应用

很低级变质岩石在沉积盆地中分布广泛。在成岩-低级变质作用演化过程中,随着变质程度的增加,油气、煤的演化阶段也会发生相应的变化。因此,很低级变质作用与石油、天然气、煤等能源矿产关系密切。本文系统总结了很低级变质作用研究的几个方面及其新进展,包括很低级变质带的划分、粘土矿物地质温压计、变质作用p_T_t轨迹及其在沉积盆地中的应用等等,并结合实例初步探讨了川西北若尔盖坳陷三叠系的很低级变质作用。研究表明,对沉积盆地中很低级变质作用的研究,对于划分成岩-变质界限,明确盆地的热成熟阶段,恢复盆地古地温、古构造史以及指导油气勘探等,都具有十分重大的理论和实际意义。     

构造煤的动力变质作用及其演化规津

采用X射线衍射分析、电子顺磁共振等方法研究了构造煤的动力变质作用特征和演化规律。构造煤与煤层的变形变质历史有关,动力变质作用形成的构造煤,其结构特征与其它变质类型煤不同,演化途径也不同,但它们的演化规律一致。      

构造煤的动力变质作用及其演化规律

采用Ｘ射线衍射分析，电子顺磁共振等方法研究了构造煤的动力变质作用特征和演化规律。构造煤与煤层的变形变质历史有关，动力变质作用形成的构造煤，其结构特征与其它变质类型煤不同，演化途径也不同，但它们的演化规律一致。     

乍得Bongor盆地构造反转的油气地质意义

分析总结了乍得Bongor盆地的构造反转特征,着重研究了其对源岩生烃与排烃、储层成岩、圈闭形成及保存、油气运移等成藏要素的影响,进而探讨了盆地油气成藏特征和资源潜力。结果表明,Bongor盆地的构造反转以地层大幅抬升剥蚀和残余地层强烈褶皱变形为主要响应特征,造成了烃源岩生烃、排烃过程停滞,浅部油藏的破坏。同时,盆地本身的热结构、热演化在一定程度上减弱了这种破坏作用,使得烃源岩在构造反转结束以后仍保留有较好的生烃潜力。地层抬升剥蚀使得储层压实-胶结等成岩作用减弱,溶蚀淋滤作用增强,深部储层得以保存;残余地层的褶皱变形形成了大量的反转构造,为油气最终运聚-成藏提供了储集空间。     

滇西澜沧变质带的变形序列与变质作用初步研究

研究表明澜沧变质带由小黑江-西定混杂带和澜沧变质混杂带2个构造地层单元组成。前者经历了3期构造变形与2期变质作用,形成了呈南北向展布的区域性流劈理S1以及冲断-褶皱构造,主期蓝片岩相变质作用形成以蓝闪石、3T多硅白云母及黑硬绿泥石等高压相矿物为特征。后者在小黑江-西定混杂带变质变形之前业已普遍发育近东西向的褶皱构造及绿片岩相变质作用,尔后又经历了与前者相同的变形与变质历史。二者主期变质与变形作用发生在279-214Ma,与古特提斯构造发育密切相关,并形成了本带如今呈南北向展布的构造格局。     

大巴山北缘鲁家坪组变质作用及其对页岩气储层的影响

大巴山北缘下寒武统鲁家坪组具有较好的页岩气发育物质基础,钻探显示了一定的页岩气资源潜力,但页岩含气性非均质性较强。针对鲁家坪组页岩气差异富集问题,以地质调查、钻探、实验测试等资料为基础,深入分析了鲁家坪组变质作用特征及其对页岩储集空间结构的影响。研究揭示,大巴山北缘在强烈的构造活动作用下,普遍发生了区域动力变质作用和区域动力热流变质作用。区域上差异构造作用决定了鲁家坪组页岩变质程度的差异性,部分地区只发生了极低级的动力变质作用;在受到岩浆侵入作用影响的范围(距侵入带约0. 3~1. 5km),主要表现为区域动力热流变质作用,并伴有不同程度的混合岩化,变质程度相对较高。大巴山北缘鲁家坪组储集物性表现为低孔低渗的特征,区域动力热流变质作用导致鲁家坪组物性明显变差,孔隙结构更加细小致密;动力变质并没有对鲁家坪组储集性能造成明显影响,但在动力变质程度较高的区域,往往构造挤压变形强烈、断裂发育、地层破碎,页岩气保存条件破坏严重。因此,针对大巴山北缘鲁家坪组页岩气勘探,需寻找局部动力变质程度较低的构造稳定区。     

变质作用p-T-t轨迹的研究方法与进展

变质作用p T t轨迹理论的提出完全改变了人们对变质作用过程的认识。地壳加厚区(造山带)内区域变质作用发生于地壳从热扰动到热松弛的动态演化过程中,岩石的p T t轨迹是地壳加厚的方式及机制、热松弛速率和岩石折返速率的综合函数。一维热模拟假设引起热扰动的构造作用在瞬间完成,岩石在折返过程中开始变质作用演化。二维热模拟结果表明在地壳加厚过程中(岩石埋藏阶段)伴随明显热效应,岩石在折返过程中有少量加热,达到温度峰值。反演变质作用的p T t轨迹包括3种方法：传统地质温压计方法,吉布斯/微分热力学方法和变质相图方法。无论哪种方法,都必须以详细岩相学研究为基础,在岩石中划分出两期以上矿物组合。传统地质温压计方法被广泛使用,但在确定不同期次矿物组合的平衡和p T条件上有若干不确定性。吉布斯/微分热力学方法理论上非常完善,依据矿物(石榴石)的生长环带计算岩石的p T t轨迹,但是由于难以确定矿物生长阶段的矿物组合变化,以及缺少复杂固溶体的活度模型等,致使该方法实用性较差。目前反演岩石p T t轨迹的最好方法是变质相图方法,该方法依据p T视剖面图上矿物等值线温压计,模拟由矿物的世代关系和生长环带所记录的p T条件变化,并可以定量模拟变质过程中的矿物组合演化、变质反应和流体行为。对不同中压型变质带和超高压型地体中岩石p T t轨迹的反演模拟表明,岩石在构造埋藏阶段应伴随明显热效应,发生一系列递增变质作用,几乎同时达到压力与温度峰值,岩石折返过程以等温降压型(ITD)为主。这与一维热模拟结果很不相同,而与二维热模拟结果大体相似,但一般折返速率更快。     

江西武功山热穹隆变质—岩浆作用及演化

武功山热穹隆,以加里东造山期复式花岗岩为中心,南华一寒武系遭受区域变质形成变质矿物分带,环绕岩体分布,中生代以来伸展形成的韧脆性断裂系统构成外环,共同组合形成穹窿状构造。造山早期（463．2±2．3Ma）,初始重熔岩浆与深埋变质围岩交代形成原地型英云闪长质“混染岩浆”,岩浆上升中,硅铝质组分加入使酸度增加,过渡为花岗闪长质岩浆,并产生岩体边缘混合岩。造山晚期（409．4±5．1Ma）演化为正常花岗岩,构成同源岩浆成分演化序列,并伴有明显构造应力变形。中生代伸展一岩浆作用的复合叠加,进一步强化了热穹窿的构造背景,大致在早白垩世末基本定型。     

四川石棉草科穹状变形变质体研究

位于扬子陆块西缘的石棉草科穹状变形变质体,经历了三次变形变质时期：早期为收缩滑脱变形的区域动力变质、中期热隆伸展动热变质和后期岩浆热接触变质。对主期变质进行了划分,利用变质反应、矿物地质温压计及相关的同位素年龄资料,建立了草科穹状变形变质体演化的ＰＴｔＤ轨迹。     

东疆哈尔里克变质地带变质作用特征及形成构造环境研究

本文通过对哈尔里克变质地带的变质岩石学、变质矿物及矿物包裹关系的研究，确定该变质带的形成曾经历了晚古生代中、晚石炭世的高温－低压型的区域热变质作和晚石炭世末期中温－中压型的断裂区域变质作用，且后者叠加改造了前者。前者温度为922℃～780 ℃，后者可划分出四个递增变质带，温压为450℃～670℃和2.3～4.1kb，这一研究反映丁哈尔里克泥盆纪火山岛弧经过了由拉伸作用到碰撞挤压造山引发的A型俯冲作用演变过程，并产生了上述相应的变质现象。     

拉脊山-化隆变质核杂岩构造及其隆升机制探讨

中祁连拉脊山、化隆地区的变质核杂岩是由韧性变形的太古宙、元古宙化隆群变质岩系组成核; 由脆-韧性变形和经受了低压变质的中、上寒武统和岩体组成中间层; 由脆性变形和未变质的下白垩统组成盖层.变质核杂岩的组成与结构显示了对称伸展和隆升的特征.23~ 32Ma是快速隆升的时期.主剥离断层剪切位移量约25~ 27km, 并根据矿物对计算, 变质核杂岩的伸展变质温度约625~ 630℃, 变质深度约20km, 变质压力约为0.63GPa, 属偏低压型区域热流变质作用.从青藏高原热壳、热幔、厚壳的演化历史及构造隆升活动来看, 认为拉脊山、化隆变质核杂岩是地幔热隆引起地壳伸展的典型实例, 是研究青藏高原岩石圈结构和高原隆升的重要窗口.      

内蒙古北山小红山岩组变形特征及地质意义

为了研究红石山—百合山—蓬勃山古生代构造带(蛇绿岩带)物质组成和变形特征,利用数字填图方法,在内蒙古北山地区大红山一带,开展1:5万区域地质调查。发现大红山南出露一套变质基底,主要岩石组合为一套海相细碎屑岩夹中基性火山岩及磁铁石英岩组合,以含硅铁建造及变质基性火山岩为特征。该岩石组合无底无顶,变形变质强烈,分不出层序,故称之为小红山岩组。各类中低级变质岩说明变质作用达到了高绿片岩—低角闪岩相。该组北部被上石炭统白山组角度不整合覆盖,南部被早泥盆世、晚石炭世侵入岩侵入。区内出露面积约140 km²,厚约2 890 m。明显有4次变形: 前3次变形为韧性变形,形成了透入性面理S₁、大型褶皱、韧性剪切带等构造形迹; 后一次变形以脆性变形为特征,形成了较大规模的断层带。小红山岩组多期次变形、变质说明了红石山—百合山—蓬勃山古生代构造带(蛇绿岩带)确实存在,并经历了多期次变形和变质。     

新疆富蕴地区前寒武纪地层的物质组成及其构造变形特征

新疆西北部阿尔泰地区发育一套片岩、片麻岩,从境内铁列克以东的塔乌乃萨孜一带向东南延伸到蒙古阿尔泰山南坡,统称冲乎尔-青河构造建造带。该带以特殊的构造位置和复杂的变形变质特征,成为研究阿尔泰造山带发展、演化的重要热点之一。通过对新疆西北部阿尔泰地区变质岩(前寒武纪地层)的物质组成、变形变质方面的资料收集和分析研究,区域地层对比等,按构造-岩石(地层)单位进行了划分。认为该套地层经受过中深层次的区域动力热流变质作用,变质达角闪岩相,是阿尔泰地区前寒武系基底的组成部分,其中的古元古代克木齐岩群和中元古代苏普特岩群变形具有多期次和多层次的特征,不同构造层次的变形均保留了丰富的构造变形形迹。     

A structural record of the emplacement of the Pozanti-Karsanti ophiolite onto the Menderes-Taurus block in the late Cretaceous, eastern Taurides, Turkey

The Aladag region of eastern Taurides, Turkey, is characterized by an imbricated thrust structure developed during late stage emplacement of the Pozanti-Karsanti ophiolite onto the Menderes-Taurus block in the late Cretaceous. The mid to late Cretaceous dynamothermal metamorphic sole and the underlying unmetamorphosed mélange, here named the Aladag accretionary complex, were accreted to the base of the Pozanti-Karsanti ophiolite during intra-oceanic subduction, transport and final obduction of the ophiolite onto the Menderes-Taurus block.In the dynamothermal metamorphic sole, intensity of deformation and degree of metamorphism increase from the base to the top, and at least three episodes of foliation, lineation and fold development are recognized. The asymmetry of quartz c-axis fabrics, tightness and asymmetry of folds of the same generation, and curvature of fold hinge lines increase from base to top, indicating that non-coaxial progressive deformation prevailed during the development of the metamorphic sole. The mélange is divided into three major thrust fault-bounded tectonic slivers, each of which is characterized by distinctive types of matrix and block lithologies, structures and deformation style. Kinematic analyses of the dynamothermal metamorphic sole and the mélange reveal that the tectonic transport direction of the Pozanti-Karsanti ophiolite during its emplacement was from north-northwest to south-southeast, suggesting that the Pozanti-Karsanti ophiolite was derived from a Neo-Tethyan ocean to the north of the Menderes-Taurus block.