煤田地质学重点整理

1、老师画的重点：聚煤作用聚煤条件煤化作用煤变质作用 煤的孔隙系统煤岩组分 煤层气、煤成气和瓦斯的关系 煤成油理论 等温吸附曲线 煤的分类吸附能力的影响因素成煤的前提条件泥炭的形成条件/聚煤盆地形成条件：1、大地构造条件地壳运动：提供成煤作用缓慢而均匀的沉降运动和成煤构造凹陷。2、古气候条件：植物生长所需要适宜的温度和湿度。3、古地理条件：提供成煤场所成煤环境。4、古植物条件：成煤的物质来源。沼泽：地表土壤充分湿润，季节性或长期积水，丛生着喜湿性沼泽植物的低洼地段。泥炭沼泽：常年积水的洼地，其中有大量植物生长和堆积，植物死亡后遗体背沼泽水覆盖， 与氧呈半隔绝状态，使植物遗体不被完全氧化分解，经过生

2、物化学作用即可转变为泥炭。 泥炭沼泽形成条件：1、大量植物的持续繁殖；2、植物遗体不被完全氧化分解，能保存转化 为泥炭。泥炭堆积条件：1、温暖的气候；2、常润湿多水；3、氧供应受限；4、下沉植物生长毕旭 思均衡的；5、有限的沉积流入；6、埋藏充足的深度；7、时间10000年以上泥炭煤形成的主要因素：1、成煤植物群落；2、成煤气候；3、泥炭聚集环境；4、古构 造条件。聚煤作用发生的基本条件：1、均匀的温度和潮湿的气候：适宜于地上植物的繁殖生长；2、大面积的沼泽地带：有利于植物的群落发展；3、地壳的下降运动与植物遗体的堆积速度 相适应：有利于植物遗体的保存并沉积形成煤层。泥炭腐泥化作用：由植物残体

3、转化为泥炭的作用。煤化作用：由泥炭转化为煤的作用。泥炭腐泥化作用：从植物在泥炭沼泽、湖泊或浅海中不断繁殖，其遗体在微生物参加下 不断分解、化合、聚集的过程。在这个阶段起主导作用的是生物地球化学作用，低等植物经 过生物地球化学作用形成腐泥，高等植物形成泥炭。泥炭化作用包括：1、生物化学分解作用2、生物化学合成作用3、凝胶化作用4、丝炭化作 凝胶化作用成煤植物的木质纤维组织在积水较深、气流闭塞的沼泽环境下，受厌氧微生 物的作用，发生细胞结构的吸水、膨胀、变形、破裂以至形成以腐植酸和沥青质为主体的无 结构的胶质物质凝胶和溶胶的过程。丝炭化作用成煤植物的木质纤维组织在积水较浅、湿度不定的条件下经脱水和

4、缓慢氧化 作用，氧化的植物组织转入缺氧的环境如水层、泥煤层、上覆岩层的覆盖而生成具有一 定细胞结构的丝炭，或遭受“森林火灾”而炭化成木炭的过程。凝胶化作用：腐殖组生物化学凝胶化作用镜质组地球化学凝胶化作用丝炭化作用：惰质组残植化作用：稳定组壳质组煤化作用：当已形成的泥炭或腐泥，由于地壳的下沉等原因而被上覆沉积物所掩埋时，成煤 作用就转入第二阶段-煤化作用阶段，即泥炭、腐泥在以温度和压力为主的作用下变化为 煤的过程。这包括成岩作用和变质作用，起主导作用的是物理化学作用。在温度和压力的影 响下，泥炭进一步变为褐煤成岩作用，再由褐煤变为烟煤和无烟煤变质作用。煤的成岩作用：在沉积岩石学上是指沉积物的压

5、实、脱水、胶结以及相应的化学变化过程。 煤的成岩作用：是由经生物化学变化形成的泥炭在以压力为主并包括温度因素在内的影响 下，出现压实、脱水、增碳、孔隙度减少、游离纤维素消失、凝胶化组分开始形成并具微弱 反射力等物理-化学变化，逐渐固结、煤化而转变成年青褐煤的过程。变质作用：指岩石经 受了高温、高压，其成分和结构、构造发生了质的变化，形成新的岩石-变质岩的过程。 煤的变质作用：煤作为有机质沉积物，对温度、压力增高的反应要比无机成因的沉积物敏感 得多，快得多，也强烈得多。因此，把从褐煤转变为烟煤、无烟煤直至石墨的过程叫煤 的变质作用过程。煤化作用原因因素：温度化学变化；压力物理变化；时间正比，等价

6、关系 煤化作用实质：腐殖复合物芳香族稠环体系在温度压力作用下不断增强其缩合程度，侧链逐 渐减少缩短，官能团不断减少，结构单元不断增大，因而炭含量逐渐增高，挥发分、氧、水 分等减少的过程。思考：煤变质程度R0大小与油气生成有何指示意义？煤的显微组分的反射：光片中纤维组分的反射光强度与入射光强度的百分比。镜煤的一般特点：质地纯洁，结构均一，具贝壳状断口和内生裂隙。2、镜煤性脆，易碎成 棱角状小块。3、在煤层中，镜煤常呈凸透镜状或条带状，条带厚几毫米至12cm，有时呈 线理状存在于亮煤和暗煤之中。丝炭的一般特点：1、在煤层中丝炭常呈扁平透镜体沿煤层的层理点，面分布，厚度多在1 2mm至几毫米之间，有

7、时能形成不连续的薄层；个别地区，丝炭层的厚度可达几十厘米以 上。2、丝炭的孔隙度大，吸氧性强，丝炭多的煤层易发生自燃。3、丝炭是植物的木质纤维 组织在缺水的多氧环境中缓慢氧化或由于森林火灾所形成。亮煤：亮煤是最常见的煤岩成分。1、亮煤的光泽仅次于镜煤，一般呈黑色。2、它是在覆水 的复原条件下，由植物的木质纤维组织经凝胶化作用，并掺入一些由水或风带来的其它组分 和矿物杂质转变而成。3、较脆易碎，断面比较平坦。4、比重较小。5、亮煤的均一程度不 如镜煤，外表隐约可见微细层理。6、亮煤有时也有内生裂隙，但不如镜煤发育。7、常呈较 厚的分层，有时甚至组成整个煤层。暗煤：暗煤的特点是光泽黯淡，一般呈灰黑

8、色，致密，比重大，内生裂隙不发育，坚硬而具 韧性。透光色：把煤磨成薄片厚约0.03mm，用显微镜在普通透射光下观察，煤薄片显示出的颜 色为透光色，又称体色。反光色：把煤的外表磨光，用显微镜在普通反射光下观察，煤光面上显示出的颜色称为反光 色。反射荧光色：煤的磨光面用蓝光或紫外光激发而呈现的颜色，称为反射荧光色。煤的光泽是指煤新鲜断面的反光能力。光泽与煤的成因类型、煤岩成分、煤化程度和风化程 度有关。腐泥煤的光泽一般都比较暗淡。腐植煤的四种宏观煤岩成分中，镜煤的光泽最强、 亮煤次之，暗煤和丝炭的光泽暗淡。随着煤化程度的增高，各种宏观煤岩成分的光泽有不同 程度的增强。丝炭和暗煤的光泽变化小，而镜煤

9、和较纯洁的亮煤变化明显。无结构镜质体显微镜下观察不到植物的细胞结构，电子显微镜下可见粒状结构。据形态、产状和成因的不同，又可分为以下四个亚组分：1均质镜质体：植物木质纤维组织经凝胶化作用变成均一状的凝胶。在煤中以透镜状或条 带状产出。均质镜质体轮廓清楚，成分均一，不含任何其它杂质。2胶质镜质体：指胶体腐植溶液充填到植物胞腔或其它空腔中沉淀成凝胶而形成。结构镜质体保存有植物的细胞结构，在煤中往往呈透镜体状产出。把细胞壁称为结构镜质体；细胞腔往 往被无结构镜质体、树脂体、微粒体或粘土矿物所充填，胞腔充填物不属于结构镜质体。1）结构镜质体1：细胞结构保存完好，胸腔排列整齐.胞壁不膨胀或稍有膨胀。2）

10、结构镜质体2：胞壁膨胀，胞腔变小，胞腔大小不一，排列不整齐。惰质组：概念:又称丝质组，是煤中常见的显微组分组。惰性组在透射光下为黑色不透明，反射光下为亮白色至黄白色；碳含量最高、氢含量最低、氧含量中等；比重为1.5,磨蚀硬 度和显微硬度高。突起高，挥发分低，没有任何粘结性。壳质组：又称稳定组、类脂组。壳质组包括孢子体、角质体、木栓质体、树脂体、渗出沥青 体、蜡质体、荧光质体、藻类体、碎屑壳质体、沥青质体和叶绿素体等。是由比较富氢的植 物物质。壳质组含有大量的脂肪族成分。壳质组组分的氢含量高，加热时能产出大量的焦油 和气体。用煤岩特征进行煤层比照：标志煤层：具有煤核的煤层或利用煤中的高岭石夹矸，

11、可以比照煤层。烛煤或藻煤一般 不能用于比照，因其分布范围小。宏观煤层剖面和煤层形成曲线：利用煤层形成曲线比照煤层比用宏观煤岩类型比照效果 更好。这是因为同一时间不同地点的煤岩类型不同。但不同地点地下水位变化的趋势比较一 致，煤层形成曲线的变化趋势相似。用煤岩特征比照煤层：同一煤层不同地点的显微组成特征通常相似。如镜质组含量、孢 子，或惰性组含量，或黄铁矿，都可用于比照。利用煤级判断地层、构造和侵入体等地质问题根据岩石中的分散有机质的煤化程度，确定地区内岩石的新老关系。利用煤级资料可以解释地质构造。用煤级研究地热和侵入体。分析构造形变，恢复构造应力场。镜质组的反射率及其各向异性是对温度和压力极其

12、敏 感的参数。随着煤层埋藏深度的增加，煤受到的温度和覆盖层的压力逐渐增加，煤的芳香核 缩聚程度增强，芳香层片的排列也逐渐规则化，煤的反射率增高光学各向异性增强。早古生代：石煤，成煤原始植物为菌类低等植物。成因类型为腐泥煤，由于热演化时间长， 煤类皆为高阶无烟煤。石炭二叠纪华北重要聚煤期：以腐植煤为主，经历聚煤作用南迁的过程。比照腐植煤与腐泥煤区和联系？1、成因 2、化学成分 3、油气意义煤系：含煤岩系是一套在成因上有共生关系并含有煤层或煤线的沉积岩系，简称煤系。煤地质核心问题：生演质赋结论1：在泻湖海湾三角洲地区决口扇下面存在低硫煤！结论2：影响煤质的主要因素是沉积环境！煤层的结构：煤层包含煤

13、分层和岩石夹层，不含夹石层者称为简单结构煤层，反之，含有夹 石层者则称为复杂结构煤层。煤层中的岩石夹层俗称夹矸。夹矸一般为粘土岩、炭质泥岩或 粉砂岩，有时为石灰岩、硅质岩、油页岩、细砂岩或砾岩。厚煤层的形成条件：1、稳定的构造沉降：沉降速率既不能太快，也不能太慢与泥炭堆积速率的平衡关系2、有利的古地理背景：离物源区较远，湖泊、三角洲3、有利的气候条件：温暖、潮湿煤的成烃演化机制煤中的碳元素主要集中在芳香稠环当中，因其键能较高表现出强固的 键合力和较高的热稳定性。侧链和官能团之间及其与稠环之间的结合力相对较弱，热稳定性 较差。因此在成烃演化煤化作用过程中，官能团和脂族结构的不断减少，侧链断裂变短

14、， 伴随着桥链的破裂，芳香核的进一步缩合增长，在元素组成上表现为碳的相对增加和氢氧等 杂原子的才目对减少。原生生物成因煤层气：早期原生生物成因，形成于泥炭一褐煤的早期成煤作用阶段Ro 0.5%，由于埋藏浅 400 m，温度低，热力作用尚不足以使有机质结构变化产生烃类气体。该阶段以CH 4 为主要成分的生物成因气，在泥炭沼泽环境中通过微生物对有机质的分解作用而形成形成 的途径有两种：CO2复原生成CH4；醋酸、甲醇和甲胺等发酵转化成CH4，并由于地层的 快速沉降而保存于煤层中。较早的研究认为原生生物成因气不能被保存下来，但近期的勘探 实践和研究证明了该类气藏的存在。热成因煤层气：随着有机质的沉积

15、、埋藏，伴随地层温度升高，煤化作用程度的增加，煤的基本结构单元 的芳香核苯环数增加，侧链和官能团逐渐分解、断裂，在核缩聚、侧链分解引起的分子结构 的改造和重建过程中，伴随有气、液态产物不断形成。根据煤的主要元素组成CH-O 的变化，可估算出主要热成因气的产率。热成因 CH4形成的初始煤阶为高挥发分烟煤 Ro=0.74?，其生气量随煤阶升高而增大。其生于煤层、储于煤层，后期未受其它地质因 素重大干扰。次生生物成因煤层气：由于地层抬升，在较浅的埋藏深度，微生物活动可以三种方式影响煤层气的成分：其一，大 量晚期轻同位素生物成因CH4能够与前期形成的热成因气体混合；其二，需氧细菌活动可导 致CH4的氧

16、化和消耗，但这一过程对浅部煤层气地球化学特征影响不大；其三，厌氧细菌能 优先破坏大多数湿气组分，以造成CH4富集，使气体干燥系数增大。煤的灰分：煤中所有可燃物完全燃烧以及矿物质除水分以外的所有无机质的总称在一定 温度下，经一系列复杂化学反应以后所剩下的残渣。煤的挥发分：将煤放在与空气隔绝的容器内，在高温下经一定时间加热后，煤中的有机质和 部分矿物质分解为气体释出，由减小的质量再减去水的质量即为煤的挥发分。固定碳一是指除去水分、灰分和挥发分后的残留物。煤的发热量或热值：指单位质量的煤完全燃烧，当燃烧产物冷却到燃烧前的温度时室温 所放出的热量。煤层气：是煤层在漫长的煤化作用过程中形成的与煤层共生的

17、以甲烷为主要成分的非常规天 然气，具有“自生自储”的特点，且主要以吸附状态赋存在煤层之中，少部分以游离气和溶 解气的形式赋存在煤层中。非常规天然气：是对产自常规储气层如气藏气、气顶气和石油中的溶解气之外的天然气 的总称，包括水溶气、煤层气、页岩气、致密砂岩气等。煤成气：系指由煤系中煤及其泥岩形成的天然气，同义词有煤型气和煤系气。煤成气包括在 生气源岩煤中的煤层气或煤层瓦斯，以及由气源岩运移出来的气，常说的煤成气往往指后者。 瓦斯：是指赋存在煤层中的煤层气与煤矿采动影响带中的煤成层气、采空区的煤型气及 采掘活动过程中新生成的各种气体的总称。是指从煤层及煤层围岩中涌出的(outburst from

18、 coal seams)，以及在煤矿生产过程中产生的各种气体的统称。低煤阶/级：R 00 6%包括次烟煤和褐煤中煤阶/级：R00.6-2%，烟煤高煤阶/级：Ro 2.0%割理：是指煤层中近于垂直层面的天然裂隙。煤作为一种低杨氏模量、高泊松比的特殊有机岩，其抗变能力远远低于其他岩石。在成煤作 用中后期，含煤岩系经历了不同其次的构造运动，使得煤及含煤岩系发生了不同程度、不同 性质的变形。煤体依次经历脆性变形、脆-韧性变形和韧性变形三个阶段后形成了原生结构 煤、碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤。等温吸附曲线应用：估算煤层含气量；确定煤层气临界解吸压力；预测最大采收率；确定含 气饱和度等。含气饱和度：实测含气量

19、与原始储层压力对应的吸附气量的比值。煤层气临界解吸压力：煤层降压过程中气体开始解吸点所对应的压力值。最大采收率：根据生产井所能到达的最低储层压力枯竭压力求残余气量，再由实际 含气量减去残余气量预测最大采收率。煤层气吸附饱和度：是指煤层在一定的温度、压力和湿度等条件下对甲烷的吸附饱和程度， 实际气含量与理论吸附量之比，一般用百分比表示。临界产气压力：在煤层气开采过程中，煤层气开始大量产出时的井底流压则被称之为临界产 气压力。、煤层实际含气量：1逸散气量：指从钻头钻至煤层到煤样放入解吸罐以前自然析出的天然气量。逸散气的体积取决于钻孔揭 露煤层到把煤样密封于解吸罐的时间、煤的物理特性、钻井液特性、水

20、饱和度和游离态气体 含量。2解吸气量指煤样置于解吸罐中在正常大气压和储层温度下，自然脱出的煤层气量。终止于一周内平均 解吸气量小于10ml/d或在一周内每克样品的解吸量平均小于0.05ml/d。3残留气量指充分解吸结束后残留在煤样中的煤层气量。应力效应有效应力为总应力减去储层流体压力。垂直于裂隙方向的总应力减去裂隙内流 体压力，所得的有效应力称为有效正应力，它是裂隙宽度变化的主控因素。有效应力增加， 导致裂隙宽度减小，甚至闭合，使渗透率急剧下降。Klinkenberg效应在多孔介质中，由于气体分子平均自由程与流体通道在一个数量级上，气体分子就与通道壁才目互作用碰撞，从而造成气体分子沿孔隙外表滑

21、移，增加了分子流 速，这一现象称分子滑移现象，这种由气体分子和固体间的相互作用产生的效应称 Klinkenberg效应。基质收缩效应煤体在吸附气体或解吸气体时可引起自身的膨胀与收缩。煤层气开发过程 中，储层压力降至临界解吸压力以下时，煤层气便开始解吸。随煤基质中解吸量增加，煤基 质就开始了收缩进程。由于煤体在侧向上是受围限的，因此煤基质的收缩不可能引起煤层整 体的水平应变，只能沿裂隙发生局部侧向应变。基质沿裂隙的收缩造成水平应力下降，有效应力相应减小，裂隙宽度增加，渗透率增高。吸附理论重点吸附理论1： Langmuir理论一单分子层吸附吸附是单分子层的；固体外表是均匀的，各处的吸附能力是才目同

22、的;已被吸附分子之间无作用力；吸附平衡是动态平衡。abp VLpJ型 + bp 1 + bp p + abp VLpJ型 + bp 1 + bp p + PLIrving LangmuV,给定温度下，压力P时单位质量煤的吸附量； 此，兰氏体积，该温度下极限吸附量；兰氏床力，；水吸附理论2: BET理论一多分子层吸附水单层吸附后,气 体再以多分子层 吸附。被吸附分子和碰撞到其上面的气体分子之间存在范德华力，因而发生多层吸附;第一层的吸附热和以后各层的吸附热不同，而第二层以上各层的吸附热才目同；吸附质的吸附和脱附只发生在直接暴露于气才目的外表上。1 C-l P 吸附等温式不二所= vc+商7无吸附

23、理论3:吸附势理论吸附势理论认为吸附是由势能引起的，在固体外表附近存在一个势能场，即吸附势，就如同 地球存在引力场而使空气在地球外表附近包覆成大气层一样。吸附等温/七V = exp -K In 也 I L I P P ） Jl煤层气产出过程：1）由于压力降低使气体从煤基质孔隙的内外表上发生解吸；解析：逃逸力范德华力时，气体开始解吸。压力直接影响逃逸力与范德华吸引力之间的平衡关系。2）穿过基质和微孔扩散到裂隙中，扩散作用是由于在基质与裂隙间存在的浓度差引起的； 扩散：由于气体浓度差原因，气体由高浓度向低浓度扩散，到达扩散平衡。3在压力差作用下以达西流的方式在裂隙中渗流。渗流：煤层气沿裂隙、孔隙以

24、达西流的云逸方式。4产出：煤层气产出过程中的两相流动大致经历三个流动阶段：I-饱和流阶段，只有水的流动II -未饱和流阶段，少量的气m -两相流阶段煤层气赋存规律：1、沉积控气作用：聚煤期前后沉积环境演化对煤层气赋存影响环境演化决定下覆、上覆地层厚度、岩性组和 厚度1）聚煤期前后平静水体环境有利煤层气赋存：沉积细碎屑岩、页岩、硅质岩、泥灰岩2）聚煤期前后冲积环境沉积不利于煤层气赋存：沉积组碎屑岩、砾岩，透气性好3）含煤岩系沉积旋回河流相-河漫相-沼泽相-湖泊才目完整旋回，以泥质岩为主沉积时，有利于煤层气赋存 上覆地层以冲积才目-湖泊才目旋回不利于煤层气赋存。2、构造控气作用：如伸展构造:位于煤

25、层顶板或煤层中的滑动面有利于封闭煤层气，但导致煤储层渗透性变差。3、水文地质条件：地下水动力学条件的控气特征可概括为水力运移逸散、水力封闭与水力封堵作用。水力运移逸散：常见于导水性强的断层构造发育地区，通过导水断层或裂隙沟通煤层与含水 层水文地质单元的补、径、排系统，含水层富水性与水动力强，含水层与煤层水力联系较好。 在地下水的运动过程中，地下水携带煤层中气体运移而逸散，常形成煤层气贫瘠区。水力封闭作用：水力封闭控气作用有利于煤层气的富集，它多发生在构造简单、断层不甚发 育的宽缓向斜或单斜中，主要特征为：1断裂构造具有阻水的性质，煤系地层上部和下部 存在良好隔水层；2区域水文地质条件简单，煤层

26、直接充水，含水层多为煤系中砂岩裂隙 水，含水性微弱，渗透系数低，地下水迳流缓慢甚至停滞；3含水层补给仅限于浅部露头 的大气降水；4地下水以静水压力、重力驱动方式流动，地下水是封闭状态，煤层气受水 力封闭作用而富集。水力封堵作用：水力封堵控气作用多见于不对称向斜或单斜中，是煤层气富集的有利因素。 在一定压力差条件下，煤层气从高压力区向低压力区渗流，或者说由深部向浅部渗流。压力 降低使煤层气解吸，因此在煤层露头及浅部形成煤层气逸散带。如果含水层或煤层从露头 接受补给，地下水顺层由浅部向深部运动，则煤层中向上扩散的气体将被封堵，致使煤层 气聚集富集成藏，形成煤层气富集有利区。4、煤变质、埋深煤化作用过程中不断产生煤层气，煤化程度越高，生成的气量越多。因此在其他因素才目同的 条件下，煤的变质程度越高含气量越高；煤的变质程度不仅影响煤层气的生成量，还在很 大程度上决定着煤层气的吸附能力。煤层