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。

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。

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。

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。

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。

煤系高岭石热活化及其对水泥净浆长期强度的影响研究

【目的】煤矸石的高值化利用是目前研究的热点,煤矸石中高岭石的活化及作用对煤矸石的高值化利用意义重大。【方法】首先采用正交试验方法进行了煤系高岭石的热活化参数优化设计研究,再以最优条件形成的煤系偏高岭土替代部分水泥,对净浆的抗压强度、物相组成及微观结构进行了分析。【结果】试验结果表明,煤系高岭石最佳热活化条件为煅烧温度800℃,保温时间2 h,粉磨细度2.82μm.煅烧温度对煤系偏高岭土活性影响最大,粉磨细度次之,保温时间最小;采用煤系偏高岭土替代20%(质量分数)水泥,可加快水泥的水化反应速率,有效提升净浆在各养护龄期的抗压强度,其中早期强度提升最显著;微观机理分析发现,煤系偏高岭土发生火山灰反应消耗了大量氢氧化钙,形成了结构更致密的低钙硅比水化硅酸钙。

重庆地区二叠系龙潭组煤系地层非常规气地质特征分析

为探索重庆地区二叠系龙潭组煤系地层非常规气地质特征,基于区内煤田勘查、煤层(系)气勘查取得的地质资料及测试数据,对二叠系龙潭组煤系地层煤储层、暗色泥页岩储层、致密砂岩储层基本特征进行分析总结。研究表明,区内煤储层具有煤体结构以碎裂—块状为主、埋深中等、孔隙不发育、低孔低渗、含气量高的特点;暗色泥页岩储层具有低脆性、单层厚度薄、孔隙不发育、低孔低渗、含气量一般的特点;致密砂岩储层具有单层厚度薄、孔隙不发育、低孔低渗、含气性一般的特点。若考虑组合开发,具备一定的开发前景。

铝土岩系和煤系地层中沉积黏土型锂矿床:研究现状与展望

沉积岩型锂矿是自然界中最主要的锂矿床之一,我国铝土岩系和煤系地层中沉积黏土型锂矿主要分布在扬子地块西南部和华北地块,该类型锂矿分布广、储量大,对其进行研究对破解我国未来锂资源困局具有重要意义。本文总结了我国铝土岩系和煤系地层中黏土型锂矿的分布状况,锂的赋存状态、来源,以及开发利用现状等方面的研究进展。锂的富集过程主要与风化-沉积作用及火山岩浆活动有关,锂主要来源于火山凝灰岩、早期形成的岩浆岩、黏土岩等富锂基底岩石。锂以锂绿泥石独立矿物或者类质同象/吸附在黏土矿物、三水铝石和勃姆石中。锂的提取流程与锂的赋存状态密切相关。随着实验及工业提锂技术的发展,该类型锂资源具有广阔的前景。

煤系灰岩含水层水文地球化学特征研究

华北型煤田水文地质条件复杂,随着开采深度增加,水害事故时有发生。为进行矿井水害防治,以淮南煤田顾北煤矿为例,通过系统分析其水文地质特征,确定太原组灰岩水为1煤开采的直接威胁水源。基于水化学类型和常规离子分析,结果表明:研究区内太灰水阳离子主要是K^(+)+Na^(+),主要阴离子为Cl^(-),且各采区及受陷落柱影响区域的水化学类型具有明显差别;另外,受地下水的补给、径流和排泄条件以及循环快慢、阳离子交换作用等因素的影响,太灰水K^(+)+Na^(+)、Cl^(-)和HCO_(3)^(-)含量随深度的增加呈现明显增大趋势,Ca^(2+)、Mg^(2+)和SO_(4)^(2-)呈减小趋势。

倾斜煤系地层大断面客专隧道大变形原因分析及处置

针对沪昆铁路刘家庄隧道穿越煤系地层施工中发生的大变形现象,基于理论分析、数值模拟和现场监测方法,分析隧道发生大变形的原因,推导并验证了产生大变形的起始位置,得到了掌子面上方煤层单元体沿倾斜面方向的应力状态与隧道进入含倾斜煤系地层水平距离之间的变化规律,对倾斜煤层单元体与初期支护结构的应力与变形进行了分析。结果表明:掌子面上方煤体单元应力状态变化随掌子面进入倾斜煤层下方水平距离的增加,围岩经历挤压、压剪和剪切滑移3个变形阶段。围岩大变形与初期支护结构破坏均发生在剪切滑移阶段的初期,应在压剪变形阶段结合现场监测数据对掌子面进行喷射混凝土封闭、注浆加固掌子面上方松散煤层和加强初期支护结构刚度等措施以预防隧道产生大变形。

煤系战略性金属锂镓的富集分离研究进展

煤系物中存在丰富的锂、镓等战略性金属矿物,从中提取利用这些金属,既促进了资源再利用还可以增加我国战略性金属储备。由于锂镓的富集分离必经以厘清煤系锂、镓的赋存状态为前提,故先阐述了锂、镓含量检测和赋存形态研究,继而提出锂镓的预富集方法和分离提取方法,详细分析了物理分选法、化学分选法等富集方法,以及化学沉淀法、溶剂萃取法、离子交换吸附法和膜分离法等分离方法的技术原理和适用性。针对煤系锂、镓富集分离研究现状,提出了未来的发展方向,包括探清目标元素与有害元素的组合形式和成矿机理,提高煤系锂、镓的活化适应性和选择性,突破金属分离的技术瓶颈并优化生产工艺,实现酸碱溶液循环利用。研究成果可为煤系物的资源化利用和其他战略性金属的提取利用提供有益参考。

煤系铝土矿中铀与钍富集特征及其自然伽马异常响应

山西省煤系铝土矿资源丰富,深部铝土矿资源评价正逐步开展,为进一步确定煤中铝资源禀赋,探求高效勘查方法,以山西孝义地区上石炭统煤系铝土矿层为研究对象,选取并采集了3个钻孔的37个样品,应用显微光学分析、XRD、SEM、XRF和ICP-MS等技术方法,在分析煤系铝土矿层沉积环境和成矿物源的基础上,研究铝土矿中铀(U)、钍(Th)元素的赋存状态与富集成因,探讨U、Th元素的地球化学特征与自然伽马异常的响应关系。结果表明,研究区铝土矿层形成于海相碱性弱氧化为主的沉积环境,沉积过程中存在氧化、弱氧化–弱还原和还原环境,且氧化还原条件不断发生微弱变化;铝土矿与其顶板黏土岩(矿)物源相似,主要源自酸性岩浆岩,而底板铁质岩的物源则与玄武岩或钙质泥岩有关;铝土矿层U、Th元素异常富集主要受控于物源母岩类型及铝土矿、黏土矿物和含钛矿物的吸附能力;铝土矿中富集的U、Th元素是自然伽马高异常的主要原因,且Th元素的贡献较U元素明显。研究结果对划分煤系铝土矿和围岩、确定煤系铝土矿的层位及推测矿体厚度具有实际意义,并对开展深部煤系铝土矿勘探与开发也具有理论指导意义。

深部煤系储层缝间干扰多裂缝同步扩展规律试验研究

为研究深部煤系储层缝间干扰多裂缝同步扩展规律,采用自行研制的TCHFSM-I型大尺寸真三轴压裂渗流模拟装置,开展不同压裂孔间距、不同注液速率对多裂缝同步扩展规律的影响试验。通过观察和分析压裂过程中裂缝扩展形态、注液压力演化规律,以及声发射动态响应特征和注液流量演化特征,结果表明:压裂孔间距较小时,左右两侧裂缝扩展长度大于中部裂缝,随着压裂孔间距增大,左中右3条裂缝均衡扩展;增大注液速率可以使起裂压力增高,多裂缝长度增加,有效提高储层改造体积;增大压裂孔间距和注液速率,可以使左中右3个压裂孔的注液流量占比更均衡。

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。

海陆过渡相煤系页岩孔隙分形特征及影响因素——以沁水盆地北部太原组为例

【目的】为分析沁水盆地北部太原组海陆过渡相煤系页岩孔隙分形特征及影响因素。【方法】通过对阳泉区块太原组样品进行总有机碳(TOC)含量、成熟度测试及X射线衍射、低温氮气吸附实验,基于(Frenkel Halsey Hill,FHH)理论模型计算样品孔隙分形维数,分析矿物含量、有机地化特征及孔隙结构参数对孔隙分形维数的影响。【结果】太原组煤系页岩TOC含量介于0.57%~6.40%,平均为3.18%;有机质镜质体反射率(R_(o))介于1.96%~3.24%,平均为2.49%;煤系页岩微观孔隙具有双重分形特点,其中表面分形维数(D_(1))介于2.507 9~2.663 9,结构分形维数(D_(2))介于2.527 1~2.809 4;有机质含量及成熟度与D_(1)、D_(2)均呈正相关关系,孔隙结构参数与D_(1)、D_(2)具有良好的正相关性,但与D_(2)相关系数高于D_(1),指示微孔对孔隙结构参数的影响更强;分选、磨圆度高的陆源碎屑石英多具规则孔隙形态,造成石英含量与D_(1)、D_(2)呈负相关关系;碳酸盐岩矿物及长石主要提供宏孔,其含量与页岩D_(1)及D_(2)均呈负相关关系;黏土矿物在长期压实作用下孔径减小,微孔数量增加,孔隙形态复杂,其含量与分形维数D_(1)及D_(2)呈正相关关系。【结论】海陆过渡相煤系页岩微观孔隙具有双重分形特点,有机质含量、成熟度、孔隙结构参数和黏土矿物含量增大可导致其微观孔隙分形维数变大,陆源碎屑石英、长石和碳酸盐矿物含量增多可导致其微观孔隙分形维数变小。

提高煤系页岩储层TOC计算精度的改进方法

总有机碳含量(TOC)是决定烃源岩质量的最重要参数。为了准确评价煤系页岩气储层的TOC参数,以四川盆地Q区龙潭组C1井海陆过渡相页岩气储层为例,对提高储层TOC参数计算精度的方法进行了研究。根据研究区的地质特点,结合自然伽马能谱测井数据,对原始Δlog R方法进行改进,形成了基于自然伽马能谱测井的双Δlog R方法。首先,将岩心TOC数据按岩性分为煤层和非煤层,然后,将自然伽马能谱测井数据(钍钾比(Th/K)和钍铀比(Th/U))分别与煤层TOC和非煤层TOC进行相关性分析,各自选择最高相关性的数据与Δlog R拟合,计算煤层和非煤层的TOC。结果表明,基于自然伽马能谱测井的双Δlog R方法和传统方法相比,C1井煤层和非煤层TOC计算相关性最高可以提高到0.78和0.85,煤层和非煤层TOC的绝对误差最低都可以降到0.01%,煤层和非煤层TOC的相对误差降低到14.93%和12.53%。将基于自然伽马能谱测井的双Δlog R方法应用于四川盆地S区Y组C2井,取得了较好的效果。改进的方法适用于研究区页岩气储层黏土含量高,非均质性强,且存在黑色煤层的页岩储层,有效弥补TOC与铀(U)含量无明显相关性的不足,具有较好的适用性和推广性,可以有效辅助研究区页岩气储层的勘探开发。

沁水盆地榆社—武乡区块二叠系煤系页岩储层地质建模及“甜点”预测

沁水盆地煤系页岩气资源丰富,但勘探开发处于初期阶段。基于钻井、测井和地震解释资料,结合有机地球化学与储层物性实验测试数据,通过三维地质建模技术,建立了沁水盆地榆社—武乡区块二叠系山西组底部—太原组上部煤系页岩地质模型,并预测了煤系页岩气“甜点”区。研究结果表明:(1)沁水盆地榆社—武乡区块石炭系—二叠系煤系地层模型反映了煤系页岩储层的发育主要受控于构造活动,呈“东浅西深、整体连续”的分布格局。(2)基于序贯指示法建立沉积相模型,指示研究区在太原期—山西期由海陆过渡相转变为近海陆相沉积环境,为稳定优质页岩储层的形成提供了有利的沉积环境。(3)通过相控属性建模实现了储层参数空间分布模拟和精细表征,泥地比、孔隙度、含气量、总有机碳含量和镜质体反射率的平均值分别为0.57,10.02%,1.21 m^(3)/t,2.18%,2.45%,揭示了研究区煤系页岩较好的储集能力、含气性、有机质丰度和资源潜力,脆性指数模型指示出页岩压裂后的有利区带。(4)在精细三维地质建模的基础上,将三维网格单元赋值积分,计算研究区二叠系煤系页岩气地质资源量为1 344.98×10^(8)m^(3),运用层次分析法和模糊评价法预测页岩气“甜点”区,Ⅰ类“甜点”区为地质与工程双重甜点,分布于研究区东北部、中部和西北部局部区域。

华北东部晚古生代过渡相煤系地层低阻成因、控制因素与地质意义

华北东部晚古生代过渡相煤系地层中低阻层发育,明确其成因类型、控制因素以及地质意义,可以充分揭示其中所包含的地质信息,对于相关层系油气资源评价和勘探部署具有积极意义。本文以华北东部太原组和山西组中低阻层为研究对象,综合运用岩心、薄片、扫描电镜、碳氧同位素和测录井资料,围绕其成因类型、控制因素和地质意义开展研究。结果表明:华北东部晚古生代过渡相煤系低阻层主要发育在太1段和山2段,成因类型包括砂泥岩薄互层、高束缚水体积和发育导电矿物,沉积作用和成岩作用控制了低阻的形成;太1段低阻的成因为砂泥岩薄互层和高束缚水体积,潮汐作用导致的潮汐成因层理和微细孔隙发育促进了障壁海岸背景下太1段低阻的形成,山2段低阻的成因为菱铁矿的密集发育,稳定的覆水还原环境和沉积有机物的成岩演化共同控制了三角洲背景下山2段低阻的形成;太1段的低阻和高毛细管束缚水体积指示着潮坪沉积,说明太原组自下而上为一个海退的过程,是对早二叠世早期冈瓦纳冰川迅速扩张和全球海平面快速下降的响应,山2段的低阻和高光电吸收截面指数指示着三角洲前缘沉积,说明山西组由一期三角洲沉积组成。

吐哈盆地台北凹陷侏罗系煤系全油气系统特征

基于吐哈盆地中下侏罗统近源勘探最新成果,以全油气系统理念和思路重新认识台北凹陷侏罗系水西沟群烃源岩、储层条件和生储盖组合,深入解析煤系全油气系统。结果表明:(1)水西沟群八道湾组、西山窑组煤系烃源岩和三工河组泥质烃源岩表现为长时间生烃、具有多个生烃高峰和油气兼生的特点,为侏罗系煤系全油气系统提供充足的油气来源;(2)多期浅水辫状河三角洲—浅湖沉积为斜坡区、洼陷区发育常规砂岩、致密砂岩、煤岩、泥页岩等多类型储层,为油气成藏聚集提供多种储集空间;(3)3期油气充注与构造演化、多类型储层有效配置,形成常规-非常规油气序次成藏聚集的特点,从构造高部位到洼陷区发育远源常规构造油气藏、构造-岩性油气藏,近源低饱和度构造-岩性油气藏和源内致密砂岩气聚集、煤岩储层气、页岩油等类型油气聚集。其中,源内致密砂岩气、煤岩气是当前勘探拓展的重点领域,洼陷区页岩油气值得未来探索研究。煤系全油气系统新认识将进一步丰富完善全油气系统地质理论,为吐哈盆地油气资源的整体勘探部署提供新思路。