煤岩气成藏机理与煤系全油气系统

煤系是含油气盆地重要的烃源岩和储集岩,国内外许多大型天然气田、煤层气田就由煤系烃源岩供气或在煤岩内储集成藏。受页岩油气探索实践的启发,按照“将煤岩作为储层整体勘探”的思路,在保存条件较好的深部煤岩内实现了煤岩气勘探开发突破,开辟了煤岩储层内非常规天然气发展的新领域。基于勘探开发实践资料,开展了煤岩气成藏机理的系统研究,揭示了“三场”控制成藏机理,明确了煤岩气与煤层气成藏作用的主要差异。分析了鄂尔多斯盆地东缘石炭纪—二叠纪海陆过渡相煤系全油气系统和准噶尔盆地侏罗纪陆相煤系全油气系统的特征,指出了进一步构建煤系全油气系统理论的重点研究方向。研究表明:煤岩与泥页岩相比存在强生烃、强吸附能力、双重介质,具备部分或较弱的油气自封闭作用等特征;煤岩气与页岩气、致密气等非常规天然气相比具有更复杂成藏作用等特殊性,成藏需要一定的煤岩组合形成封闭和岩性、构造圈闭,又具有常规裂缝气藏的特征。与以碎屑岩层系为典型建立的全油气系统基本理论和模式相比,煤系在煤岩储层和源储耦合上,具有明显的特点和差异。煤系全油气系统以煤系中煤岩(及暗色泥页岩)为烃源岩和储层,以及与其相邻的致密层为储层或盖层或输导层构成多种类型的煤系油气成藏组合,在源储耦合作用下,在保存条件较好的煤岩储层形成煤岩气,在致密层形成致密油气或在远源形成常规油气,在受后期地质作用破坏的煤岩储层形成煤层气,是一种新类型全油气系统。

中国煤系矿产近现代地质研究进展与走向

【背景】煤系矿产是我国矿产资源供给安全的重要保障,回顾中国煤系矿产地质研究进展与走向,极具历史意义,也有现实价值,还可能为未来研究提供启迪。【进展】考证史实,梳理脉络,将研究进展凝练为4个方面。一是煤系矿产地质学理论体系日趋完善,中国煤田地质经典理论体系形成于20世纪后半叶,进入21世纪以来逐渐形成了以煤、煤系气和煤系关键金属为主的煤系矿产地质学理论体系。二是煤起源和成因研究成果推动了国际煤地质学发展,提出新的煤变质作用学说,发现世界上最年轻软褐煤,揭示晚期煤化作用跃变,建立了普通有机岩石学分支学科,全面揭示了煤的形成演化机理。三是煤系矿产聚集分布成矿理论独具特色,建立了多种沉积控煤模式和构造控煤模式,揭示了海域聚煤作用基本格局,发现多种类型煤系关键金属矿床,提出控煤大地构造和煤系关键金属成矿区带划分方案,形成了煤层气地质理论体系。四是特殊用煤资源地质调查与评价成果显著,建立了特殊煤种、优质环保型、洁净煤炭资源地质预测评价方法体系,以及富油煤和煤炭地下气化资源潜力评价方法体系,初步摸查了相关用途煤炭资源家底。【展望】分析认为,国家重大需求决定煤系矿产地质研究走向,建议未来地质研究聚焦在煤炭资源精准勘查开发、煤系气勘查和有序开发、关键金属矿产勘查开发以及煤炭原位流态化开采地质保障4个方向。同时,也应关注煤系氦气富集机理探索和资源预测方法研究。

智能相控波形指示反演技术及其在煤系地层薄砂岩预测中的应用

针对煤系地层薄砂岩预测的难题,在精细分析地震波形与测井曲线关系的基础上,建立了基于地震波形横向相似性分析的智能相控波形指示反演技术。首先,按照相似性原理建立了不同的地震波形样本组,建立表征不同地震相类型的多个贝叶斯反演模型。其次,对每个样本组的测井曲线进行滤波,提取低频共性结构作为贝叶斯反演的先验信息,建立地震反演高分辨率初始模型。最后,通过不断修正初始模型,并利用实际地震数据进行验证,获得高分辨率的反演结果。正演模型验证结果显示,智能相控波形指示反演技术能够准确预测厚度为3 m的煤系地层薄砂岩,证明了该反演方法的合理性和反演结果的准确性。鄂尔多斯盆地D地区煤系地层薄砂岩反演实例表明,智能相控波形指示反演技术对煤系地层薄砂岩预测精度达到了2~4 m,后验井反演符合率达到86.96%,为煤系地层薄砂岩预测提供了一种全新的思路。

吐哈盆地台北凹陷水西沟群煤系烃源岩沉积有机相研究

吐哈盆地台北凹陷蕴含丰富的油气资源,侏罗系水西沟群煤系烃源岩作为区内主力烃源岩发育层位,生烃潜力巨大。然而对于水西沟群煤系烃源岩有机相类型及其与沉积环境的对应关系尚无明确定论,制约了整个凹陷乃至盆地范围油气资源勘探部署。为实现吐哈盆地水西沟群煤系烃源岩的精细划分与评价,基于显微组分、总有机碳(TOC)含量、生烃潜量(S_(1)+S_(2))等地球化学测试结果,建立了研究区煤系烃源岩沉积有机相划分标准,明确了有机相类型、生烃潜力及其与沉积相的对应关系。研究表明,台北凹陷水西沟群煤系烃源岩沉积有机相类型分为五类,即湖相强覆水高镜质组有机相、湖相覆水中高镜质组有机相、三角洲平原覆水中高镜质组有机相、三角洲平原弱覆水中镜质组有机相和三角洲前缘弱覆水低镜质组有机相。湖相强覆水高镜质组有机质丰度高且生烃潜力最强,TOC含量为5.05%~18.31%,S_(1)+S_(2)为6.35~20.93 mg/g,镜质组含量大于80%;其次为湖相覆水中高镜质组有机相和三角洲平原覆水中高镜质组有机相,二者TOC含量分别为3.83%~17.68%和2.30%~7.41%,S_(1)+S_(2)平均分别为6.35 mg/g和4.48 mg/g,镜质组含量均介于50%~80%;三角洲前缘弱覆水低镜质组有机相的生烃潜力最差,TOC含量平均仅为1.3%,S_(1)+S_(2)平均为4.1 mg/g。研究成果为预测台北凹陷水西沟群煤系优质烃源岩分布并准确评价其油气资源潜力提供了重要依据。

煤系矿产资源及其发展趋势

煤系中广泛存在与煤炭成因具有紧密联系的多种矿产,按照其特性和用途可分为煤系能源矿产、煤系金属矿产、煤系非金属矿产,其中一些矿产的经济价值甚至远远超过煤炭资源本身。但由于种种因素制约,长期以来忽视了对煤系矿产的综合评价和勘查,造成了资源的巨大浪费。通过对煤系矿产资源概念的厘定、煤系矿产赋存特征及资源分布特征的分析,提出了煤系矿产资源研究及勘查开发方向,为我国煤系矿产资源的综合勘查开发提供基础理论指导。

辽河坳陷东部凹陷煤系成因生物气特征及勘探突破

辽河坳陷东部凹陷是我国最早发现生物气的地区之一,勘探早期由于中深层勘探效果较好,对浅层生物气一直未重视,缺乏对浅层生物气源岩和分布规律的正确认识。在对已钻井发现浅层气(藏)地球化学特征开展系统分析基础上,以碳同位素值等为重要指标,将东部凹陷浅层气划分为原生生物气、生物—过渡带气、改造型生物气和混合气4种类型;进一步探讨了浅层气成因,认为研究区内浅层生物气主要为煤系地层成因;深化研究形成了浅层生物气分布明显受煤系地层、碎屑岩优质储层、沙河街组沙三上亚段和沙一段两套区域性封盖层等因素控制,构造晚定型、油气晚期充注成藏有利于形成浅层气的规模富集等地质认识。以此为指导,发现了高产工业气流井与规模储量,开辟了辽河坳陷煤系成因生物气勘探新局面。

煤系中关键金属元素的成矿作用研究进展与展望

煤系中关键金属元素的赋存状态、分布规律、成矿机制以及有效提取和综合利用的研究是近10年来煤地质学等相关领域的研究前沿和热点问题,国内外学者在煤系中关键金属矿床的发现,关键金属元素赋存状态,成矿物质来源、迁移、富集和保存,开发利用潜力评价,精细勘查技术研发,关键元素的分离提取等方面取得了重要研究进展,为煤系关键金属矿产资源的开发利用奠定了坚实的理论和技术基础,同时在揭示与煤系关键金属相关重大地球科学问题方面取得了长足进展。本文结合国内外近些年来的进展,对煤系中关键金属元素(主要是锗、镓、锂、铌、锆等)的成矿作用进行了总结和凝练,指出了存在的问题及其解决方案和思路。

煤系水平井定向射孔压裂裂缝扩展机制

复杂含煤地层顶板水平井射孔压裂是增加煤层透气性、提升瓦斯抽采效率的关键,而地层结构和射孔位置影响裂缝扩展形态。考虑地层结构特征及射孔位置,建立压裂工程地质模型;基于有限元方法构建数值模型,研究射孔位置、地层条件、垂向应力与水平应力差对裂缝扩展的影响,并进行工程验证,提出施工建议。结果表明:射孔孔眼位置存在全部位于煤层中、全部位于顶板岩层中和部分位于顶板部分位于煤层3种情况。孔眼位于煤层中,裂缝受到界面的“阻隔”作用,对煤层改造有利;孔眼位于顶板,当顶板层理发育,垂向应力与最小水平主应力差大于2MPa时裂缝能够穿越层理和界面进入煤层,而顶板完整时,应力差大于-2MPa裂缝即可在孔眼诱导作用下进入煤层,顶板层理和界面对裂缝垂向扩展具有“阻挡”作用,结构完整地层有利于裂缝的垂向穿层扩展;孔眼部分进入煤层,对裂缝起裂、扩展产生明显诱导作用,形成沿界面的水平缝和进入煤层的垂直缝,无论顶板是否完整,都能形成有效改造裂缝。当射孔孔眼距煤层较远、孔眼与煤层间弱面发育、水平应力大于垂向应力或压裂施工规模不足时,建议采用深穿透射孔、分支孔等能够沟通煤层的工程措施,以保证压裂效果。研究结果在陕西韩城某煤矿的井下分段压裂施工中进行了应用,试验孔瓦斯抽采效果良好,可为类似地质、工程条件下的压裂施工提供借鉴。

煤与煤系战略性金属矿产协同勘查理论与技术体系框架探讨

煤与煤系战略性金属矿产协同勘查模型的建立,是实现煤系战略性金属元素向金属矿产转变的前提条件,煤与煤系战略性金属矿产协同勘查基础理论与关键技术研究,则是建立协同勘查模型的核心任务。从煤系战略性金属元素的基本特点分析入手,论证了实施煤与煤系战略性金属矿产协同勘查的必要性;通过对协同勘查概念演变历史的梳理,阐明了煤炭综合勘查与协同勘查的关系,认为协同勘查是综合勘查的继承和发展,强调2种或多种矿产综合勘查过程中的协调有序和科学组织,其核心是协同组织勘查工程、协同实施关键技术。在论述煤与煤系战略性金属矿产协同勘查原则的基础上,初步提出煤与煤系战略性金属矿产协同勘查理论与技术方法体系框架,作为建立煤与煤系战略性金属矿产协同勘查模型的基础。煤与煤系战略性金属矿产协同勘查应以煤系战略性金属元素富集成矿机制、组合类型与赋存规律研究为前提条件,以煤地质学、矿床学、地球化学、地球物理学、勘查工程学等多学科理论为基础,以精准钻探、精细物探和精细化探等关键技术构成的协同勘查技术体系为支撑,以固体矿产勘查规范等标准为工作依据,遵循固体矿产资源勘查和综合勘查及单矿种勘查的一般性原则,以及研究先行、技术有效、精细勘查、动态调整、分区施策、协调同步等原则,协同组织勘查工程、协同实施关键技术,实现煤与煤系战略性金属矿产协同勘查的最佳技术效益和最佳经济效益的平衡,在完成煤炭地质勘查任务的基础上,查明共伴生战略性金属矿产的地质特征和开发地质条件,获得相应的资源量或元素分布特征,为煤系矿产资源综合开发利用提供地质依据。煤与煤系战略性金属矿产协同勘查值得关注并深入研究的核心问题包括:协同勘查对象的确定,勘查技术的选择和协同实施,勘查工程的协同部署,资源量的科学估算。

基于自然伽马测井的煤系关键金属精细勘探技术

滇东—黔西上二叠统煤系底部赋存着累积厚度达数米、以自然伽马测井正异常为特征的Nb-Zr-REY-Ga型关键金属矿层,是我国最有开发潜力的煤系关键金属资源之一。当前对该矿层的研究主要聚焦于关键金属物质来源、赋存状态和成矿模式等方面,而利用自然伽马测井数据对该矿层进行定量识别和浓度计算等工作还未开展过,尽管这项工作对将来这些矿层关键金属的勘探和开发具有重要意义。论文以Zr和Ga两种元素为例,利用收集和实测的关键金属浓度及其对应的自然伽马值等数据,进行了基于自然伽马测井的关键金属矿层精细勘探技术研究。结果表明:研究区Zr和Ga元素浓度的预测模型分别为y=133.42x^(2)+262.23x+224.43和y=31.587e^(0.2273x),指示两者最低开发利用浓度(2000μg/g和50μg/g)对应的自然伽马值分别为2.8 pA/kg和2.0 pA/kg。发现Haar小波3层分解获得的预测矿层位置与地球化学实测的矿层位置吻合度最高。预测模型验证结果表明,Zr和Ga元素浓度预测平均相对误差分别为14.21%和10.97%,矿层厚度预测平均相对误差分别为4.16%和4.82%,说明论文建立的关键金属精细勘探技术可以精确识别研究区关键金属矿层浓度和厚度,对滇东—黔西地区Nb-Zr-REY-Ga型关键金属矿层的精细勘探具有较好的应用价值。

准南地区水溪沟矿区下侏罗统煤系气赋存规律

准噶尔盆地南部水溪沟矿区下侏罗统八道湾组发育褐煤及长焰煤,蕴含丰富的煤系气资源。本文对水溪沟矿区煤储层特征及其主控地质因素进行了研究,主要取得以下认识和进展:①煤系主要为辫状河及三角洲沉积环境,主要可采煤层厚度变化呈现西北向东南由薄变厚再变薄的趋势,煤层厚度及埋深与含气量、甲烷浓度呈正相关性;②本区煤层渗透率变化较大,煤层非均质特点比较强,临界解吸压力、临储比较高,见气时间短,显示具有较好的产气潜力;③煤系储层的主控因素,体现在构造、埋深、沉积与水文地质作用等方面。

华北地区煤系地层油气资源研究现状及启示

石炭系—二叠系是华北地区重要的含煤层系,发育煤层气、煤系页岩气、煤系致密砂岩气、煤成油等多种油气资源,大量的研究和勘探结果表明煤系地层具有良好的勘探前景。与鄂尔多斯盆地相比,济阳-临清地区石炭系—二叠系煤系地层勘探和研究程度相对较低,在系统总结华北地区煤系地层油气资源类型与富集条件研究现状的基础上,对比分析济阳-临清地区与鄂尔多斯盆地煤系地层的成藏条件,提出济阳-临清地区煤系地层勘探方向。研究结果表明:华北地区煤系地层主要为太原组和山西组,形成于陆表海-三角洲沉积环境中,旋回性强且发育共生的煤层气藏、煤系页岩气藏和煤系致密砂岩气藏。高有机碳含量的煤岩、碳质泥岩、暗色泥岩是形成煤系地层油气资源的物质基础,富氢煤系烃源岩发育区具有一定的煤成油藏勘探潜力,保存条件是煤层气、煤系页岩气富集的关键要素,沉积与成岩作用导致的高孔渗带是煤系致密砂岩气的甜点区。济阳-临清地区具有良好的煤系气和一定的煤成油勘探前景,将一套岩性组合作为勘探对象开展系统评价是提升煤系地层勘探效益的重要技术途径,惠民凹陷与东营凹陷南坡、车镇凹陷西部和孤北潜山太原组是有利的勘探目标。

河南平顶山矿区含煤地层沉积环境及其对煤系气成藏的控制

近几年来,河南省平顶山矿区煤系气勘探开发取得了新突破,采动井、采空井和预抽井的单井日抽采量分别达到40500 m^(3)、20000 m^(3)和4500 m^(3)。为了查明煤系气生成与赋存的沉积背景,本次工作采用地层学与沉积学的研究方法,开展了精细的地层、沉积特征和沉积序列以及气测录井资料分析,从而揭示出本区主要含煤地层山西组和下石盒子组中煤系气(煤层气、页岩气和致密砂岩气)生成与赋存的沉积环境,也就是潮坪上的泥炭沼泽(泥炭坪)、三角洲分流间湾沼泽和分流河道沉积环境控制了煤系气的成藏。基于地层沉积特征在垂向上的变化规律,划分出9种不同沉积环境的沉积序列类型,并在综合分析的基础上,提出了平顶山矿区山西组—下石盒子组煤系气赋存的沉积环境模式。研究还表明,区内煤系气含量变化及区域分布特征不仅与滨岸潮坪沼泽、三角洲分流河道砂体和分流间湾沼泽的时空变化密切相关,而且还与储集层厚度变化相关。该成果可为今后平顶山地区煤系气勘探开发井的设计、部署与施工提供科学依据。同时,对华北地区相同含煤地层的煤系气开发也具有重要借鉴意义。

川东南二叠系龙潭组煤系储层压裂模拟与成缝特征

四川盆地东南部綦江地区二叠系龙潭组煤系储层正处于勘探初期,复杂岩性下的压裂品质及页岩、石灰岩和煤岩互层条件下水力压裂成缝特征尚不清晰,相关认识有待深化。针对上述问题,通过室内实验、压裂物理模拟及数值模拟手段研究了龙潭组煤系储层的压裂品质及水力压裂成缝特征。研究认为:不同区域龙潭组储层在纵向岩性、矿物组分、岩石力学参数及地应力参数方面的差异明显,整体上脆性矿物含量低、脆性差,不同岩性之间水平应力差达到2~6MPa,裂缝穿层难度大。物理模拟实验结果表明,由于岩性界面及应力差异系数的影响,龙潭组同时存在T形缝、钝化缝及穿层缝3种裂缝形态,但裂缝形态主要受岩性界面强度影响;数值模拟成缝特征显示,压裂排量、黏度及起裂位置对裂缝扩展形态影响明显,优选页岩及泥岩夹石灰岩、页岩层段进行压裂,同时确保排量在12m^(3)/min及以上、压裂液黏度在25mPa·s左右,有利于促进裂缝穿层扩体。

黔西晚二叠世煤系基底凝灰岩中稀土元素的富集机制

我国西南地区晚二叠世含煤岩系基底蚀变凝灰岩中高度富集稀土元素等多种关键金属。低温热液作用通常对煤和煤系中稀土元素的富集成矿有重要贡献,黔西地区位于世界著名的大范围低温热液作用区内,是研究低温热液作用下煤系稀土元素富集机理的良好对象。蚀变凝灰岩的地球化学和矿物学组成可以提供凝灰岩蚀变过程中流体演化、热演化和成矿过程等信息,但以前的研究对凝灰岩中蚀变矿物组成以及矿物的共伴生关系还缺乏深入探讨,限制了对关键金属富集过程的认识。研究结果表明:凝灰岩具有与高钛玄武岩一致的地球化学组成;火山玻璃以及由长石、辉石等交代蚀变形成的次生矿物,可能形成于表生风化或早期成岩阶段。稀土元素主要赋存在后期热液成因的脉状独居石中。本文提出了西南地区晚二叠世煤系基底凝灰岩中稀土元素富集的模式:降落后火山灰经历了表生风化作用,地表水和周期性海水的作用导致凝灰岩层顶部样品中的稀土元素发生淋滤而向下迁移,后期出渗型热液流体与凝灰岩发生的水岩作用,导致下部凝灰岩中的稀土元素被析出并随热液流体迁移到凝灰岩层上部而富集。

准噶尔盆地南缘侏罗系八道湾组富藻类体煤系源岩的发现及其沉积背景

通过沉积有机质中生物标志化合物组合分析,并结合荧光显微组分镜检结果,本研究首次在准噶尔盆地南缘建功剖面下侏罗统八道湾组上段识别出一套富藻类有机质输入的煤系沉积。该套煤系源岩主体处于低成熟–成熟早期演化阶段,镜质组反射率为0.5%~0.6%;有机碳(TOC)含量主要介于2.0%~4.0%之间,局部发育碳质泥岩和煤线;生烃潜量(S_(1)+S_(2))值普遍为3.0~5.0 mg/g,碳质泥岩段最高达18.4 mg/g;氢指数(HI)主要为100~150 mg/g,碳质泥岩段达280 mg/g,属于Ⅱ2型有机质。沉积有机质中生物标志化合物组合表现为姥鲛烷优势,中、短链正构烷烃含量较高,C_(27)~C_(29)规则甾烷呈“V”型分布,Ts、C_(29)Ts、C_(30)H藿烷含量较高,C同位素组成较轻。全岩荧光显微镜镜检结果表明,源岩中壳质组主要为孢子体和藻类(屑)体。结合沉积背景综合判断,该套富藻类体煤系沉积形成于水体较深的湖泊沼泽化早期阶段,浮游藻类等低等水生生物对沉积有机质存在显著贡献,有望成为区域潜在的优质烃源岩。

地面井分层卸压的煤系气合采原理及方式探讨

为了进一步认识制约煤系气合采的因素,提高煤系合层排采各产层的产气贡献,分别从动力、通道和气源条件出发,分析了煤系气合采的必备因素。基于改变地应力状态提高储层导流能力以及分层改变储层流体压力,满足多层合采动力条件的原理,提出了地面井分层卸压的煤系气合采方式。该方式通过在地面进行定向钻井,在目标储层中进行高压水射流作业,人工创造卸压空间(缝、槽、穴等),改变地应力状态,降低有效应力伤害,增加储层导流通道的数量和开度,提高目标储层压降传递速率。待储层压力降至符合煤系气合采动力条件时进行合层排采,从而提高煤系合采各产气层的产气贡献。相较于常规增产改造措施,此方式能够减少煤系气储层在有效应力作用下的储层伤害,且有助于提高储层压降传递效率,增强煤系气的解吸和扩散,降低多层煤系气合采过程中的层间干扰。在以上研究基础上,认为地面井分层卸压的合采方式主要适用于储层地应力大、产层间距小的煤系气储层,且有望在薄互层煤系气储层增产改造及层间干扰严重的叠合共生煤系储层开发领域进行应用推广。

鄂尔多斯盆地东缘山西组煤系页岩孔隙结构特征及其演化规律研究

目的为了解煤系页岩中孔隙结构特征及其演化规律,方法采用X射线衍射、岩石热解、扫描电镜、低压CO_(2)/N_(2)吸附和高压压汞等实验,对鄂尔多斯盆地东缘山西组煤系页岩不同岩相孔隙结构进行表征,分析成岩作用对各岩相孔隙演化的影响。结果结果表明,山西组主要发育富硅泥质页岩岩相(A-1)、泥质/硅质混合页岩岩相(M-2)和富黏土硅质页岩岩相(S-3);介孔是储层孔容的主要来源,贡献度达65%以上,微孔是储层比表面积的主要来源,贡献度达62%以上;S-3页岩总孔容和总比表面积均较大,均值分别为0.0362 cm^(3)/g,35.15 cm^(2)/g,A-1页岩总孔容和总比表面积均较小,均值分别为0.0266 cm^(3)/g,21.39 cm^(2)/g;有机质通过控制微孔发育对页岩比表面积起控制作用,另外,黏土矿物对页岩比表面积有一定促进作用,黄铁矿对M-2页岩和S-3页岩孔隙结构均有一定促进作用;A-1页岩孔隙演化受压实作用、黏土矿物转化作用最为明显,S-3页岩孔隙受胶结作用、有机质生烃作用和溶蚀作用影响均较显著,M-2页岩孔隙兼具A-1和S-3页岩的成岩演化特点。结论研究结果可为鄂尔多斯盆地煤系页岩孔隙结构研究提供借鉴与参考。

澳大利亚苏拉特盆地中—上侏罗统Walloon煤系旋回地层的天文周期驱动

澳大利亚苏拉特盆地Walloon煤系煤层气资源量巨大,但煤层气井产能非均质性空间差异显著。Walloon煤系煤层多、薄,岩性横向变化快的特征制约了煤储层横向差异的进一步研究,因此对苏拉特盆地Walloon煤系进行精细地层格架刻画,是了解煤储层的时空差异的基础。以地层完整、沉积连续的S-4井为基干钻井,采用时间序列分析法对其自然伽马(GR)测井数据进行旋回地层分析和天文检验。频谱分析结果表明,苏拉特盆地Walloon煤系记录了15个405 kyr周期控制下的沉积旋回,天文轨道周期对其沉积过程有明显影响,由长偏心率、短偏心率、斜率、岁差控制的的地层旋回厚度分别为23.9 m、6.3~9.3 m、2.4~2.7 m、1.2~1.4 m。经过相关系数法天文检验,Walloon煤系受天文周期驱动的可能性大于99%。以S-4井煤系凝灰岩锆石CA-TIMS U-Pb年龄162.54±0.05 Ma为约束,利用稳定的405 kyr周期进行天文调谐,建立了Walloon煤系的天文年代标尺,厘定该套地层沉积时限为5.7~6.1 Myr,主要沉积于中侏罗世卡洛夫期—晚侏罗世牛津期。基于时间序列分析与识别旋回界面划分出的层序结果具一致性,结合识别出的405 kyr控制下的沉积旋回,将Walloon煤系划分为5个三级层序15个四级层序,建立了研究区高频层序地层格架,为苏拉特盆地Walloon煤系地层的高精度等时对比提供参考。

煤系石墨微晶结构各向异性和非均质性的拉曼光谱表征

煤对温度和压力等地质环境条件十分敏感,在构造应力驱动下煤中“石墨微晶”结构取向生长,物理化学和结构呈现各向异性。采用X射线衍射和拉曼光谱对不同石墨化程度样品进行表征,结果表明:在高温主导,剪应力作用参与下,煤层顺层滑动,构造变形使石墨微晶旋转、择优取向,随着沿C轴方向堆砌高度的增加。以堆砌度Lc≤5 nm划分为无烟煤阶段,为碳层随机定向或无规则排列的紊层结构,光学各向同性;以Lc≥30 nm时视为较完善石墨结构形成的标志,光学各向异性显著;在10~20 nm间属于石墨化结构不够完善的过渡态结构(半石墨阶段)。石墨阶段样品SXL100、SXL130层理面、边缘面和粉末的拉曼光谱中1350 cm^(-1)带(D_(1))、1620 cm^(-1)带(D_(2))都较明显,但是石墨边缘面拉曼光谱中D1峰半高宽、D_(1)与G峰强度比(I_(D1)/IG,R_(1))、D_(2)峰与G峰强度比(I_(D2)/IG,R_(3))显著高于层理面,显示强度比等拉曼参数依赖于煤系石墨边缘面的取向。D1峰强度依赖样品缺陷或无序程度,边缘面D_(2)峰具有非对称特征,双峰结构显著,并且D′1峰随D_(2)峰变化,亦显示边缘面缺陷的光谱行为。用煤系石墨缺陷密度或有序度表征指标R_(1)划分无烟煤(R_(1)≥1.0)、半石墨(1.0>R_(1)≥0.5)和石墨(R_(1)<0.5)等阶段,并评价煤系石墨均匀程度及不同石墨化程度组分的比例及分布,发现变质无烟煤CM130N样中超前演化达到半石墨结构占比达3.52%,半石墨BC210样中无烟煤结构占比46.40%,SXL130样整体石墨化,但其中无烟煤结构占比仍有3.84%,层理面和边缘面结构中仍存在缺陷,建立的方法在区分无烟煤、半石墨更具优势。在拉曼激光入射方向一定时,可利用R_(1)、R_(3)参数来探讨受构造应力影响的煤系石墨层理面拉曼光谱特征,分别评价了石墨化不均一性和石墨微晶取向。