第一章 資源勘查的地質(zhì)基礎(chǔ)

煤及煤層氣資源勘查林曉英河南理工大學(xué)能源科學(xué)與工程學(xué)院Coalandcoalbedmethaneresourcesexploration第一章煤及煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)地層巖性、巖相、沉積環(huán)境地質(zhì)構(gòu)造煤層煤質(zhì)巖漿活動水文地質(zhì)其它開采的技術(shù)條件第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)地層研究，是資源地質(zhì)勘探最基礎(chǔ)的工作。在地層研究工作中要做好地層的劃分、對比和確定時代的工作。地層？？？第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)（1）含煤地層的分布具有時代性和區(qū)域性分布的特點，不同時代、不同區(qū)域含煤程度、含煤性有差異地層第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)成煤時代我國聚煤作用始于震旦紀(jì)，主要成煤期有9個，包括早石炭世、晚石炭世、早二疊世、晚二疊世、晚三疊世、早中侏羅世、早白堊世、始新紀(jì)和漸新世，重要的成煤期4個，主要為石炭紀(jì)、二疊紀(jì)、早中侏羅世、早白堊世。

中國聚煤作用演化圖地層第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)石炭二疊紀(jì)主要分布在華北地區(qū)晚二疊世主要分布在華南盆地早中侏羅世鄂爾多斯盆地和新疆地區(qū)早白堊世分布在東北地區(qū)地層第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)2、確定含煤地層的層序及其與上下接觸關(guān)系，并通過地層對比，可以幫助找煤華北地區(qū)一般在奧陶紀(jì)灰?guī)r的風(fēng)化侵蝕面上沉積有石炭二疊紀(jì)煤系，煤系之上又連續(xù)沉積二疊系山西組、石盒子組、石千峰組地層第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)3、詳細(xì)研究煤系上覆地層的層位和厚度，并進(jìn)行詳細(xì)分層與對比，可以推斷下覆煤層的埋藏深度在焦作礦區(qū)石炭二疊系煤層埋藏深度較大，部分地區(qū)埋設(shè)達(dá)到1000m以上，甚至有些地區(qū)可達(dá)到1500m以上，在鉆孔的過程中有時候只能達(dá)到上覆地層，這樣就可以根據(jù)上覆地層的厚度，推斷下覆煤層的位置。在煤炭資源勘查的過程中，通過編制各聚煤時期的含煤性等值線圖、各類巖性厚度等值線圖，巖比圖及古地理圖，可以闡明煤層聚集最有利或最富集的地段，明確指示出在那些地段可以找到煤，找到多厚的煤層及煤層質(zhì)量如何。第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)巖性、巖相沉積環(huán)境煤層聚集成煤的必要條件古植物——物質(zhì)基礎(chǔ)

古氣候——生長與保存

古地理——埋藏場所古構(gòu)造——控制因素補償關(guān)系：過度補償均衡補償不足補償（或為：欠補償）第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)巖性、巖相沉積環(huán)境第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)巖性、巖相沉積環(huán)境江西某中生代煤系的旋回結(jié)構(gòu)河流相的劃分第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)巖性、巖相沉積環(huán)境第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)巖性、巖相沉積環(huán)境第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)巖性、巖相沉積環(huán)境第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)巖性、巖相沉積環(huán)境阜新盆地沉積環(huán)境第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)巖性、巖相沉積環(huán)境粉河盆地主要形成于湖泊三角洲，古新世期間粉河盆地中部為一個湖泊。TongueRiver段河流三角洲系統(tǒng)自盆地邊緣充填盆地，充填物與Lebo頁巖段指狀交互。在廣闊的三角洲間平原，沉積了厚度大而延伸廣的泥炭（煤）層。這些煤層沿古走向(N-S)延伸達(dá)48km，尖滅于三角洲沉積中心；在古傾向(W)方向上，延伸長達(dá)24km，然后分叉，尖滅于河流三角洲相與Lebo湖泊相泥巖指狀交錯之處。在野外地表或鉆孔中，詳細(xì)研究和確定沉積相的各種標(biāo)志，包括沉積巖的各種結(jié)構(gòu)、構(gòu)造（粒度、層理），動、植物化石類別及保存情況。研究各種巖性成分的垂向?qū)有蚝涂臻g形態(tài)分布。進(jìn)行各種巖性比值統(tǒng)計，編制巖比圖或各種統(tǒng)計圖表。進(jìn)行室內(nèi)巖礦鑒定，確定礦物成分，膠結(jié)物類型及鑒定各項地球化學(xué)標(biāo)志等。根據(jù)不同沉積環(huán)境的各種綜合標(biāo)志，建立相應(yīng)的沉積模式。研究含煤巖系巖性、巖相的垂向變化，劃分沉積旋回進(jìn)行區(qū)域的旋回對比分析。綜合以上研究成果，確定并建立巖性、巖相和沉積環(huán)境與含煤性之間的關(guān)系。編制古地理圖巖性、巖相沉積環(huán)境第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)巖性、巖相、沉積環(huán)境研究工作流程構(gòu)造是控制含煤建造分布、發(fā)育的重要因素，后期的構(gòu)造形變會給煤炭資源勘探和開采產(chǎn)生很大的影響。地質(zhì)構(gòu)造第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)京西煤田九龍山向斜剖面地質(zhì)構(gòu)造第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)沁水盆地向斜構(gòu)造與煤層地質(zhì)構(gòu)造第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)利民煤礦3號煤層在構(gòu)造應(yīng)力下的變形情況

地質(zhì)構(gòu)造第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)利民煤礦2631機巷揭露的3號煤層地質(zhì)剖面圖

地質(zhì)構(gòu)造第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)冷水江礦區(qū)大躍進(jìn)井田43勘探線早期、后期構(gòu)造解釋對比地質(zhì)構(gòu)造第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)甘肅靖遠(yuǎn)王家山礦區(qū)不同時間勘探線剖面普查階段，要研究煤盆地分布與地質(zhì)構(gòu)造的關(guān)系，闡明沉積前后、沉積期的構(gòu)造對煤盆地的分布及對煤盆地中含煤建造發(fā)育的影響，指出有利于煤層賦存與發(fā)育的構(gòu)造部位。勘探期間，注意盆地內(nèi)構(gòu)造形態(tài)，與煤層對比相結(jié)合，定量確定各煤層在平面和剖面上的位置。構(gòu)造的研究，既要重視構(gòu)造形跡的研究，也要重視各種構(gòu)造形跡形成物質(zhì)的研究，構(gòu)造發(fā)育史的研究。物探資料、鉆井資料、煤層對比相結(jié)合，構(gòu)造復(fù)雜區(qū)域加大勘探密度、提高鉆探質(zhì)量，長期保持巖芯。地質(zhì)構(gòu)造第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)在地質(zhì)構(gòu)造研究中要做到以下幾點煤層是勘探與開發(fā)的直接對象，煤層厚度、結(jié)構(gòu)及其變化規(guī)律，是資源勘查中經(jīng)常研究的問題。煤層第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)宜良-馬街新近紀(jì)褐煤煤田南部11勘探線剖面煤層第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)煤層分叉煤層第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)粉河盆地煤層厚度、形態(tài)變化煤層第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)獅子山煤礦一段煤層變化煤層第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)江西徐一井煤層厚度變化剖面受后期構(gòu)造擠壓變形，煤層形態(tài)極不規(guī)則，在局部地區(qū)形成厚煤包德國下萊茵第三紀(jì)煤盆地中的同沉積斷層（據(jù)M.Teichmuller,1968）煤層第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)煤層的結(jié)構(gòu)、形態(tài)煤層的形成條件厚煤層的成因煤層分岔的原因煤層中巖漿的侵入及其對煤層的影響煤層第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)在煤層研究中要注重以下幾方面的研究煤質(zhì)和煤炭利用方向密切相關(guān)。一方面煤的質(zhì)量決定其今后的利用方向，另一方面用途不同的煤進(jìn)行分析研究的項目和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)不同煤質(zhì)第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)主要研究包括以下幾方面的內(nèi)容：煤巖研究煤的化學(xué)組成和工藝性能研究煤的變質(zhì)及其變化規(guī)律研究煤田內(nèi)巖漿活動，侵入、吞蝕煤層，與煤層接觸引起煤變質(zhì)變化。巖漿活動第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)阜新盆地劉家-王營地區(qū)巖漿巖侵入巖漿活動第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)巖漿活動第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)在資源勘查過程中不僅要研究礦井開采時礦坑水的來源、水質(zhì)和水量，為采取相應(yīng)的防、排水措施提供對策；還要研究礦井開采時的工業(yè)用水和生活用水來源。水文地質(zhì)第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)主要礦井涌水來源：基巖裂隙孔隙水巖溶水老窯水沖積層和地表水老窯水查明老窯水的分布范圍和寬度巖溶水查明巖溶分布和發(fā)育規(guī)律，對遇到巖溶裂隙漏水或涌水的鉆孔進(jìn)行抽水、注水實驗基巖裂隙水進(jìn)行巖礦鑒定的基礎(chǔ)上，分清隔水層和含水層及其之間的水力聯(lián)系，在裂隙發(fā)育地區(qū)和導(dǎo)水?dāng)鄬痈浇恢獙ｉT水溫鉆孔，進(jìn)行抽水實驗沖積層和地表水查明其與基巖水之間的水力聯(lián)系，判斷采動引起地表塌陷后將出現(xiàn)新的導(dǎo)水通道的位置。水文地質(zhì)第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)巖溶作用對煤層影響第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)水文地質(zhì)煤的自燃性能決定于煤的變質(zhì)程度和風(fēng)化程度、煤巖組分和礦物雜質(zhì)，煤的物理性質(zhì)及地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜程度。其它開采技術(shù)條件第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)煤的自燃地溫礦井溫度影響開采，地溫影響著煤質(zhì)特征等。地溫與區(qū)域地質(zhì)構(gòu)造、巖漿活動、構(gòu)造斷裂、地下熱水、地形等方面的影響。地溫勘探中要確定地溫異常帶的范圍其它開采技術(shù)條件第一節(jié)煤炭資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)瓦斯——煤層氣第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)煤層含氣量賦存條件水動力條件儲層壓力（臨界解吸壓力、臨儲比）滲透率

煤層可改造性地應(yīng)力

含氣飽和度資源條件開發(fā)條件第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)煤層是煤層氣生成的物質(zhì)基礎(chǔ)，是煤層氣得以保存的空間沁水盆地南部煤層厚度等值線圖資源條件第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)沁水盆地南部煤層氣含氣量等值線圖煤層與含氣量的空間展布決定了煤層氣資源的分布資源條件粉河盆地煤層厚度等值線圖第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)粉河盆地煤層氣含氣量煤層含氣量普遍較低，一般為0.78-1.60m3/t，最高不超過4.00m3/t資源條件資源豐度不是簡單的煤層內(nèi)資源量與面積比值的概念。其是單位面積的含氣量,是煤層含氣量和煤層厚度的綜合反映。

阜新盆地資源豐度分布第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)資源條件1.煤的物質(zhì)組成：從生氣的角度，殼質(zhì)組的生氣能力＞鏡質(zhì)組＞惰質(zhì)組；但從吸附角度，鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組的吸附能力高于殼質(zhì)組。2.變質(zhì)程度：同等條件下，隨變質(zhì)程度的增高，煤層氣的生成量和儲存量（含氣量）增高，但在超無煙煤階段，煤的含氣量最低。3、巖漿活動：巖漿活動對煤層氣的影響主要表現(xiàn)在兩個方面：其一是區(qū)域巖漿熱和接觸變質(zhì)使煤的變質(zhì)程度增高，含氣量增高；其二，使煤層氣的成分改變，形成一些特殊氣體，如CO2、N2、H2等。第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)煤層氣的賦存受多種因素控制資源條件4.頂?shù)装鍘r性:煤層氣在其形成過程中或形成以后必須被封存在煤層中才可能形成氣藏。這種封存主要取決于蓋層的排替壓力。要使之封存在煤層中，頂板巖石的排替壓力必須高于煤層氣的散失動力。煤層頂板的封存能力是相對的。在儲層壓力較高時，頂板巖石即使有較高的排替壓力，可能也阻止不了煤層氣的散失；儲層壓力較低時，頂板巖石即使排替壓力較低，也可能阻止煤層氣的擴散。第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)資源條件5.構(gòu)造發(fā)育情況：向斜軸部煤層氣相對富集，斷層對煤層氣的保存具有雙重作用，開放性斷層不利于煤層氣保存，封閉性斷層對煤層氣的賦存有利。褶皺對煤層氣含量的控制作用

第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)資源條件6、埋深與上覆有效地層厚度：一般來說，含氣量與上覆有效地層厚度之間呈正相關(guān)關(guān)系。焦作礦區(qū)二1煤層氣含量與上覆有效地層厚度關(guān)系圖

第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)資源條件7.煤體變形：煤體變形增加了煤的孔隙比表面積和吸附能力，從而對含氣量的增高有利。8.水文地質(zhì)條件：地下水的補給、運移、滯留和排瀉是煤層氣運移或散失的動力。地下水滯留區(qū)是地下水運移的目的地，也是煤層氣運移的最終場所。第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)資源條件水動力條件第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)資源開發(fā)條件除影響煤層氣的保存外，水動力條件影響煤層氣的開發(fā)儲層壓力（臨界解吸壓力、臨儲壓力比）第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)資源開發(fā)條件煤層氣的排采是降壓-解吸-擴散-滲流的過程，儲層壓力一方面影響著煤層氣的保存，另一方面影響著煤層氣的排采

煤的滲透率是衡量多孔介質(zhì)允許流體通過能力的一項指標(biāo)，它是影響煤層氣產(chǎn)量高低的關(guān)鍵參數(shù)，又是煤層中最難測定的一項參數(shù)。煤儲層滲透率可以分為5級：1級：k>10×10-3μm2，滲透性極好的儲集層；2級：10×10-3>k>5×10-3μm2，滲透性好的儲集層；3級：5×10-3>k>1×10-3μm2，滲透性中等的儲集層；4級：1×10-3>k>0.1×10-3μm2,滲透性差的儲集層；5級：k<0.1×10-3μm2，非滲透性的儲集層。第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)開發(fā)條件滲透率一般來說，煤的滲透率小于1×10-3μm2煤層可改造性可改造煤不可改造煤美國圣胡安盆地煤層氣富集帶分布圖面積約900平方千米資源豐度1.6-3.3億立方米/平方千米單井日產(chǎn)量達(dá)2.8-16.8萬立方米富集帶煤層氣產(chǎn)量占全美產(chǎn)量的50%國內(nèi)外煤層氣富集區(qū)煤巖變質(zhì)變形類型和特點高產(chǎn)富集帶第二節(jié)煤層氣資源勘查地質(zhì)基礎(chǔ)開發(fā)條件澳大利亞Bowen盆地盆地來自