福建煤系石墨资源状况和开发前景

福建省煤系石墨赋存于中二叠统童子岩组,是无烟煤受高温高压作用进一步变质而成,属隐晶质石墨。通过调查发现,福建省煤系石墨矿井、勘查区处于未开采或停采状态,开采矿区也多以煤炭开采的形式生产销售,造成资源浪费。为合理开发利用煤系石墨资源,采用d₀₀₂（碳层间距）-R₂（拉曼参数）模板鉴别煤系石墨并确定煤系石墨等级,结合区域构造的控制作用,划分了大田-漳平与永安-安溪石墨成矿区。在此基础上,综合实测数据和历年勘查资料分析,预测出永安长垇、永安下盖竹-甫弼-塘下洋、大田琼口-小溪洋-永安老鹰山、漳平可坑-乌石隔、漳平乌坑-华安福田5块煤系石墨资源远景区,其预测资源量8 196万t,展现了良好的开发前景。针对目前煤系石墨资源开发利用现状,提出“规范煤系石墨资源开采秩序、建立煤与煤系石墨鉴别指标并设立明确的煤矿与石墨矿权规范、优化石墨资源开发利用体系等”系列建议,以实现福建石墨产业结构协调化、技术高度化、产品系列化和价值链完整化。移动阅读      

地质勘查阶段煤系石墨与无烟煤的划分指标探究

煤系石墨是煤及煤系炭质页岩在岩浆热接触变质及构造变质作用下形成的,是石墨矿产的重要组成部分,属新兴战略资源。目前由于对煤系石墨赋存规律认识不清,缺乏科学界定的勘查指标,以致造成了严重浪费。在总结以往划分煤系石墨与无烟煤的思路和方法基础上,以吉林磐石、湖南鲁塘、福建西南等典型煤系石墨与无烟煤样品测试结果为依据,分析了煤系石墨有关参数的优缺点,提出采用H/C原子比、晶格间距d₀₀₂、拉曼光谱R₂ 3个参数,作为勘查阶段界定煤系石墨与无烟煤的定量指标。      

煤系石墨矿产资源评价方法初探

煤系石墨属战略性矿产资源,在核石墨、军用飞机轮胎等方面具有独特优势,煤系石墨矿产资源评价对于煤系石墨矿产资源勘查开发、提级增储及战略资源保障至关重要。由于煤系石墨与高变质煤存在连续过渡性质,导致部分煤系石墨被当作无烟煤处理,现有煤系石墨查明资源量可能被大大低估,实际上煤系石墨资源量与高煤级煤的资源量有直接关系。因此,在我国无烟煤等高煤级煤勘查区内,开展煤系石墨资源调查评价工作,将会取得较好效果,预期发现一批新的煤系石墨资源潜力区。通过分析我国目前已知的湖南、福建、吉林等地典型煤系石墨资源分布特征,总结了煤系石墨找矿标志,包括层位、矿化、岩体、构造和围岩蚀变等标志。在高煤级煤勘查区内,基于煤田构造、含煤岩系沉积环境、岩浆活动、煤岩煤质特征、煤类分布与变质情况等资料,结合煤系石墨找矿标志,进行煤系石墨资源调查评价。以科学性、系统性和可操作性为评价原则,依据工作程度、地质条件、矿产条件3类参数,采样点密度、构造变形程度、构造应力、岩体规模与热作用强度、岩体与煤层距离、初步鉴定、精确鉴定7个指标,初步提出了煤系石墨矿产资源评价方法。将实测数据分别与对应指标的预设值比较,利用平面直线拟合方程计算...     

福建煤系石墨鉴别方法探讨

福建省煤系石墨赋存层位为中二叠统童子岩组含煤岩系地层,该地层中的煤炭,由于受岩浆侵入及构造运动作用,已变质成无烟煤,如受温度与压力的作用更强烈,进一步变质成隐晶质石墨;无烟煤与煤系石墨在宏观上难以区别,相关规范仅以固定碳和挥发分作为确定石墨的工业指标,是无法对两者进行区分的。鉴于此,综合国内对煤系石墨工业指标划分,结合《福建省煤系石墨赋存规律与资源评价》课题的最新研究成果,尝试采用以固定碳、挥发分作为划分无烟煤与煤系(隐晶质)石墨的基础指标,以石墨碳层间距d 002和拉曼光谱参数R 2作为精确指标,建立煤系石墨鉴定方法体系,以便科学评价和利用煤系石墨资源。     

煤系石墨矿产地质研究现状与重点方向

煤系石墨是煤及煤系碳质页岩等在岩浆热接触变质及构造变质作用下形成的,是石墨矿产的重要组成部分,也是煤系非金属矿产的一种,属于战略性新兴矿产。文章综述了前人对煤系石墨的研究成果及其勘探开发现状,着重讨论了构造作用在煤系石墨形成过程中的作用,并强调煤在石墨化过程中微观结构的演化。本文认为,现阶段对煤系石墨的成矿机制和赋存规律的认识不够深入,缺少针对性的勘查规范和相关标准,同时也将完善石墨成矿机制和赋存规律、建立煤与石墨的鉴别标志、确定煤系石墨资源评价方法、划分成矿带并调查煤系石墨的资源量定为下一步在煤系石墨调查评价中的重点研究方向。     

我国煤系石墨研究及资源开发利用前景

煤系石墨属于特殊的非典型晶质矿物,多为隐晶质石墨,既是石墨矿产的重要组成部分,也是煤系综合矿产的一种。煤系石墨与煤层为同层异矿,煤向石墨演化的实质在元素组成上表现为富碳、去氢和脱氧,在分子结构上表现为有序化增强和石墨晶体结构的逐渐形成。煤岩组分、岩浆热和地质构造等均对煤成石墨化作用具有重要的影响,在多因素综合作用下,煤系石墨成矿常表现出差异石墨化特征。从煤系石墨成矿机理入手,提出了以化学组成参数为基础指标,以结构参数为精确指标的煤系石墨鉴别指标体系;从资源评价需求出发,将不同演化程度的煤系石墨划分为Ⅰ级（石墨）、Ⅱ级（半石墨）和Ⅲ级（石墨化无烟煤）等3类。煤系石墨的形成与岩浆活动和挤压性构造环境密切相关,受区域性构造-岩浆带控制,煤系石墨分布具有方向性、递变性、集中成带的特点,成矿区带呈现出“一纵三横”的分布特点,划分为滨太平洋成矿域、南岭成矿域、秦岭-大别山成矿域和阴山-燕山成矿域和9个成矿带。分析了我国煤系石墨资源现状,指出由于我国煤炭资源丰富和赋煤区构造-热叠加作用显著,煤系石墨资源潜力巨大。煤系石墨开发利用对于增强石墨矿产的战略保障能力、促进煤系矿产资源合理开发利用和推动煤炭企业转型升级等均具有重要意义。分析了当前煤系石墨矿产资源开发利用方面存在的问题,提出了相应的政策建议。      

川渝地区煤的石墨化潜势研究

煤及煤系石墨化利用对于增强石墨矿产的战略保障能力、促进煤系矿产资源高效利用和推动煤炭企业转型升级等均具有重要意义。在能源矿产改革转型的关键时期,为了厘清川渝地区煤的石墨化潜势,在梳理分析煤的石墨化、煤基碳材料前驱体选择和川渝地区煤田地质概况的基础上,通过对川渝地区主要赋存煤类、煤质和显微组分特征的分析,从影响煤石墨化的内在因素和煤基碳材料的需求出发,采用主成分分析法探讨了川渝地区煤基碳材料前景和煤系石墨资源赋存潜力。结果表明:研究区煤的显微组分以镜质组为主,低灰、低硫,演化程度更高的无烟煤更易于石墨化,煤石墨化后的产物则是制备碳材料的极佳前驱体;根据主成分分析的定量评价结果,可将川渝地区煤系石墨资源潜力区带划分为Ⅰ级优势区、Ⅱ级良好区和Ⅲ级潜力区。四川雅安?攀西Ⅰ级区带三叠系上统须家河组煤具有变质程度高、低灰、低硫特征,龙门山构造岩浆带是煤石墨化的外在条件,是煤系石墨矿产资源优势赋存区和制备煤基碳材料的优选资源;渝东北Ⅱ级区带和渝东南Ⅱ级区带具有构造条件复杂、煤演化程度高的特点,为煤系石墨资源赋存良好区;南桐松藻Ⅲ级区带和四川芙蓉?古叙Ⅲ级区带则为煤系石墨资源的潜力区。煤系石墨的潜力研究是能源矿产由粗放型利用向高端新型材料精细化应用转变的重要桥梁,为实现煤炭资源高价值、绿色开发利用提供了指导方向。      

湖南鲁塘煤系石墨矿区构造格局及控矿机制

湖南鲁塘矿区为我国著名的煤系石墨矿区,煤系石墨的形成受岩浆热作用和构造作用的双重控制,其成矿和赋存都与构造格局密切相关。为深入研究构造作用对煤系石墨成矿的影响,通过野外地质调查和光学显微镜下观察、X射线衍射和拉曼光谱等测试分析方法,分析研究区构造特征和煤系石墨特征。研究结果表明,受区域构造活动的影响,鲁塘矿区构造格局呈现出分区分带性特征,东西方向可划分为东部、中部和西部3个条带;南北方向可划分为北部、中部和南部3个分区。自西向东,随着与岩体距离逐渐减小,煤层受岩浆热作用的影响逐渐增大,煤的石墨化程度也逐渐增高。由南向北,构造变形强度逐渐增强,导致北部分区形成以封闭式高温-高压的成矿环境为主,同时,应力作用促进了煤的石墨化,导致煤的石墨化程度较高;中部分区内构造情况复杂,形成不同温度压力条件的成矿环境,煤的石墨化程度差异性明显;南部分区构造情况简单,主要构成开放式环境,煤的石墨化程度较低,仅在近岩体附近可形成煤系半石墨。研究成果为煤系石墨资源勘探提供了有力依据。      

基于综合勘查的煤系矿产资源组合类型研究

含煤岩系矿产资源综合勘查和协同开发是当前煤炭领域关注的热点和前沿方向。通过系统收集整理相关资料、现场调研、以及专题会议研讨,重点考虑不同煤系矿产资源的赋存、相态、综合勘查评价要求等特征,从综合勘查角度,对煤系矿产资源所具有的共性进行梳理,提炼划分出3种煤系矿产资源组合类型,包括煤与煤系异体固体矿产组合、煤与煤系同体固体矿产组合、煤与煤系气组合,可为含煤岩系矿产综合勘查工程方案的制定提供理论指导。      

高煤级煤—隐晶质石墨的Raman光谱表征及结构演化

拉曼光谱能够反映碳材料结构的有序程度和结构缺陷,可用来表征高煤级煤—隐晶质石墨演化过程中结构变化。通过对受岩浆热变质影响的不同变形变质程度样品的拉曼参数与面网间距（d₀₀₂）之间关系的研究表明:G峰位置与d₀₀₂呈现阶梯变化,能较好地区分出石墨与高煤级煤,S₂峰位、D₁、G半峰宽与d₀₀₂呈较好的线性关系;D₁与G峰峰位差和半峰宽比随d₀₀₂减小而减小,S₂与S₄峰的峰位差随d₀₀₂减小先增大后减小,而其强度比及面积比逐渐增大;d₀₀₂与拉曼参数关系显示两次明显的结构演化跃变,即无烟煤至变质无烟煤阶段,R_max>6.5%、P（D₁-G）<235 cm-1、P（S₂-S₄）>525 cm-1以及半峰宽比显著下降、L_a/L_c迅速降低,为芳构化、芳环缩合作用增强向芳环叠片拼叠转变;半石墨至石墨演化阶段,P（D₁-G）、I_D1/I_G与A_D1/A_G显著降低,L_a、L_c迅速增加。以d₀₀₂为标度能较好地反映煤结构在不同演化阶段的Raman光谱特征。      

江西崇义矿煤成石墨的发现及其地质意义

为研究江西省崇义矿煤成石墨特征,采用光学显微镜、X射线衍射（XRD）、激光拉曼光谱（Raman）、高分辨率透射电子显微镜（HRTED）等测试手段,对二叠系上统龙潭组老山段煤样进行测试分析。结果表明,光学显微镜下可以观测到石墨化显微组分,且XRD衍射图谱出现d₀₀₂石墨衍射峰,拉曼光谱呈现峰形尖锐的石墨特征峰（G峰）,高分辨透射电镜观察到多层有序结构碳层,碳层出现平直化现象。综合测试分析结果表明,江西崇义矿区样品发育不同程度的石墨晶体结构,已经出现煤成石墨矿产。研究发现为石墨资源进一步开发利用奠定基础。      

湖南新化地区煤变形变质与构造环境特征

采用煤质化验、XRD、SEM等测试手段,分析煤的化学组分、结构特征、显微构造等特征,结合古应力估算值、古温度和应变速率等结果,探讨了湖南新化地区煤变形变质特征与构造环境的关系。结果表明:煤样的d₀₀₂值为3.36~3.39 nm,受天龙山构造挤压的局部应力场及叠加岩浆构造热的作用,煤逐渐转变为隐晶质石墨,结晶颗粒是由细小的鳞片组成的集合体,粒径集中在50~250 nm;石墨3R型含量随着煤化程度升高,石墨晶体开始增加,Rh相的数量减少;构造变形环境属于低温低围压高应变速率的浅层脆性-韧脆性构造域;天龙山岩体提供了构造热源,侧向挤压应力使寒婆坳向斜煤大分子结构有序化,层面间距减小,形成隐晶质石墨。      

干酪根的X射线衍射研究

本文讨论了干酪根X射线衍射（XRD）数据的处理方法,XRD的002峰参数t₀₀₂与化学结构参数芳碳率f_芳的关系及其计算;根据XRD谱图,研究了抚顺、茂名油页岩未成熟干酪根的化学结构。在干酪根的人工热模拟过程中,发现XRD参数t₀₀₂与芳核C轴高度L_c均随干酪根的类型和成熟度不同而变化,据此提出了不同类型干酪根的XRD(f₀₀₂-L_c)演化途经图。该图可以帮助我们判别干酪根的类型与成熟度。     

钻孔变截面灌注桩的荷载传递特性

以某一工程钻孔变截面灌注试桩为例,采用三维有限元分析方法,研究了相同土质条件下,变截面桩和等截面桩在竖向桩顶加载方式下荷载传递机理的异同;并通过引入相对摩阻力R_τ,进一步分析了桩型对桩侧摩阻力发挥程度的影响。结果显示:相对摩阻力R_τ等于1.0,表明桩侧摩阻力充分发挥;相对摩阻力R_τ大于1.0,表明桩侧摩阻力表现为强化现象;相对摩阻力R_τ小于1.0,则桩侧摩阻力表现为软化现象。      

川西坳陷新场气田须家河组五段烃源岩分子地球化学特征

上三叠统须家河组五段是川西坳陷新场气田勘探的热点层系之一.对新场须五段泥质烃源岩进行了分子地球化学分析,结果表明:新场须五段泥岩可溶抽提物姥植比介于0.26~1.70之间,C₂₇-C₂₉规则甾烷中C₂₇和C₂₉甾烷相对含量平均值分别为31.2%和44.6%,伽马蜡烷/C₃₀藿烷比值介于0.11~0.34,MPI₁、F₁和4-/1-MDBT均与成熟度呈正相关.新场须五段泥岩有机质生源中,陆源高等植物略占优势,但低等水生生物和藻类也具有一定的贡献;泥岩主要沉积于湖泊环境,部分沉积于缺氧的盐水环境.成熟度对一些芳烃化合物指标具有明显影响,成熟度超过1.25%的煤系烃源岩样品的三芴系列和成熟度超过1.2%的样品的MDBTs/MDBFs比值不能直接用于沉积环境的判别.      

天然气运移地质色层效应机理和指标探讨

笔者采集了四川盆地威远和中坝气田沿水平方向剖面分布的气井中天然气、凝析油样品,进行了色谱和色谱-质谱分析表明,大部分组分参数向构造圈闭顶部递增,少数呈现递减趋势。认为这种组分分布是天然气（凝析油）渗流运移过程中地质色层效应的结果。笔者着重从分子极性、分子量和分子直径（体积）的角度探讨了参数递增或递减的机理。经过对化和筛选,认为凝析油ABI₁,参数和天然气△R₃参数是较理想的渗流运移专属性指标.     

Graphitization of carbonaceous matter during metamorphism with references to carbonate and pelitic rocks of contact and regional metamorphisms,Japan

This study is an attempt to correlate the graphitization process of carbonaceous matter during metamorphism with metamorphic grade. Graphitization can be parameterized using crystal structure and chemical and isotopic compositions. The extent of graphitization could be characterized mainly by temperature, duration of metamorphism and rock composition. We compared the graphitization trends for two metamorphic terrains, a contact aureole of the Kasuga area and a regional metamorphic terrain of high-temperature/low pressure type of the Ryoke metamorphic terrain in Northern Kiso area, Central Japan, and for two different lithologies (carbonate and pelite), using X-ray diffractogram, DTA-TG analysis, and chemical and stable isotope analyses. During contact metamorphism, graphitization and carbon isotopic exchange reactions proceeded simultaneously in pelitic and carbonate rocks. The decreases in basal spacing d(002) of the carbonaceous matter in carbonate rocks is greatly accelerated at temperatures higher than about 400° C. Furthermore, carbon isotopic ratios of graphite in carbonate rocks also change to ¹³C-enriched values implying exchange with carbonates. The beginning of this enrichment of ¹³C in the carbonaceous matter coincides with an abrupt increase of the graphitization processes. Carbon isotopic shifting up to 5 in pelites could be observed as metamorphic temperature increased probably by about 400° C. Carbonaceous matter in pelitic rocks is sometimes a mixture of poorly crystallized organic matter and well-crystallized graphite detritus. DTA-TG analysis is an effective tool for the distinction of detrital graphitic material. Two sources for the original carbon isotopic composition of carbonaceous matter in pelites in the Kasuga contact aureole can be distinguished, about-28 and-24 regardless of the presence of detrital graphite, and were mainly controlled by depositional environment of the sediments. Graphitization in limestones and pelitic rocks in regional metamorphism proceeds further than in a contact aureole. In the low-temperature range, the differences in extent of graphitization between the two metamorphic regions is large. However, at temperatures higher than 600° C, the extent of graphitization in both regions is indistinguishable. The degree of graphitization is different in limestones and pelitic rocks from the Ryoke metamorphic terrain. We demonstrate that the graphitization involves a progressive re-construction process of the crystal structure. The sequence of the first appearance of crystal inter planar spacing correlates with the metamorphic grade and indicates the crystal growth of three-dimensional structured graphite.     

高压对天然沥青结构组成演变的影响

实验室模拟研究表明,高压(800～1 000 atm)在适中温度(300～500 ℃)下可加速碳酸盐岩中天然沥青的结构演化,使其结构排列形式更加紧密规整,从而导致沥青反射率(Rb)值大幅提高,Rb值及结构参数(碳原子面网间距d002、结晶核大小、芳环层数NC、芳香度fa等)明显超出了其所经历的真实热演化程度.然而其化学组成与分布,特别是生物标志化合物则保持着与真实热力作用相当的演化特征.这种特殊的地球化学性质,不同于热演化沥青等任何已报道成因类型的沥青,是所谓"热压演化沥青"所特有的,因而也是该类沥青的辨别标志。     

沁水盆地阳泉区块上古生界煤系页岩气储层特征

页岩储层特征是进行页岩气储集能力评价的基础内容。为探究高演化阶段煤系页岩气储层性质和优选有利储层,运用岩石热解、X射线衍射、扫描电子显微镜、高压压汞、低温N₂和CO₂气体吸附多种实验方法,对沁水盆地阳泉区块上古生界煤系页岩岩心样品进行储层特征研究。结果表明:沁水盆地阳泉区块上古生界煤系页岩,有机碳含量较高(TOC平均为4.9%),处于过成熟阶段(R_ran平均为2.32%),黏土矿物质量分数较高(平均为50.0%),具有低孔低渗的特征(孔隙率平均为6.61%,渗透率平均为0.006 3×10–3μm2),孔隙类型以粒间孔、粒内孔和微裂缝为主,微米–纳米级孔隙为页岩气的赋存提供了储集空间;孔隙总孔容为0.025 5~0.051 7 mL/g,平均0.038 9 mL/g,总比表面积为12.64~40.98 m2/g,平均28.43 m2/g,微孔(<2 nm)、介孔(2~50 nm)的孔容与比表面积呈良好的正相关性,宏孔(>50 nm)孔容与比表面积则相关性不明显,表明微孔和介孔是阳泉区块煤系页岩气储集的主要载体。总体来说,阳泉区块上古生界煤系页岩具有较好的页岩气储集性能,但页岩储层可压裂性较差,影响页岩气的开发。