试论山西地区山西组海相动物群的地质时代

上石炭统山西组在山西分布广泛,它和上石炭统太原组均系山西以至华北地层区晚古生代最重要的海陆交替相含煤岩系。山西组的研究历史虽然已有数十年之久,但山西组的地质时代,究竟是属于晚石炭世     

山西陵川地区上石炭统-下二叠统太原组15#煤层成煤环境分析

山西陵川地区上石炭统一下二叠统太原组K1段出露良好,其顶部的15#煤层为沁水盆地石炭二叠系煤田主采煤层之一.通过对K1段岩性、沉积构造、沉积序列、植物化石及煤岩组分等特征的综合分析,将该段划分为潟湖、障壁岛、潮坪、溢流扇等4种沉积相以及混合坪、泥坪、泥炭坪等3种沉积亚相.结合15#煤层沉积背景及煤岩特征,认为本区15#煤层是在海退导致潮坪暴露形成古土壤之后所产生的低位泥炭沼泽的基础上形成的,它结束于之后的一次快速的、更大规模的海侵.在综合研究成煤地质背景的基础上,提出研究区15#煤层属于滨岸潮坪成煤模式.这一成果为今后山西沁水盆地东南部该煤层的深层勘探开发及煤层气的生成地质背景提供了基础理论资料.     

鄂尔多斯盆地西缘煤层气成藏条件研究

鄂尔多斯盆地西缘发育石炭-二叠纪和侏罗纪两套含煤岩系,由北向南发育五大煤田,煤层发育,厚度较大,煤炭资源量丰富。石炭-二叠系煤层煤级高,Ro值为0.51%~1.89%,均值为0.95%,以肥煤、焦煤、无烟煤为主,宏观煤岩成分以暗煤和亮煤为主,煤岩类型主要为半亮煤和半暗煤;侏罗系煤层煤级低,Ro值为0.5%~2.7%,均值为0.72%,以气煤、不黏煤、长焰煤为主,宏观煤岩成分以暗煤为主,煤岩类型主要为半暗煤和暗淡煤为主。两套煤层煤岩显微组分均以镜质组和壳质组为主,属于Ⅲ型(腐殖型)有机质,煤的变质程度均为低成熟到高成熟阶段,具有良好的生气潜能,以生成湿气为主。侏罗系煤层孔隙度高于石炭-二叠系煤层,而石炭-二叠系煤层吸附性能强于侏罗系煤层,煤层含气性较好。     

山西沁水盆地南部3号煤层储集空间特征与变质程度的关系

煤岩的变质程度影响着煤层的储集空间特征,对煤岩的孔隙度,渗透率以及煤岩微裂缝的发育都有重要影响。为了研究两者的关系,选取山西沁水盆地南部不同矿区有代表性的3号煤层,对不同变质程度煤样的镜质体反射率（R0）、孔隙度、渗透率进行了测试并对煤储集空间类型和结构进行扫描电镜观察。研究结果表明：3号煤层储集空间类型主要为孔隙和微裂缝;当R0小于2.4%,孔隙度、渗透率与R0呈负相关,R0大于2.4%时,孔隙度、渗透率与R0呈正相关,R0为2.4%可能是煤岩变质程度对煤岩孔隙度、渗透率影响的关键期,在高变质程度煤岩中孔隙度与渗透率的升高是由微裂缝的发育引起的,并且随着R0的增加,微裂缝发育程度增大。     

煤样渗透率有效应力与基质收缩双重耦合效应及其与煤阶关系

为研究煤层气在排采过程中不同煤阶煤储层渗透率动态变化规律,利用煤岩三轴应力应变（基质收缩膨胀）测试系统,对褐煤、气煤和无烟煤样开展了有效应力与基质收缩双重效应物理模拟实验。固定轴压和围压不变,改变气体平衡压力,模拟开发过程中储层压力变化特征,测试其动态渗透率。利用实验结果,分析了不同煤阶煤岩在排采过程中动态渗透率反弹特征,并对比分析煤岩动态渗透率改善效果的差异性。研究表明：气体平衡压力从5 MPa降至1 MPa过程中,在有效应力和基质收缩双重效应作用下,褐煤样的归一化渗透率依次为1.00、0.60、0.57、0.57、0.52,气煤样依次为1.00、0. 64、0.50、0.54和0.55,无烟煤样依次为1.00、0.74、0.58、0.50和0.56。随气体平衡压力下降,中阶及高阶煤样动态渗透率先下降后上升,整体呈不对称“V”型变化规律,但拐点略有不同;低阶煤样动态渗透率呈先下降后基本稳定的趋势,整体呈斜“L”型变化规律。在有效应力和基质收缩双重效应影响下,中阶及高阶煤样动态渗透率改善效果优于低阶煤样。     

神木—东胜煤的煤岩特征

煤岩特征(如煤的显微组分含量及植物组织结构的保存程度)是影响煤炭质量的重要因素,研究它将会有重要的实际意义。笔者在参加“神木—东胜矿区煤质特征及利用途径”咨询项目时,研究了该区15个煤矿和5个钻孔的煤层煤样,制取了89个不同类型的煤光片,进行了煤岩组分观察、定量统计、类型划分、镜质体反射率测定、电镜扫描等研究工作,并收集整理了该区以往煤岩鉴定资料。本文就是在此基础上对该区煤岩特征及煤的水分增高的原因作一论述,以期为煤的综合利用提供科学的依据。     

山西省太原组和山西组煤的煤岩特征分析

在收集和整理大量山西省煤岩资料的基础上,分析了该省太原组和山西组煤的显微煤岩组分,并对各煤田太原组和山西组煤的R0,max的变化规律进行了研究。研究表明：山西省太原组和山西组煤中显微组分一般以镜质组为主,并且有从北向南有不断增加的趋势,惰质组次之,其趋势与镜质组相反,壳质组最少;太原组反射率值在0.6%～3.9%,整体上呈北低南高、西低东高的趋势,煤级从中煤级煤Ⅰ到高煤级煤Ⅱ都有赋存;山西组反射率值在0.6%～4.2%,其反射率变化趋势和煤级赋存特征与山西组类似。研究结果为评价和利用山西省的煤炭资源提供了依据。     

大同煤田接触变质煤的煤岩煤质变化规律

大同煤田石炭-二叠纪煤层中的岩浆岩侵入造就了大量的接触变质煤，降低了煤的利用价值。为了详细探讨岩浆岩体距煤层距离对煤的物理化学性质影响，通过对塔山井田5222巷的辉绿岩岩墙及周围煤层的地质编录、系统采样，及煤样的煤岩学分析、工业分析和元素分析，研究接触变质带的煤岩煤质特征。结果表明:接触变质煤在高温条件下生成各种天然焦微观结构，如镶嵌结构、流动结构、热解碳等；侵入体对煤层的瞬时加热显著提升了热变煤的煤级，镜质体最大反射率由正常煤的0.67%~0.87%增至接触变质煤的0.94%~3.67%；接触变质煤中水分含量和灰分产率显著升高，挥发分产率降低；靠近岩墙的煤样中C含量上升，H、N、O含量下降。综合分析认为，岩墙接触变质作用对煤层的影响范围约4.5 m，即1.25倍岩墙宽度，而严重变质带为1.6 m。研究成果为煤的开采利用评价提供依据。      

多次迭加法的应用与效果

工作区为一华北型、全隐蔽式石炭二迭系煤田。第四系厚约150～260米,其下依次为侏罗系、二迭系、石炭系和奥陶系。二迭系山西组和石炭系太原群,是该区主要含煤地层,其中第三层煤位于山西组下部,厚约5米,是本区主要可采煤层。含煤地层在水平方向相当稳     

基于CT三维重建的注水煤岩体裂隙扩展规律研究

针对煤层注水防尘过程中注水压力设置不合理、注水渗流效果差等问题,采用CT扫描技术与RFPA软件相结合的方法,构建了可以表征注水煤岩体内部孔裂隙结构的三维细观非均匀渗流损伤数值模型。通过对经过CT三维重构的煤岩模型进行不同注水压力的渗流损伤模拟,研究了煤层注水压力对煤样的渗流破坏、渗透率演化及声发射特性变化的影响;并通过对重构的煤岩模型进行缩放处理,研究了煤岩尺寸对煤样的渗流破坏和声发射变化的影响。研究结果表明：在煤样微观裂隙扩展过程中,随着注水压力的递增,煤样损伤单元数、渗流运动的渗流场分布范围、渗透率、声发射数目和能量总体呈上升趋势,局部范围内有波动发生,发生波动的原因是由于渗流运动的渗流场与煤样裂隙内部应力场发生临界反应,致使煤样破坏单元位置发生改变;煤样渗透率由3.82×10−5 μm2上升至0.314 μm2,孔隙率由5.45%上升至48.45%,揭示了煤岩体裂隙总体上随注水压力增大而不断扩展贯通,局部上随注水压力增大而扩展趋势有所下降的影响规律;随着煤样尺寸的增加,注水破坏后煤样的孔隙率呈现先下降后逐渐平稳的趋势,声发射特性变化趋势正好与之相反,表明煤样的尺寸对注水煤岩渗流破坏有显著影响,但当煤样尺寸超过40 mm时,煤样尺寸对注水煤岩渗流破坏的影响趋于稳定。CT扫描技术与RFPA软件相结合的方法能够有效模拟注水煤岩的裂隙渗流扩展行为。     

压裂液对煤岩储层解吸–扩散性能的影响

为预防压裂液自吸侵入煤岩基质孔隙,影响煤岩储层的解吸-扩散性能,以沁水盆地石炭统太原组15号煤为研究对象,开展了低伤害活性水压裂液对煤岩储层解吸-扩散性能的损害评价实验,并基于红外光谱、低温氮气吸附和扫描电镜分析了压裂液作用前后的煤岩表面性质和孔隙结构变化。实验结果表明:压裂液处理后,煤样的甲烷解吸率下降了10.23%,扩散系数损害率为16.67%;煤岩表面亲水性增强,液相滞留效应加剧,煤岩基质孔隙比表面增大、孔隙连通性变差、平均孔径减小,这些变化从根本上揭示了压裂液损害煤岩储层解吸-扩散性能的微观机理。最后,提出了基于纳米颗粒封堵技术和表面活性剂技术的煤岩储层解吸-扩散性能损害预防措施。      

突出煤的微观特征

借助显微镜和扫描电镜等对煤样的观察,阐述了突出煤的煤岩特征及微观破坏痕迹,对组分和微结构、微构造进行了定量分析,并论述了微观特征对突出的影响,为具有突出倾向的煤层提供了预报参数。      

山西昊兴塬煤矿瓦斯赋存规律研究

研究区位于山西著名的霍西煤田中西部区域,区域含煤地层出露稳定,潜在资源量巨大。研究表明:井田含煤地层主要为上石炭统太原组(C_3t)和下石炭统山西组(P_1s),可采煤层主要为9、10和11号煤层;煤田地质构造复杂程度属于简单型,褶皱、断层和陷落柱等对煤层影响较小;研究区的矿井瓦斯主要受煤层埋深与上覆基岩厚度的影响,而受其他因素影响不明显。     

山西上石炭统主要煤层对比新方案

山西上古生界的主要工业可采煤层,都赋存在上石炭统上部以Pseudoschwagerina(s.l.)带为标志的太原阶和山西阶中(张志存,1985);在山西绝大部分地区,太原阶和山西阶都是海陆交替相的含煤岩系.对山西以及华北不同地区上石炭统含煤地层的确切对比,进而查明同一沉积期内不同地区地层和沉积矿产的变化特征,是客观     

煤样渗透率有效应力与基质收缩双重耦合效应及其与煤阶关系

为研究煤层气在排采过程中不同煤阶煤储层渗透率动态变化规律,利用煤岩三轴应力应变（基质收缩膨胀）测试系统,对褐煤、气煤和无烟煤样开展了有效应力与基质收缩双重效应物理模拟实验。固定轴压和围压不变,改变气体平衡压力,模拟开发过程中储层压力变化特征,测试其动态渗透率。利用实验结果,分析了不同煤阶煤岩在排采过程中动态渗透率反弹特征,并对比分析煤岩动态渗透率改善效果的差异性。研究表明：气体平衡压力从5 MPa降至1 MPa过程中,在有效应力和基质收缩双重效应作用下,褐煤样的归一化渗透率依次为1. 00、0. 60、0. 57、0. 57、0. 52,气煤样依次为1.00、0. 64、0. 50、0. 54和0. 55,无烟煤样依次为1.00、0. 74、0. 58、0. 50和0. 56。随气体平衡压力下降,中阶及高阶煤样动态渗透率先下降后上升,整体呈不对称“V”型变化规律,但拐点略有不同;低阶煤样动态渗透率呈先下降后基本稳定的趋势,整体呈斜“L”型变化规律。在有效应力和基质收缩双重效应影响下,中阶及高阶煤样动态渗透率改善效果优于低阶煤样。     

沁水盆地煤层气储层纵波、横波速度与地层压力关系研究

在山西省沁水盆地和顺地区煤层气有利区带,选择层位稳定的太原组15号煤层采集煤岩四十四块样品.在不同压力下测试煤样的超声波纵波、横波速度,分析压力对纵波、横波速度的影响及纵波、横波速度的相关性.实验结果表明,煤岩样的纵波、横波速度随着压力的增加而增大,煤岩样的纵波、横波速度与压力之间表现出较好的二次项相关关系;煤样纵波、横波速度受压力的变化影响大于顶板岩样;煤岩样纵波、横波速度之间具有较好的相关关系.对于地震勘探中应用纵波速度预测煤层气储层的横波速度具有实践指导意义.     

稳定同位素在研究太原西山煤田中的应用

太原西山系我国北方石炭二叠纪含煤地层的标准剖面所在地,区内广泛发育着一套典型的海陆交互相含煤岩系,自下而上为中石炭统本溪组,上石炭统太原组和下二叠统山西组,总厚度约180m。煤层主要集中在太原组和山西组,共有18层,可采和局部可采约8~9层。含煤地层中岩石主要以碎屑岩为主,泥岩和灰岩次之。      

淮南深部山西组煤中稀土元素地球化学特征

为探究淮南深部山西组煤中稀土元素来源及地球化学特征,采集淮南煤田深部山西组煤煤样、夹矸、顶板和底板共20个样品,采用电感耦合等离子体质谱仪(ICP-MS)测试样品中稀土元素含量及伴生元素含量,探讨了研究区深部山西组煤中稀土元素地球化学特征。研究结果表明:淮南深部山西组煤中稀土元素含量平均值为40.85 mg/kg,低于中国煤中稀土元素含量平均值;煤中稀土元素配分模式主要是H型配分模式;Eu元素明显负异常,表明煤中稀土元素沉积环境为还原环境;Ce元素呈微弱正异常,表明成煤沼泽环境中海水的影响并未造成Ce的严重亏损;相关性分析结果显示,山西组煤中稀土元素与灰分呈正相关(R2=0.55),与陆源碎屑元素Al、Cr和Th等呈显著正相关,且与海相特征元素(B、Sr和Ca)相关性不明显。     

山西阳泉矿区含煤岩系沉积环境及聚煤规律探讨

阳泉矿区位于山西东部,沁水盆地东北部边缘,是我国主要煤炭基地之一。煤炭资源十分丰富。矿区面积约275km2,含煤地层为石炭二叠系。 一、含煤岩系的岩矿特征 本区含煤岩系主要由太原组和山西组组成。     

山西晚古生代含煤地层及其生物群

山西省境内煤炭资源丰富，前人对山西晚古生代含煤地层做了大量的地质，地层及古生物学基础和研究工作，本文从多重地层学方面对山西晚古生代含煤地层作全面的论述和研究，对系、统级的地层界界线、组、段划分和时代厘定，着重研究各门类古生物群的组合特征及各时期的生物地层界线。