构造应力对煤化作用的影响及其瓦斯灾害性

通过对豫西滑动构造区二1煤动力变质作用特征的研究,探讨了构造煤变质成烃作用与煤化进程的应力影响因素。研究结果表明,不同性质的构造应力具有不同的煤化效应;与拉张应力相比,具各向异性的挤压应力,对煤变质程度的增加、煤基本结构单元BSU侧链和官能团的脱落,以及煤层瓦斯的生成,都具有很大的促进作用。      

构造物理化学条件对煤变质作用的控制

煤是对温度和压力等地质因素十分敏感的有机岩,各种构造-热事件控制下的物理化学条件,是促进煤岩演化的根本动力。本文对煤变质作用过程的研究现状进行了综述,着重讨论了煤岩在高煤阶-石墨演化阶段的控制因素、演化过程和演化机制。煤变质作用包括煤化作用阶段和石墨化作用阶段,共同构成一个连续的有机质演化过程,总体趋势是分子结构有序化、化学成分单一化,最终演变为以碳元素为主、三维有序结构的石墨。温度和压力(应力)是控制煤变质作用两大因素,在不同的演化阶段,这两大因素所起的作用和演变机理都有所差异。在低、中煤阶演化阶段,温度是煤化学结构演化的主要控制因素,为化学键断裂提供活化能,应力缩聚和应力降解则对煤化学结构演化具有催化作用。高煤阶-石墨化阶段的主要机制是导致基本结构单元BSUs之间相互联结使短程有序化范围增大的拼叠作用,构造应力在其中起到关键作用,BSUs定向和面网间距不断减小,促进大分子物理结构演化。加强煤变质作用的高级阶段-石墨演化过程的研究,将丰富和深化对煤-石墨物理化学结构完整演化序列的认识。煤系石墨成矿机制的高温高压模拟实验,则为煤变质作用构造物理化学条件研究提供了可行的技术手段。     

煤岩构造变形与动力变质作用

煤岩是一种对温度、压力等地质环境因素十分敏感的有机岩,地质演化过程中的各种构造-热事件必然导致煤岩发生一系列物理与化学结构的变化,并形成不同类型的构造煤。在构造应力作用下,煤岩不仅发生脆性和韧性变形,而且还产生不同程度的动力变质作用。因而,关于煤岩构造变形与动力变质作用的研究不仅具有重要的科学意义,而且在煤层气资源评价以及煤与瓦斯突出危险性预测方面也具有重要的实际意义。文中在已有研究成果基础上,通过对构造煤系列Ro,max、XRD和NMR(CP/MAS+TOSS)等测试和实验方法的对比研究,深入分析了煤岩不同构造变形和动力变质特征,进一步探讨了构造应力下煤岩动力变质作用的机理。研究成果表明,在构造应力作用下,煤岩脆性变形主要是通过破裂面上快速机械摩擦转化为热能而引起煤岩化学结构与其成分的改变;而韧性变形煤主要是通过局部区域应变能的积累而引起煤岩化学结构的破坏,从而发生不同机制的动力变质作用。     

构造变形对煤化作用进程的影响—以大别造山带北麓地区石炭纪含煤岩系为例

以大别造山带楚地区石炭纪含煤岩系为研究对象,利用显微及超微分析手段,将构造煤划分为脆性变形和韧性变形两大类,结合X衍射分析方法研究结果认为,脆性变形不引起煤级的变化,而韧性变形可以促进煤的变质;温度是引起煤级升高的主导因素,定向压力是煤化作用进程的“催化剂”。     

中国煤田构造研究现状与展望

中国煤田地质的显著特点是煤盆地类型多样、煤系后期改造明显、构造样式丰富,从而在很大程度上决定了煤炭资源开发利用的价值。进入新世纪以来,我国煤田构造研究取得的主要成果包括：①煤田构造的区域地质背景研究取得重大进展;②中国东部盆地动力学与构造控煤作用受到关注;③煤田滑脱构造研究的继续——控煤构造样式的划分;④煤变形-变质作用的构造控制研究愈加深入;⑤以三维地震技术为代表的煤田构造高精度探测技术全面推广应用;⑥矿井构造定量评价和预测已成为煤田构造研究的亮点。通过回顾总结我国煤田构造研究历史和主要成就,分析了当前面临的挑战和机遇,提出了今后一段时期的重点攻关目标。     

煤变质作用研究

本文从4个方面扼要地讨论了煤变质作用的近期进展。在煤级参数方面对镜质体反射率及其缺点和弥补的方法做了介绍,简述了近来提出的新的煤级参数。在煤化作用机理与特点方面概述了涉及煤化作用的煤结构研究新进展及其在煤化过程的演变中与镜质体反射率、挥发份的内在联系;煤化作用跃变与沥青化作用;“惰性组的煤化径迹”——煤化作用的一个新的方面。新的煤变质作用类型探讨。煤变质因素和煤化作用平衡,煤变质作用研究应用于其它地质学科。最后提出了应进一步研究的煤变质问题。     

福建漳平可坑矿区煤系石墨赋存规律研究

漳平可坑矿区地处福建省中部含煤条带,赋存有丰富的高变质无烟煤,有较好的煤系石墨资源前景,是福建重要的石墨成矿区。为了查明可坑矿区煤系石墨的赋存规律,利用X射线衍射、拉曼光谱等技术,结合矿区岩浆活动和构造运动,对煤成石墨结构演化特征、煤成石墨化作用机制和控制因素进行了研究。结果表明煤系石墨是岩浆热和构造应力共同作用的产物,在煤成石墨化过程中,岩浆热产生的高温促进芳香层相互连接和横向增长,构造应力有利于芳香层的择优定向和有序堆叠,煤成石墨结构在温度、应力等因素作用下,碳层间结构缺陷逐渐消亡,石墨晶格逐渐形成,微观相逐渐转变,最终形成比较完善的石墨结构。研究明确了矿区构造和岩浆岩侵入对煤成石墨化作用的影响,划分了构造动力—岩浆热变质带、岩浆热—构造变质带、构造动力变质带三个变质带和三级控矿断裂带。可坑矿区煤系石墨产于构造动力—岩浆热变质带中,矿层靠近岩体呈近东西走向的单斜层状、似层状展布,但矿床的展布不完全受制于岩体,在空间上也受三级控矿断裂带的控制。      

煤变质古地温恢复方法探讨

煤和其它有机质一样,其变质作用主要取决于所遭受的最高温度及其持续的时间,压力不是主导因素。在煤化作用过程中压力仅能使煤的物理结构、构造发生变化,对中变质阶段的煤化作用却起延滞作用,温度的升高能大大加速煤化作用进程,故煤的煤化作用可以说是一种热的演化过程。      

北淮阳杨山煤系花园墙组与杨山组的接触关系

大别山北麓北淮阳地区杨山煤系构造复杂。野外地质调查表明,其花园墙组与杨山组为一高角度断裂接触,两者之间沉积间断明显、构造变形差异显著,应为不同期次构造运动的应力作用产物。结合沉积特征、变形特征、运动学和动力学特征,认为研究区古生代晚期经历过一次重要的构造事件。从而,北淮阳地区晚古生代以来的构造演化史可分为3个重要时期:形成期(早海西期)、发展期(印支期)和定型期(燕山晚期)。     

大别山构造带东段杨山组煤的变质演化

采用地史分析与数值模拟相结合的研究方法,对下石炭统杨山组煤的变质演化历程进行了定性和定量研究。结果表明:杨山组煤的变质作用经历了海西旋回中期和燕山旋回中-晚期两个演化阶段,煤级在第一阶段异常低热古地热场中深成变质作用下达到焦煤,第二阶段却在异常高热古地热场导致的热变质作用下剧增至超无烟煤。在包括研究区在内的大别山构造带北麓,海西旋回中期可能具有冷盆的特征,而燕山旋回中-晚期却表现出热盆的性质。      

构造附加动力对煤变质过程的影响

本文从固体力学、构造物理化学的角度分析了煤岩所受应力的来源、性质以及应力在煤变质过程中的影响方式。作者在前人研究基础上,阐述了构造动力影响过程中煤岩能量的转换形式,分析了应力在烟煤分子团聚过程中的影响。研究认为,煤岩所受的各种应力(压应力、拉应力、剪应力)为地层压力与构造动力所造成的附加内力。这种附加内力可以分解为构造附加静水压力与偏应力两部分。构造附加静水压力主要影响煤岩的物理性质,如孔隙度、颗粒性质与瓦斯吸附特征,并对煤的化学煤化过程有缓慢促进作用。偏应力主要使煤岩发生变形和位移。煤化过程中,由构造运动所产生的动能转化为各种形式的热能、表面能、弹性变形能以及声、光、电、磁等形态能量。     

华北南部构造煤纳米级孔隙结构演化特征及作用机理

构造煤是在构造应力作用下,煤体发生变形或破坏的一类煤,在世界主要产煤国家皆有分布。构造变形不同程度的改变着煤的大分子结构和化学成分,而且也影响到构造煤的纳米级孔隙结构(<10 0 nm ) ,它是煤层气的主要吸附空间。通过构造煤显微组分和镜质组油浸最大反射率的测定,采用液氮吸附法对不同变质变形环境、不同变形系列构造煤的纳米级孔隙分类、孔隙结构特征进行了深入系统的研究,并结合高分辨透射电子显微镜和X射线衍射对大分子结构和孔隙结构的分析,结果表明:不同类型构造煤纳米级孔径结构自然分类,可将孔径结构划分为过渡孔(15～10 0 nm )、微孔(5～15 nm )、亚微孔(2 .5～5 nm )和极微孔(<2 .5 nm ) 4类。低煤级变形变质环境中随着构造变形的增强,不同类型构造煤过渡孔孔容明显降低,微孔及其下孔径段孔容明显增多,可见亚微孔和极微孔,过渡孔的比表面积大幅度降低,而亚微孔的却增加得较快。从脆韧性变形煤至韧性变形煤,总孔体积、累积比表面积、N2 吸附量随着构造变形的增强,这些结构参数均迅速增加,但中值半径进一步下降。非均质结构煤孔隙参数与弱脆性变形煤相当。中、高煤级变形变质环境形成的各种类型构造煤与低煤级变质变形环境相比,孔隙参数的变化基本一致。但不同类型构造煤的变化又有所区别     

煤显微组分对煤石墨化作用的影响

煤系石墨是在岩浆接触热变质及构造变质作用下形成的煤系非金属矿产。煤系石墨与晶质石墨相比,具有品位高、易开发的特点,将成为高技术产业和新能源领域的重要原材料。综合概述了煤石墨化作用模式、影响因素以及煤显微组分对煤石墨化的影响,分析了煤石墨化研究的主要问题和发展趋势。目前,煤的物理化学结构和煤系石墨的相关研究已取得了较为显著的进展,但煤石墨化作用机制仍存在许多问题亟待解决。大量的研究集中在煤石墨化的外部地质因素,如温度、压力和介质条件对煤石墨化的控制作用,而对煤显微组分在煤石墨化过程中的作用研究相对较少。由于镜质组、惰质组和壳质组的芳环缩合程度不同,各种显微组分具有不同的芳氢和侧链取代基,从而对煤中芳香结构的演化和纳米结构的形成产生差异影响,造成煤石墨化作用效果和作用机制的复杂性。因此,充分认识显微组分对煤石墨化作用的影响可能是揭示煤石墨化机制的重要途径之一。     

辛勤耕耘夯基础,高瞻远瞩指方向——新中国煤田构造研究领域的奠基人高文泰先生的学术贡献

高文泰先生的研究领域涉及煤田地质学和构造地质学的一系列重大问题,他承担了第一次全国煤田预测的学术指导工作,为新中国煤炭资源勘查和煤炭地质教育事业的发展以及中国煤田地质学理论体系的建立奠定了坚实的基础。高先生积极倡导将板块构造理论应用于煤田地质研究领域,强调板块构造格局对中国煤田分布的控制作用,这从战略上指出了找煤方向;重视构造地质与煤田地质之间的紧密联系,对中国煤变质特征和有关煤岩问题进行了有益的探讨,强调构造格局和构造作用对煤变质的影响;注重加强隐伏煤田构造研究,提出隐伏煤田构造研究的思路和技术方法体系,并在找煤实践中取得良好效果。高先生重视新技术、新理论、新方法在煤田构造研究学中的应用,积极推动学科发展。     

煤化作用与构造 热事件的耦合效应研究——盆地动力学过程的地质记录

煤是一种对温度、压力等地质环境因素特别敏感的有机岩。煤化作用实质上是煤与外界进行能量和物质交换的一个开放系统。地质历史演化过程中的各种构造 热事件必然导致煤发生一系列物理、化学、结构和构造变化,煤中有机组分和无机组分在各种地质营力作用下迁移、分异和改造,从而影响煤层现今赋存状况、煤化程度和煤质特征,在一定程度上记录了沉积盆地动力学过程的地质信息。文中介绍了国内外在煤化作用与构造 热事件的耦合效应方面的研究进展,讨论了存在的问题,提出了重点研究课题。     

构造控煤作用研究新进展与煤炭资源清洁高效利用

构造作用是控制煤系和煤层形成、赋存的首要地质因素,中国煤田地质条件的复杂性决定了构造控煤作用研究在煤炭清洁高效综合利用基础地质工作中的重要意义。构造控煤作用概念经历了逐渐形成和不断发展的过程,在学科进展和行业需求的推动下,构造控煤作用研究从深度和广度两方面大大拓展,这些进展主要表现为促进对煤化作用进程的深入认识、煤系矿产资源的盆地动力学控制、煤系非常规气成藏与评价、绿色矿山建设地质保障、清洁用煤资源赋存的构造控制等方面。     

中国煤田构造研究进展

新一轮全国煤炭资源潜力评价工作在煤田构造与构造控煤作用研究方面取得重大进展,整体深化了对中国煤田构造发育规律的认识。提出赋煤构造单元的概念,建立了赋煤构造单元区划层次结构,系统总结了各赋煤构造区构造单元的煤田构造特征。从煤系变形控制因素角度,揭示了中国煤田构造展布的分区分带特征,把中国煤田构造格局划分为两大构造区域、三大煤系变形带、五大一级赋煤构造单元。提出煤盆地构造类型划分方案,研究了主要聚煤期古构造格局及其对成煤盆地发育的控制作用,恢复了煤田构造演化历程。建立了控煤构造样式分类方案,强调构造变形和构造形态对煤系现今赋存状态的控制作用,使构造控煤有了明确的载体。     

构造煤的动力变质作用及其演化规律

采用Ｘ射线衍射分析，电子顺磁共振等方法研究了构造煤的动力变质作用特征和演化规律。构造煤与煤层的变形变质历史有关，动力变质作用形成的构造煤，其结构特征与其它变质类型煤不同，演化途径也不同，但它们的演化规律一致。     

黔西盘县地区煤层气成藏的构造控制

针对盘县地区复杂的煤层气地质条件,以构造演化为主线,结合野外地质观测和室内测试分析,探讨了构造对煤层 气成藏的控制作用。结果表明,盘县地区晚古生代以来经历了陆内裂陷（D-P）、稳定台地（T1-T2）、陆相坳陷（T3-J2）、 断褶隆升（J3-Q）四个构造演化阶段,煤层主要赋存于向斜构造,向斜控气特征明显;上二叠统含煤地层经历了两期沉降 埋藏、两期抬升剥蚀和三期煤化作用,燕山中期是煤层气成藏的关键时期,在深成变质作用基础上叠加了区域岩浆热变质 作用,奠定了煤级的现代分布格局;区内发育的压性- 压剪性构造是造成现今煤层高含气量的重要因素,近EW 向的水平挤 压现代构造应力场可能使得土城向斜和照子河向斜煤层渗透率高于向盘关向斜和旧普安向斜。     

山西省河东煤田北区煤变质特征及煤的荧光研究

为了探讨煤化作用的化学实质和改进荧光分析技术,对煤的可溶有机质进行了化学分析和荧光测定。通过采用镜质组反射率（R°max）及其它煤变质指标,得出了河东煤田北区煤级变化规律。研究发现本区煤的变质作用与鄂尔多斯盆地的地质发展过程密切相关。