版权信息
省级大型综合性科技类期刊
主管部门:自治区科技厅
主办单位:自治区科学技术信息研究院 
协办单位:自治区科学技术情报学会
编辑出版:科技期刊编译室
刊社地址:内蒙古呼和浩特新城西街149号本刊杂志社
邮政编码:100010
电      话:0471-2536371

E-mail  :

nmgkjzz@vip.163.com 

网站地址:www.nmgkjzz.com


往期杂志
当前位置: 首页>往期杂志>详细介绍

一种煤相分析新方法

时间:2016-09-05来源: 作者: 点击: 135次

丁心鲁1,吴保中1,杨涛2,张仲华3,张晓文1

(1. 中国石油集团西部钻探工程有限公司试油公司,新疆克拉玛依  834000;2. 中海石油(中国)有限公司,天津塘沽  300452;3. 中国石油集团新疆油田公司开发公司,新疆克拉玛依  834000)

基金项目:国家重大专项课题“煤储层结构和储层物性之间耦合关系研究”(2008ZX05034-001)

丁心鲁(1985-),男,新疆哈密人,汉族,工程师,地质科工作,硕士研究生。

摘要:针对高煤阶煤相分析主要是镜质组与惰质组的相对含量问题,研究了利用“亚微观观测技术”统计高煤阶煤组分的方法。研究发现:在50mm×35mm煤光片范围内,利用单反相机通过拍摄高像素图片高清显示,可以整体显示煤光片上煤相信息。结合显微镜的微观定性观察,可以对煤组分的相对含量进行快速的定量统计。利用该技术对沁水盆地3号煤进行了镜惰比统计,结果显示沁水盆地3号煤主要为高阶煤,东南部煤层镜质组含量占80%左右,惰质组含量占16%左右,北部煤层镜质组含量占55%左右,惰质组含量占42%左右,反映沁水盆地3号煤东南部是以覆水沼泽为主的泥炭沼泽成煤环境,间有短暂发育的干燥泥炭沼泽和活水泥炭沼泽,北部煤层以覆水沼泽为主,发育干燥泥炭沼泽和活水泥炭沼泽的特点,煤相分布的趋势与以前报道的用经典方法获得的结果基本一致。

关键词:亚微观分析技术;煤相;煤储层;沁水盆地

A Kind of Coal Facies Analysis Technique  

Luo Peng1,Xiao Jingxing2,Yuanh Ruan Renguo1 ,Sang Yuepu3 ,Li Zhankui1

(1. CNOOC Energy Technology & Services Limited 300452, Tianjin; 2. China UniversityofGeosciencies,Beijing100083;3. China National Offshore Oil Corporation 300452, Tianjin)[l1] 

0、引言

    煤相分析是煤储层结构分析的一项重要内容,煤相研究的核心是煤层的成因标志研究,他可划分为煤岩学标志,古植物学标志,地球化学标志及沉积学标志四大类[1-5]。其中,煤的岩石学特征是反映煤层成因的最直接、最可靠的标志之一,煤岩学的标志包括:宏观煤岩组分及宏观煤岩类型;显微煤岩组分、显微煤岩类型及其组合;煤中的同生矿物;煤层的宏观和显微结构-构造标志,这些标志的确定都依赖于煤标本观测手段的提升。随着科学技术的进步,在煤的地化组分检测方面取得了长足的进步,如色谱质谱分析法[6]和煤岩组分解离检测方法[7]等,光学鉴定手段方面依然以显微镜观测技术为主。煤相分析的亚微观观测技术是对现有分析方法的一种补充。

沁水盆地是我国石炭-二叠纪主要含煤盆地之一,是目前我国主要的煤层气产地。近十年来,已有不少研究者运用不同方法对其聚煤环境和煤相进行了研究[8,9]。煤相划分是深入分析煤储层裂隙发育控制因素的重要内容之一。森林沼泽相(覆水沼泽相)形成以镜煤条带为主的煤岩类型,镜煤以发育密集型内生裂隙(割理)为特征,是主要的煤层气储集空间。煤相的分析与分析技术对分析与预测煤储层有利区带有重要意义。本文利用系统采集与制备的沁水盆地山西组主煤层3号煤块煤光片有效实现了本文提出的煤相微观与亚微观综合分析技术,取得了良好效果。

1、地质背景

沁水盆地位于山西省东南部,位于华北板块中部山西断块的东南侧,属于山西隆起二级构造带上的一个三级构造单元[10]。东依太行山隆起,南接中条山隆起,西邻霍山隆起,北靠五台山隆起,是华北晚古生代成煤期之后由断块差异性抬升形成的山间断陷盆地[11]。盆地内缺少晚奥陶世—早石炭世地层。晚石炭世—早二叠世为含煤碎屑岩系,下部夹碳酸盐岩建造。三叠纪山间河湖相杂色碎屑岩与晚古生代之间为连续沉积[12]。沁水盆地是一个中生代的概念,盆地范围晚石炭世-早二叠世是整个华北地台的一部分。晚三叠世以来,山西断块差异性抬升形成沁水盆地,使盆地范围的沉积环境动荡多变,陆相地层发育不连续[12]。上石炭统包括本溪组和晋祠组,下二叠统包括太原组和山西组,是主要的含煤地层,其中主要煤层3号煤和15号煤分别位于山西组和太原组。

    根据沁水盆地露头考察和钻井资料分析,山西组3号煤沉积时期该区总体为三角洲-浅湖相的沉积环境背景。沁水盆地北部地区为河流-三角洲平原沉积环境,中部地区为三角洲间湾、湖泊环境,南部地区则为浅湖和三角洲相沉积环境。沉积物主要来自北部物源,部分来自南部物源。

2、煤相的概念和研究方法

 关于“煤相”概念,一部分研究者强调环境因素,一部分研究者强调物质因素。Stach等(1975)指出,煤相应为一定的形成环境下所沉积的泥炭物质的表现,是煤的原始成因类型。它通过显微组分和矿物含量及某些结构特征来表示[13,14]。早期的煤相划分主要依据占优势含量的显微组分以及其它组分与矿物含量,现在国际上流行对由显微组分构成的参数进行计算,实现煤相划分的量化结果,可称为量化参数法。主要利用三个参数即依据凝胶化指数(GI、植物保存系数(TPI和镜惰比(V/I),将煤相划分为干燥泥炭沼泽相、森林(覆水)泥炭沼泽相、活水泥炭沼泽相和开阔水体相四个相类型[14,15]。传统的煤相研究方法还包括:生物标志物方法、成因参数法、孢粉学方法、煤层形成曲线法、显微组分分析法等几大类。不同的方法都存在一定的优点和相对局限性,生物标志物作为分析古环境、古生态演化的有效方法,但对于样品的要求苛刻,实用性较差;成因参数法和镜惰比法、显微组分分析法受测试者的影响,不同的研究者可能会得出完全不同的数据和结论,存在多解性[16];孢粉学则只适用于有孢子存在的样品;煤层形成曲线方法则受限于肉眼对煤岩成分的鉴定不够准确的影响,也有明显局限性[16]。上述方法对煤层尤其是对变质程度高的煤层的不同显微组分含量的计算难度大,操作复杂。随着煤演化程度增加,壳质组逐渐变得难以识别,并在焦煤以后基本不能鉴定。因此,高煤阶煤的煤相分析主要是镜惰比问题。

以上方法是以显微镜鉴定为主,个别以宏观的肉眼观测为主。本文的研究煤相分析的亚微观观测技术主要是通过单反数码相机对煤光片进行拍摄,利用显微镜观测定性,亚微观定量的一种方法[17],通过亚微观拍照可以使镜质组条带、丝质组条带或透镜体及其混合条带清晰地显示出来,解决显微镜视域直径小(一般在0.2mm-5mm),无法对块煤光片煤组分发育复杂的视域范围50mm-35mm的观测问题。在此基础上用显微镜对不同组分进行鉴定,确定不同组分和煤岩类型的比例,计算参数,确定煤相类型。将微观和亚微观特征结合起来,使镜下难以宏观把握的、识别困难的煤岩组分清晰地显示出来,发挥了微观定性和亚微观定量的作用,克服了单一微观镜下观察对煤岩组分含量统计困难的局限性。

3、块煤光片亚微观特征

    3号块煤光片煤样品主要采集于沁水盆地山西组地层11个煤矿和露头区,包括盆地南部、中部和北部地区。

    在样品CZJF3-1亚微观拍照的照片上,肉眼即可比较清晰的看出样品中不同煤岩组分的分布及其所占样品的比例,可以圈定出有A-F六个不同特征区域,代表不同的煤岩组分条带。不同区域(条带或透镜体)属镜煤条带的组分基本上可以直接识别出来,其它则需要借助显微镜做进一步的识别确认。

4、块煤光片微观特征

由于3号煤的变质程度高,多数已达贫煤和无烟煤,镜质体反射率高在2.0以上,在显微镜下镜质组、壳质组和丝质组分的反射色与低煤阶煤的特点有了很大变化,壳质组和镜质组在这种情况下已经很难区分。所以主要识别出了镜质组和丝质组以及一些矿物。并且通过镜下的鉴定,对亚微观视域下辨别不出的一些组分进行了确定。

对样品CZJF3-1组分识别结果表明,A区域由混合组分组成:即镜质组夹丝质体和壳质体组成混合体;B区域为均质镜质体组分;C区域为丝质体透镜体。D区(点)为无机碎屑矿物质;E区为裂隙充填物;F区(点)为另一丝炭透镜体。据此,这三个区域以外的其它区域可以通过与这三个区域有类比和由这三个区域的外延获得确认(图1)。对应在亚微观照片上显示样品左上部A区混合型煤岩类型条带光泽不纯,构成亮煤-半亮煤。B区所代表中部北东向延伸的为镜煤条带,垂直于条带的内生裂隙发育,构成光亮煤;右下方C区有一丝质体透镜体,构成暗煤,其周围为镜煤(下)和混合型煤(上)。不难统计此块煤光片样品的镜质组含量在85.23%,惰质组含量为13.62%左右(图1)。

 SHAPE  \* MERGEFORMAT

文本框:  
图1  3号煤样CZJF3-1的微观和亚微观照片

采用同样方法对其他样品光片进行了分析,统计发现煤岩类型表现形式有所不同,南部样品的镜质组构成煤的主体,惰质组呈细条带或小透镜体分布,镜质组总体含量在80%左右,惰质组含量为16%左右(见表1)。

沁水盆地高阶煤的煤相观测新技术统计成果表

煤样号

采样位置

镜质组含量

(V/%)

惰质组含量

(I/%)

无机组分

(%)

镜惰比

(V/I)

成因类型

CZJF3-1

东南部

85.23

13.62

1.15

6.26

覆水沼泽为主

CZJF3-2

东南部

79.28

18.21

2.51

4.35

覆水沼泽为主

CZJF3-3

东南部

80.95

17.52

1.53

4.62

覆水沼泽为主

CZJF3-4

东南部

63.63

33.54

2.83

1.90

覆水沼泽,干燥沼泽等

CZJF3-5

东南部

81.42

16.27

2.31

5.00

覆水沼泽为主

JCSH3-1

北部

54.21

41.84

3.95

1.30

覆水沼泽,干燥沼泽等

JCSH3-2

北部

55.69

43.2

1.11

1.29

覆水沼泽,干燥沼泽等

JCSH3-3

北部

39.68

58.12

2.2

0.68

覆水沼泽,干燥沼泽等

JCSH3-4

北部

58.71

40.11

1.18

1.46

覆水沼泽,干燥沼泽等

JCSH3-5

北部

60.2

38.59

1.21

1.56

覆水沼泽,干燥沼泽等

 

5、山西组3号煤的煤相划分

    为了更好地反映煤层的成因特征,根据各显微组分间的不同成因关系,利用它们的统计值,引入参数来更加直观地反映煤层的成因特征。

    镜惰比(V/I):一般来说,镜质组所代表的为一种潮湿的还原环境,惰质组所代表的是一种干燥氧化环境,镜惰比这一参数可以较为直观的反映沼泽的覆水程度及气候的干湿情况。对于成煤沼泽而言,其氧化还原程度与沼泽覆水情况有着密切的联系。利用煤相亚微观观测技术和显微镜观测技术,对所采集的样品煤岩组分含量进行统计。结果表明3号煤镜惰比(V/I)特征表明以覆水沼泽为主的泥炭沼泽成煤环境,间有短暂发育的干燥泥炭沼泽和活水泥炭沼泽相,总体上盆地南部较北部其覆水泥炭沼泽相占有更大比例。

实践表明亚微观与微观结合技术结合较好地整合了微观与亚微观煤岩组分在块煤光片上的视觉特征,为方便准确统计显微组分在样品中的类型与含量,为确定煤相类型提供了一种新的方法。

6、结论

    (1)在煤相分析中利用亚微观观测技术,可以使镜下难以识别的煤岩组分清晰地显示出来,发挥了微观定性、亚微观定量的作用,克服了单一微观镜下观察对煤岩组分含量统计不准的局限性。

    (2)沁水盆地3号煤的反映以覆水沼泽为主的泥炭沼泽成煤环境,间有短暂发育的干燥泥炭沼泽和活水泥炭沼泽。总体上盆地东南部较北部其覆水泥炭沼泽相占有更大比例,这与3号煤早期认识一致。

参考文献

[1]M.Teichmiiller.The Genesis of Coal form the View.point of Coal Petrology[J].Int.J.Coal Geo,1989,(12):1-87.

[2]韩德馨,杨起.中国煤田地质学(上册)[M].北京:煤炭工业出版社.1979

[3]程宝洲,等.山西晚古生代沉积环境与聚煤规律[M].山西:山西科学技术出版社.1992.

[4]赵红燕.近10年来我国泥炭地学的研究进展[J].地球科学进展,2002,17(6):848—850.

[5]王生维.煤相分析在煤储层评价中的应用[J].高校地质学报,2003,9(3):396—401.

[6]胡忠渡,陶秀祥等.煤岩组分解离及其检测方法[J].选煤技术,2011,4(3):4-7.

[7]杨其景 蒋金鹏。激光显微热解气相色谱质谱检测系统分析煤中显微有机组分[J]. 质谱学报,1997, 18(1) :66-69.

[8]方爱民等. 山西西山煤田7号煤层煤相研究.2003.15(5):12-16.

[9]吴新群.布朗意一蒙索盆地煤相研究.1994.12(1):47-55.

[10]徐振永.沁水盆地晚古生代煤系层序地层及岩相古地理研究.2007.35(4):5-7.

[11]贾建称.沁水盆地晚古生代含煤沉积体系及其控气作用.2007.29(4):374-382.

[12]冀涛等.沁水盆地煤与煤层气地质条件.2007.19(5):28-31.

[13]赵师庆等.论“ 沉煤环境—成煤类型—煤质特征”概略成因模型.1994.12(1):32-39.

[14] Bustion R M , Clarkson C R. Geological Cont rols on Coalbed Methane Reservoir Capacity Gas Content [J].International Journal of Coal Geology ,1998,38(1): 3-6.

[15] Pashin J C , Groshong J r R H.Structural Cont rol of Coalbed Methane Production inAlabama[J ] . International Journal of Coal Geology,1998 , 38 (1):89-113.

[16] 胡社荣.潘响亮等.煤相研究方法综述.地质科技情报,1998.17(1):62-66.

[17] 肖建新,何乃祥. 一种高阶煤显微组分观测方法:中国,201310103509[P],2013-3-18

 

 

 


格式:Times New Roman字体,小五,居中,斜体。

本刊创刊于1982年,是由自治区科技厅主管、自治区科技信息研究院主办,由自治区科技情报学会协办、国内外公开发行的省级综合性科技刊物,是反映内蒙古自治区科技与经济发展的窗口。杂志入选《中国期刊全文数据(CJFD)》全文收录期刊和《中国学术期刊综合评价数据(CAJCED)统计刊源期刊,《中国核心期刊(遴选)数据库》收录。本刊是公开发行的综合性科技期刊,为月刊,大16开本。本刊坚持以科技创新为目标,融科技、经济、信息、产业、市场为一体,是促进科技成果转化、推动科技进步、加强技术创新,促进经济发展的专业性期刊。