北淮阳地区不同变形-变质煤的元素分布及其影响因素

通过对大别造山带前陆北淮阳地区石炭纪高煤级煤的X射线荧光光谱分析,探讨了不同变形-变质类型煤中常量元素的分布规律及其影响因素。结果表明:构造-热作用具有使Al3+、K+、Si4+、Ti4+在煤体中富集,P5+、Fe2++Fe3+、Mn2+Na+、Ca2+、Mg2+向煤体外迁移的趋势;在弱应力带富集Al3+、K+、Ti4+、Na+、Ca2+;在强应力带富集Si4+、P5+、Fe2++Fe3+、Mg2+。岩浆热变质类型煤和构造-热变质类型煤的w(SiO₂)/w(Al₂O₃)和w(K₂O)/w(Na₂O)值显著增大,与岩浆岩中SiO₂及K₂O质量分数偏高有重要的成因联系。      

准噶尔盆地南缘侏罗系煤生烃热模拟实验研究

采用黄金管-高压釜热模拟体系,开展准噶尔盆地南缘地区侏罗系八道湾组和西山窑组煤的生油和生气演化特征研究,对区域油气资源评价和油气资源研究具有重要意义。煤热模拟实验结果表明,准噶尔盆地南缘八道湾组煤生油潜力明显高于西山窑组煤,其生油高峰在R_o(镜质体反射率)=1.07%,最大生油产率的分布范围为60.13~83.27 mg/g,具有一定的排油能力;西山窑组煤生油高峰在R_o=0.96%,最大生油产率分布范围为27.14~62.14 mg/g,部分样品具有一定的排油能力。八道湾组煤和西山窑组煤生气能力接近且均较好,生气窗长。R_o为0.90%时,煤开始生气;R_o在1.07%~1.65%时,煤进入快速生湿气阶段,煤裂解气产量是最大产气量的50%左右;R_o达1.65%后,煤进入干酪根裂解生气阶段;R_o在3.60%时,煤生气基本结束,最大生气产率分布范围为92.23~141.26 mg/g。南缘西段艾卡构造带八道湾组煤层厚度为10~20 m,R_o在1.0%左右,处于煤生油高峰,生油量在57.10~81.19 mg/g,且煤具有有机碳含量高的特点,认为该区煤具有形成带气顶的油藏的潜力。准噶尔盆地南缘中段霍玛吐背斜带和昌吉—乌鲁木齐地区侏罗系煤层厚度大,最厚达60 m,烃源岩R_o在1.3%~2.0%之间,处于煤大量生干气阶段,生气量为60.21~104.27 mg/g,认为准噶尔盆地南缘中段煤具有形成凝析气藏和干气藏的条件。     

基于扫描电镜、孔隙-裂隙分析系统和气体吸附的煤孔隙结构联合表征

为了定量表征煤的孔隙结构,研究煤孔隙特征与吸附性能的内在联系,采用低温液氮吸附法（LP-N₂GA）、CO₂吸附法、扫描电镜（SEM）和孔隙-裂隙分析系统（PCAS）对6种不同变质程度煤样进行孔隙相关分析.煤样孔隙分布相似时,煤样对N₂和CO₂的吸附能力、孔隙率的近似概率密度和孔隙面积（中孔）与煤的挥发分呈负相关,煤样孔隙的分形维数与煤的挥发分呈正相关.煤样的孔隙分布差异较大时,煤样对N₂和CO₂的最大吸附容量与孔隙分布有关.建立了煤纳米孔结构的联合表征模式,该表征模式能够更有效地研究和分析煤中的孔隙,包括孔隙数目、孔隙面积、孔隙周长、平均形状因子、孔隙率、分形维数和孔径分布,将SEM-PCAS与气体吸附方法相结合对煤的孔隙结构进行定量联合表征的模式是可行的.      

热模拟实验中低变质煤的突出参数变化特征

为了研究瓦斯突出煤体的演化过程,采用煤化变质热模拟实验装置对煤样进行热模拟实验,分析不同实验温度条件下煤样的产气量、气体组分及加热前后煤体结构性能参数的变化规律。结果显示:在较高的实验温度下（450℃）产生的气体总量比较低温度（200℃）下大得多,前者的产气量几乎是后者的10倍,且相应的煤挥发分、坚固性系数和瓦斯放散初速度变化了5~7倍;350℃左右是低变质煤热解大量产生CH₄和焦油的临界温度,且在此温度时,低变质煤的坚固性系数和瓦斯放散初速度值已经超过突出煤层鉴定指标。由此认为,温度能改变煤体化学结构并产生瓦斯气体,且大量瓦斯气体的生成改变了煤的物理结构,其综合作用表现为煤体更易破碎,其突出危险性增加。      

等压扩散下CO2对不同变质程度煤中CH4置换效应的影响

为了研究等压扩散条件下不同变质程度煤中CO₂置换CH₄特征规律,选择无烟煤、瘦煤和气肥煤3种煤样,进行了不同等压扩散压力下的等压扩散置换实验。实验结果表明:随着煤变质程度的增加煤吸附CH₄和CO₂的能力表现出逐渐增强的趋势,且CO₂的吸附量大于CH₄的吸附量;随着实验点扩散压力的增加,CO₂对CH₄的绝对置换量和置换率均随之增加,CO₂对CH₄的注置比却随之降低。在实验煤样变质程度范围内,CH₄置换率与煤变质程度和CO₂注置比均呈负相关关系。研究成果对井下注CO₂置换煤层CH₄的工程技术和理论具有指导意义。      

大同煤田接触变质煤的煤岩煤质变化规律

大同煤田石炭-二叠纪煤层中的岩浆岩侵入造就了大量的接触变质煤，降低了煤的利用价值。为了详细探讨岩浆岩体距煤层距离对煤的物理化学性质影响，通过对塔山井田5222巷的辉绿岩岩墙及周围煤层的地质编录、系统采样，及煤样的煤岩学分析、工业分析和元素分析，研究接触变质带的煤岩煤质特征。结果表明:接触变质煤在高温条件下生成各种天然焦微观结构，如镶嵌结构、流动结构、热解碳等；侵入体对煤层的瞬时加热显著提升了热变煤的煤级，镜质体最大反射率由正常煤的0.67%~0.87%增至接触变质煤的0.94%~3.67%；接触变质煤中水分含量和灰分产率显著升高，挥发分产率降低；靠近岩墙的煤样中C含量上升，H、N、O含量下降。综合分析认为，岩墙接触变质作用对煤层的影响范围约4.5 m，即1.25倍岩墙宽度，而严重变质带为1.6 m。研究成果为煤的开采利用评价提供依据。      

ScCO2-H2O作用下不同煤级煤化学结构变化的实验研究

超临界二氧化碳（ScCO₂）–H₂O–煤地球化学反应可造成煤物理结构和化学结构的改变,对煤层注CO₂增采甲烷的有效性尤为关键。为了探讨ScCO₂-H₂O-煤反应对不同变质程度煤化学结构的影响,选择3个不同煤化程度煤样,在自主研制的ScCO₂-H₂O-煤地球化学反应模拟实验装置中模拟1000m埋深条件下煤样与ScCO₂和去离子水反应240h,并对反应前后的煤样分别进行了X射线衍射和拉曼光谱实验,对比分析了反应前后煤样晶体结构和碳有序度的变化特征。测试结果表明:ScCO₂-H₂O反应破坏了煤的晶体完整性和碳有序度,改变了煤的大分子结构,且对低阶煤和中–高阶煤具有不同的影响,反应提高了低阶煤的平行定向程度,使其结构更加紧凑,减小了面网间距,而使中–高阶煤中无序单元增加,面网间距增大。该研究结果为CO₂-ECBM项目实施中ScCO₂-H₂O作用对煤储层吸附解吸特征和孔渗特征影响的研究奠定了微观尺度基础。      

伊通软土的次固结特性

为了合理计算软土地基的沉降量,对软土的次固结特性及影响因素进行研究。采用分级加荷的方法,对伊通软土进行了压缩固结试验。结果表明：伊通软土的应变速率和时间双对数曲线具有相关性;随着固结压力的增大,次固结系数C_a先迅速增大至最小值的3倍,达到峰值后逐步减小至峰值的15%,达到稳定;次固结系数C_a与压缩指数C_c具有一定的线性相关性,C_a/C_c值在0.030~0.043之间;次固结系数C_a随时间的增加呈对数下降趋势,随着时间的增长,C_a下降,最终其最小值达到最大值的72.3%。本文的研究结果可以对伊通地区软土地基的变形与沉降预测提供一定的参考。     

新疆艾维尔沟煤变质作用研究

新疆艾维尔沟矿区是侏罗纪天山褶皱带中的一个小型山间含煤盆地。多项煤变质指标的分析结果表明:该区煤级在横向上分带明显,垂向上煤级突变,煤岩组份中出现热变显微组份,煤晶核指标(La/Lc)大于1,矿区广泛发育热液石英脉和方解石脉,煤层围岩也具有中低温热液蚀变现象。所有这些特征都充分表明,艾维尔沟的煤变质属区域热变质类型。推测其附加热源位于该煤盆地西部,地下水热液的对流为主要热传导方式。矿区及其外围的构造、地层结构、地势、水文等条件均有利于地下水热液循环。     

湖南新化地区煤变形变质与构造环境特征

采用煤质化验、XRD、SEM等测试手段,分析煤的化学组分、结构特征、显微构造等特征,结合古应力估算值、古温度和应变速率等结果,探讨了湖南新化地区煤变形变质特征与构造环境的关系。结果表明:煤样的d₀₀₂值为3.36~3.39 nm,受天龙山构造挤压的局部应力场及叠加岩浆构造热的作用,煤逐渐转变为隐晶质石墨,结晶颗粒是由细小的鳞片组成的集合体,粒径集中在50~250 nm;石墨3R型含量随着煤化程度升高,石墨晶体开始增加,Rh相的数量减少;构造变形环境属于低温低围压高应变速率的浅层脆性-韧脆性构造域;天龙山岩体提供了构造热源,侧向挤压应力使寒婆坳向斜煤大分子结构有序化,层面间距减小,形成隐晶质石墨。      

华北煤变质作用对煤含气量和渗透率的影响

通过华北和美国煤层气地质条件的对比, 基于华北煤变质特点, 指出了区域岩浆热变质有利于提高煤层含气量和渗透率, 并对其作用机理进行了初步探讨.在中国, 经受燕山期岩浆侵入影响之前的煤级较低, 因此在快速增温的高温作用下, 煤层气再次发生即“叠加生烃”或“叠加成气”的潜力大, 孔、裂隙系统发育更趋完善, 区域岩浆热变质的生气时间晚而利于煤层气保存.叠加有区域岩浆热变质形成的煤级分带, 包括高煤级煤和中煤级煤在内都将明显提高煤的含气量和渗透率, 因此, 华北地区应重视在区域岩浆热变质煤中寻找煤层气勘探目标.      

华北晚古生代煤变质演化及煤质预测

华北晚古生代煤具有中部和南部变质程度较高而南部边缘和北部低的特点。这是华北晚古生代经历了3个阶段变质演化的结果。华北地台稳定阶段除个别地区外,深成变质作用使绝大多数晚古生代煤只演化到低变质阶段;地台活化早期叠加的区域岩浆热变质作用造成部分低煤级媒提高到中、高变质阶段;地台活化晚期紫荆关断裂的右旋移动奠定了华北晚古生代煤变质分布的格局。根据岩浆性质、侵入规模等特点将区域岩浆热变质作用划分为3个亚型。区域岩浆热变质煤的分布受燕山期岩浆沿一定方向断续侵入的控制。从成因上阐述区域岩浆热变质作用的主要特点。基于地质因素分析和煤变质作用类型预测华北晚古生代煤级分布,新的预测增加了炼焦煤的储量,且部分已被钻探证实。     

Characteristics of telemagmatic metamorphism of the Ceshui Formation coal in Lianyuan coal basin

The Ceshui Formation coal is mostly anthracite and its metamorphism has been less documented.By analyzing systematically the reflectance of vitrinite and the results of X-ray diffraction of the Ceshui Formation cola in the Lianyuan coal basin,the spatial variation characteristics of coal ranks,coal metamorphic regions,the extension of coal metamorphic belts.coal metamorphic gradients,coal chemical structure and the effect on the degree of metamorphism of heat-production and -storge conditions,buried depth of the Indosinian-Yenshanian granites at the margins of the Lianyuan coal basin are discussed.The research results in conjunction of the features of regional hydrothermal alterations,endogenetic deposits with the Ceshui Formation coal measures,and the development of secondary vesicles indicate that the telemagmatic metamorphism is the main factor leading to the metamorphism of the Ceshui Formation coal in the region studied.     

中国煤变质作用

通过煤变质热源及作用方式的研究，总结了中国煤变质作用主要类型，动态地史－热史模拟表明，煤盆地的地热状态以非均－地温场影响深成变质格局，如鄂尔多斯盆地三叠纪的地温高于前后时代，大地热流同盆地了中心增高，四川盆地中心莫霍面较浅，与高变质煤分布基本一致，区域岩浆热变质是形成中国大多数中高煤级煤的主因，模拟分析了湘赣中南部印支－燕山期花岗岩体与煤变质，煤热水变质作用以载热的深循环流体构成派生热绿岩侵入的增     

Preliminary investigation on the metamorphism of Chinese coals

The fact that most Chinese coals are of a relatively high degree of coalification indicates that the metamorphism of Chinese coals has its own characteristics. As contact metamorphism and dynamic metamorphism have influenced the coals only to a restricted extent, they are not the causes of this distinguishing feature. Though geothermal metamorphism of coal occurs universally in China, the maximum subsidence as reflected by the thickness of coal measures and their overlying rock series is so small that the palaeo-temperature to which most Chinese coals were subjected was low and only low-ranking coals were formed. Hence, geothermal metamorphism is also not the principal cause of the higher ranking Chinese coals. Next to temperature, time is an important factor in geothermal metamorphism; the degree of coalification is dependent on the temperature and duration of heating that the coal has undergone.It is inferred that palaeogeothermal anomalies ought to be held responsible for most of the higher ranking Chinese coals. They are principally caused by magmatic intrusions, or by deep-seated faults, or by the uplift of the Moho with the corresponding uplift of the asthenosphere, and these three causes are interrelated. Telemagmatic metamorphism has so widely influenced Chinese coals that it accounts mainly for the majority of higher-rank Chinese coals. Consequently Chinese coals have first and universally been coalified by geothermal alteration to lower rank and then partially promoted by telemagmatic metamorphism to medium and high ranks. Based upon the patterns of magmatic intrusions and associated hydrothermal processes, the telemagmatic metamorphism of Chinese coals can be tentatively divided into the following types: (1) type a, produced mainly by hypabyssal or meso-epimagmatic intrusions; (2) type b, produced mainly by hydrothermalism from blind intrusive bodies; (3) type c, produced mainly by mesoepimagmatic and epimagmatic intrusions; and (4) type d, produced mainly by hydrothermalism and epimagmatic intrusions. Characteristics of coalification zones, wall rocks and coal itself may be used as criteria to differentiate the telemagmatic metamorphism from other kinds of metamorphism. Magmatic activities which caused the telemagmatic metamorphism and its extent are controlled by structural systems, especially by the latitudinal structural systems and other structural systems associated with the former.     

东秦岭北缘煤的变质作用与板块构造的关系

以河南省东秦岭造山带北缘山西组二１煤层的煤岩、煤质、煤有机地球化学和“晶核”结构的综合研究为前提，结合板块构造和地球物理场的研究分析，认为该区二１煤的变质热源主要与长期复杂的板块俯冲、Ａ型碰撞所引起的地壳结构调整而使前陆盆地区岩石圈结构变化，大地热流急增的结果有关。二１煤的变质主要经历了早期（印支期前）的区域深成变质（达肥－气煤）和后期（印支－燕山期）的典型异常热变质作用（达无烟煤－高阶无烟煤）。     

铁法盆地煤变质作用及煤层气生成特征

对铁法盆地的地质背景、煤系上覆地层和埋藏史、岩浆活动、煤体结构、煤阶分布、煤变质特征等进行了综合分析,认为铁法盆地的煤变质以浅成岩浆热变质作用为主;煤层热解气生成的时间、条件和方式受煤变质过程控制;煤变质与煤层气是同一地质环境下一个事物的两个方面。      

X-ray diffraction characteristics of Ceshui Formation coal in Lianyuan coal basin

On the basis of X-ray diffraction analysis of Ceshui Formation coal and its roof mudstone in the Lianyuan coal basin, it is concluded that telemagmatic metamorphism is the main factor leading to the metamorphism of the Ceshui Formation coal in the study region, which has a great impact on the chemical structure of the Ceshui coal series, and the dynamometamorphism is of local and secondary importance.     

构造煤结构演化及其应力-应变环境

基于不同变形类型和程度煤样品的X 射线衍射分析（XRD）,研究了构造煤的结构演化及其应力- 应变环境。结果显示, 弱变形构造煤芳香结构参数面网间距（d 002）随煤化程度增高呈阶跃式减小,阶跃点为最大油浸镜质组反射率等于0.69% 左 右,阶跃点后变化不大;鳞片煤Ⅱ的面网间距最小,揉皱糜棱煤与片状碎裂煤Ⅱ相当,介于弱变形构造煤与鳞片煤Ⅱ之间, 揉皱煤的面网间距稍大于揉皱糜棱煤;堆砌度随煤芳香结构演化与面网间距协调变化。认为应力- 应变作用类型和程度的 差异控制了不同变形类型和程度构造煤的形成,应力- 应变作用不仅改变煤体宏观和微观结构,也影响着煤芳香结构的演 化,且不同类型和程度应力－应变作用的影响程度存在较大差异。形成构造煤的应力- 应变环境可分为脆性碎裂变形环境、 韧性变形环境和剪切变形环境三类。弱和中等脆性碎裂变形作用对煤芳香结构影响不大;韧性和剪切变形作用分别以一定 的温压条件和定向的应力作用为主要特征,前者有利于煤中杂原子团的脱落和新芳环的形成,后者有助于煤中分子结构的 有序化,均可促进煤中芳核的生长。     

贵州省煤炭资源赋存规律

通过系统收集、整理贵州省50余年来的各项煤田地质勘查资料和科研成果,以聚煤规律和构造控煤作用为切入点,对贵州省煤炭资源赋存规律进行研究。结果表明:贵州含煤区主要位于扬子陆块南部被动边缘褶冲带上,赋煤单元划分为4个赋煤带9个煤田,共有5类15种控煤构造样式,控煤构造方向有近南北向、北东向、北西向和近东西向4组;本区主要含煤地层为上二叠统,沉积古地理自西向东由陆相逐渐向海相过渡,其中三角洲平原相聚煤最好,聚煤中心在西部盘县、水城一带,煤层以中灰分、中-高硫煤为主,煤的变质作用类型主要为深成变质作用和区域岩浆热变质作用。研究结果为贵州省煤炭资源潜力评价提供依据,对煤炭资源进一步勘查具有指导意义。