郑庄-胡底煤层气地球化学特征及成因探讨

结合沁水盆地南部地质构造史和热演化过程,从甲烷碳同位素与煤岩镜质组反射率、甲烷碳与氢同位素、甲烷与水的氢同位素值定量关系3方面探讨了郑庄和胡底区块煤层气成因,结果表明:煤层气组分中,甲烷体积分数占绝对优势,为96.83%~98.55%,为极干燥气体;甲烷δ13C1和δD分别为-33.1‰~-30.8‰和-179.32‰~-160.53‰;煤层气主要为经次生改造的热解成因煤层气。煤层气δ13C1实测值与推测值-27.89‰相比明显偏轻,其原因是燕山期异常古地温阶段,横向地下水循环和竖向热液循环过程中流体优先溶解13CH4产生的甲烷碳同位素分馏作用的结果。15号煤抽采煤层气甲烷氢同位素值与伴生水氢同位素值定量关系表明,由于CO2还原次生生物作用造成3号煤和15号煤抽采煤层气甲烷δD的差异。     

沁水煤田下霍井田煤系沉积环境及聚煤规律研究

下霍井田位于华北聚煤盆地中部,含优质的二叠纪煤层。针对沁水煤田下霍井田煤系的沉积环境和聚煤规律开展研究,根据沉积特征,研究了煤系沉积环境及垂向演化;通过煤系及煤层顶底板沉积特征、煤层厚度变化、煤岩组分、煤中灰分硫分等分析了聚煤环境及煤层、煤质变化的影响因素。研究认为,太原组为本溪组填平补齐基础上的聚煤期泥炭沼泽—碳酸盐台地—瀉湖—三角洲—碎屑“废弃”相沉积组合,显示典型的海陆交互相约代尔旋回,属正常的海进海退沉积;山西组为太原组海侵末期形成的泥炭沼泽—三角洲旋回沉积,煤层形成于海侵减弱、陆源碎屑尚未增强的过渡时期,是聚煤期植被控制下发育的动态泥炭沼泽在碎屑贫化的基础上泥炭纯净累积演化而成;成煤期后,河流下切冲刷破坏泥炭层。该研究成果对于煤炭资源的可持续发展以及提高煤炭资源开发和利用的效率具有重要的理论与实践意义。     

沁水盆地北部太原组煤层气碳同位素特征及成因探讨

为了研究沁水盆地北部寺家庄太原组煤层甲烷 (CH 4)及二氧化碳(CO 2)的成因,对11口煤层气井排采气进行了化学组分和同位素测试,探讨了煤层CH 4及CO 2的成因及联系。结果表明：沁水盆地北部煤层CH 4平均体积分数为98.6%,CO 2为0.25%,N 2为1.07%;煤层CH 4碳同位素值介于-33.2‰~-40.8‰,平均值为-37.1‰,以煤热裂解成因为主,含有微生物CO 2还原成因CH 4,属于混合成因煤层气。沁北煤层CH 4碳同位素分馏起主导作用的是解吸-扩散-运移作用,储层浅部压力小,含轻碳同位素的CH 4优先解吸,经扩散运移至上部地层进而逸散到大气中。煤层CO 2的δ13C值为-15.9‰~+0.05‰,平均值为-8.6‰,为煤热演化初期或最近一次煤层抬升再沉降后煤中有机质热裂解产生,碳同位素较重的地方受地下水或微生物CO 2还原作用影响。煤层CO 2碳同位素随煤层埋藏变浅而变重,浅部煤层微生物CO 2还原作用强,使CO 2碳同位素变重。     

西山矿区煤中有机碳同位素特征与其成熟度之间的联系

分析了西山矿区屯兰矿7个煤层共19个煤样品的有机碳同位素丰度,研究了各煤层之间碳同位素值(δ~(13)C_(org)值)的分布特征和变化趋势。研究成果表明:屯兰煤中δ~(13)C_(org)值的变化范围在-25.6‰～-23.3‰之间,平均值为-24.3‰;自下而上由9煤至02煤的δ13C值呈现出总体偏正的趋势,仅在7煤发生了偏负现象,煤中δ~(13)C_(org)的增大可能是受到二叠纪华北地区温度上升的影响;随着成熟度增加,不同煤层煤的δ~(13)C_(org)-Rmax相关性曲线总体上呈现出一定的正相关关系;采用多项式回归函数模型确定了δ~(13)C_(org)-Rmax之间的关系。     

焦作矿区煤层气运移分馏特征

通过对焦作矿区二1煤层自上而下连续取样,做含气量、气体成分、甲烷碳同位素、显微煤岩组分和等温吸附等一系列实验,引用吸附势理论计算煤层气含量演化史,并结合煤层的埋藏史和热史进行分析,认为该区存在煤层气的运移和再聚集。揭示出该区存在3种煤层气分馏机理:热解分馏、解吸/吸附—扩散分馏和水溶解分馏。三者共同作用造成煤层底部的构造煤分层δ13C值高于其上部的原生结构煤分层,形成甲烷碳同位素的分馏。解吸/吸附—扩散分馏和水溶解分馏分别造成煤层底部的构造煤分层N2和CO2组分值低于其上部的原生结构煤分层,形成煤层气组分分馏。煤层气的运移、再聚集和多种分馏机理造成该区煤层气较为富集,成为煤层气开发的有利区。     

阜康市白杨河矿区煤层气成因研究

通过对白杨河矿区煤层的分布特征、煤岩显微组分特征(主要为镜煤最大反射率Ro为0.60-1.01%)、煤层气组分特征(甲烷含量67.22-92.73%)和气体地球化学(碳同位素δ13C1为-55.92~-65.75‰),认为区内形成的煤层气成因为:前期热解成因气以及后期次生生物成因气而形成的混合成因气。     

无机成因二氧化碳气-水界面交换反应表征与机制

天然气中二氧化碳组分和水体中溶解无机碳构成碳酸平衡体系及碳同位素分馏平衡体系。通过开展无机成因二氧化碳气体的气-水交换实验,揭示了二氧化碳气体在溶解过程中组分体积分数和碳同位素的精细变化。研究发现:在101 325 Pa和30℃条件下,二氧化碳气体经13 h与瓶中水体达到组分体积分数和碳同位素的分馏平衡;初始二氧化碳体积分数为2.0%,平衡后为1.1%;初始δ~(13)CCO_2值为-2.5‰,平衡后为-14.6‰,碳同位素分馏幅度高达12.1‰。经气-水界面交换反应,无机成因二氧化碳气体体积分数和碳同位素值随时间变化均可表征为负指数函数。黄河水样δ13CDIC值为-8.2‰,表明水体中大部分DIC来源于土壤有机质分解释放的CO2;富重碳同位素二氧化碳气体与水体DIC反应平衡后,二氧化碳气体由无机成因经混染改造为有机成因。     

浙西早寒武世大陈岭组地震液化脉碳氧同位素特征研究

针对浙江西部裴岭脚地区早寒武世大陈岭组中发育两套地震事件沉积,通过自下而上共采取了14块含液化脉的样品,分别对脉体和其对应的围岩进行碳氧同位素研究。研究发现:δ~(13)C_(PDB)-w为+0.01‰~-1.09‰,δ~(13)C_(PDB)-v为-0.07‰~-1.51‰,数值均属于正常海相碳酸盐岩沉积区,但每一个样品均显示δ~(13)C_(PDB)-wδ~(13)C_(PDB)-v,研究认为这是由于地震驱动造成的泄水构造产生的同位素分馏、后期蚀变和泄水过程中δ~(12)C优先于δ~(13)C从沉积物中迁移所致;脉体和围岩的氧同位素值均表现受强烈的蚀变作用,因为泄水构造在形成过程中伴有热蚀变作用,形成之后,是一个构造薄弱面,易受大气降水、后期热液等作用的影响。     

煤层甲烷碳同位素与含气性关系

煤层气甲烷碳同位素值是反映煤层气成因及赋存条件的有效参数。通过对沁水盆地沁南东区块煤层甲烷碳同位素和煤储层含气性测试资料分析,剖析了3号煤层甲烷碳同位素分布特征,建立了煤层甲烷碳同位素与镜质组反射率、煤层埋藏深度和煤储层含气性之间的相关关系和模型,揭示了煤层甲烷碳同位素分布的控制机理。研究结果表明:本区3号煤层自然解吸气甲烷碳同位素为-28.89‰~-53.27‰,平均-36.48‰。与全国其他地区同等演化程度的煤层气相比总体偏重,表现出煤层具有较好的保存条件;3号煤层甲烷碳同位素与镜质组反射率和煤层埋藏深度之间呈对数函数关系,且随着镜质组反射率和煤层埋藏深度增加而变重,与全国煤层甲烷碳同位素统计规律一致,主要受控于煤层气形成的热动力学机制之下的同位素分异效应和煤层气解吸—扩散—运移过程中甲烷碳同位素的分馏效应;煤层甲烷碳同位素与煤储层含气性之间存在相关性,且随着煤层气含量、煤储层压力和含气饱和度增加,3号煤层甲烷碳同位素也相应变重,且呈对数函数关系,反映控制煤储层含气性的因素与控制煤层甲烷碳同位素的因素存在一致性。     

陆相盆地沼泽体系煤相演化、层序地层与古环境

为了揭示陆相盆地沼泽沉积特征及沉积演化史,进行了柴北缘大煤沟F煤层沉积学、层序地层学、煤岩学研究。以沉积滨线坡折带、波浪能量耗尽点和浪基面为界,将沼泽体系划分为湖滨平原、低能滨湖、高能滨湖和浅湖4个亚相,从沉积学、层序地层学和煤岩学角度提出了陆相湖盆沼泽沉积模式。建立了基于氧化还原性、水体能量和受陆源沉积物影响程度3个指标的煤沉积相确定方法,识别出氧化-低能-低灰等5种特征沉积环境,应用该方法恢复的煤相演化史表明F煤层主要沉积于波浪能量耗尽以上的湖滨平原和低能滨湖亚相。识别出陆源碎屑体系废弃面、相对整合面、湖泛面、陆表暴露面4种关键层序界面、2种准层序类型,将F煤层划分为4个层序、5个准层序组、10个准层序,建立了该煤层等时地层格架及相应的基准面变化曲线。层序格架内煤相演化与沼泽环境特征关系表明:气候作用下的降雨量是沼泽基准面变化及湖侵-湖退的主要驱动力,正常湖退形成的整合面和强制性湖退形成的河道间暴露面为主要层序界面类型,沼泽环境特征受沉积相和基准面变化双重控制,从湖滨平原到滨、浅湖,水介质盐度降低、碱性增强,木本植物先减少再增加,并发生高位沼泽—低位沼泽—高位沼泽的演化。     

关于煤层甲烷稳定碳同位素研究的回顾与展望

稳定同位素研究在常规天然气研究中具有重要的作用，本文对甲烷碳同位素的控制与影响因素、煤层气同位素地球化学与成因类型以及煤层甲烷δ^13C值偏轻的原因等方面的研究现状进行了分析，认为在今后工作中应针对煤储层的特点，加强煤层的吸附／解吸特性对甲烷碳同位素分馏作用影响的研究。     

吐哈盆地大南湖矿区煤岩煤质特征及成煤环境分析

吐哈盆地大南湖矿区煤炭资源丰富,采用煤岩学、煤化学等研究方法,通过资料收集和煤层剖面采样测试,对研究区侏罗系中统西山窑组25号煤层煤质、煤岩及煤相特征进行了分析研究,并探讨了聚煤规律。研究结果表明,大南湖矿区25号煤层属于特低灰、高挥发分、低硫煤;煤岩显微组分以富惰质组为主,其次为镜质组;煤层共经历了干燥森林沼泽及较干燥森林泥炭沼泽、较潮湿森林泥炭沼泽、干燥森林泥炭沼泽、潮湿草本沼泽、干燥森林泥炭沼泽5个演化阶段。     

阜康矿区煤层气成因探讨

以准噶尔盆地南缘阜康矿区为研究区,对研究区内10口煤层气井的排采气进行了气体组分、甲烷碳同位素、乙烷碳同位素及二氧化碳碳同位素测试,并结合研究区特殊的地质环境特征对煤层气的成因进行了判别。研究发现:阜康矿区煤层气组分包括CH_4(81.79%)、CO_2(14.36%)、N_2(2.28%)和C_(2+)(0.99%),煤层气甲烷碳同位素值δ~(13)C_1分布范围为-58‰～-49‰,平均值为-53‰,乙烷碳同位素值δ~(13)C_2分布范围为-32.2‰～-23.1‰,平均值为-28.1‰,二氧化碳的碳同位素值δ~(13)C(CO_2)分布范围为+8.5‰～+14.2‰,平均值为+12.9‰;研究区煤层气为热成因和次生生物成因的混合成因气,其中的热成因气为热降解成因,次生生物气主要是醋酸发酵形成的产物;急倾斜煤层和火烧区为微生物进入煤层提供了通道;温度适宜、偏酸性且矿化度较低的地下水环境为微生物提供了生存环境;地下水渗流方向与煤层气运移方向相反,具有水力封堵控气作用;火烧区滞水层与煤层顶底板一同对煤层气藏进行有效圈闭,保证了混合成因气的储存。     

乌达煤田尘土汞溯源分析

本文采用多接收电感耦合等离子体质谱仪(MC-ICPMS)分析了乌达煤田9号火区的不同煤层煤、落尘和地表土汞同位素比值,以探讨煤火区地表汞的可能来源煤层。结果表明,煤、落尘和地表土δ202Hg均值分别为-1.98 ‰、-1.30 ‰、-1.26 ‰,皆具明显偏负特征;地表汞Δ199Hg、Δ201Hg值也显示了偏负异常,如落尘分别为-0.13 ‰、-0.11 ‰,地表土分别为-0.11 ‰、-0.10 ‰。对比分析汞同位素组成特征,尘土δ200Hg、δ202Hg、Δ200Hg值均介于9号煤层与10号煤层之间,趋于9号煤且偏负,表明9号火区尘土汞主要来源于9号煤层,而非10号煤层。尘土δ202Hg值较9号煤显示明显偏负现象是煤燃烧和加热过程中动力分馏效应及地质层析效应的综合结果。汞同位素可有效判别煤火区地表汞来源煤层,添加汞同位素分析可有利于提高地下煤火监测效果。     

鄂尔多斯盆地直罗组聚煤规律及其对古气候和铀成矿环境的指示意义

鄂尔多斯盆地侏罗纪含煤岩系不限于延安组,其始于富县组沉积末期(Toarcian晚期),终于直罗组沉积早中期(Bathonian期)。关注侏罗纪含煤岩系衰退演化阶段的直罗组聚煤特征与发育演化规律研究,不仅有助于阐明鄂尔多斯盆地侏罗纪含煤岩系的地层结构,重塑Bathonian期古气候变化和迁移的细节过程,还有助于从外部还原介质的角度剖析砂岩型铀矿的成矿环境。结合区域露头调查并通过大范围钻孔资料的地层对比发现,在直罗组下段下亚段沉积时期,全盆地具有较大范围的聚煤作用,聚煤区围绕盆地沉降中心呈环带状展布,说明此时的古气候尚处于潮湿环境。但是,聚煤规模却远不如延安组,以发育薄煤层、煤线和碳质泥岩为特征,说明Bathonian期鄂尔多斯盆地总体处于由潮湿向干旱转变的古气候背景中。调查发现,从直罗组下段上亚段沉积期开始,全盆地聚煤作用步调不尽一致。此阶段,盆地南部、中部和东部聚煤作用终结,预示古气候已转变为干旱型。而在盆地北部和西部,聚煤作用持续发育,自东向西聚煤层位逐渐抬升,目前见到最高的聚煤层位位于贺兰山二道岭地区的直罗组中上段,煤层最厚可达6.60 m。这预示着,始于Toarcian晚期开始形...     

阳泉矿区寺家庄井田9#煤段煤层气地球化学特征及成因分析

为达到寺家庄井田的煤层气增产目的,开展了煤岩煤层气解吸和气体地球化学特征分析。煤岩现场解吸和气体组分分析结果显示:9~#煤段煤岩在完整解吸过程中,甲烷体积分数先增大后减小,氮气体积分数先减小后增大,重烃体积分数与甲烷体积分数变化趋势一致,但并不同步,而是要晚些。碳同位素分析显示:随着解吸的进行,煤层δ~(13)C(CH_4)整体呈增大的趋势,随着远离煤层δ~(13)C(CH_4)逐渐增大。9~#煤段煤层气成因主要为热成因,后期经过了扩散运移,生物作用不明显。     

基于FTIR与烷烃气碳同位素特征的中阶煤结构演化研究

煤变质作用过程存在多次阶跃点,并发生以热降解-热裂解作用为主形成烷烃气。为探究中阶煤结构演化特征,以西山煤田中阶煤为研究对象,采用傅里叶红外光谱测试分析方法对中阶煤化学结构演化特征及其与烷烃气碳同位素关系进行了研究。结果表明,煤层气碳同位素值位于-57.20‰～-31.41‰之间,乙烷与甲烷碳同位素值相比变化相对较弱。样品中羟基以自缔合氢键为主,芳香烃结构以苯环三取代为主,芳碳率在演化中变化较弱,芳环缩合度则出现增大—减小—增大的变化趋势,脂肪烃以亚甲基含量为主,支链化程度参数在演化中出现减小—急增—减小的阶段性变化。结合甲烷碳同位素特征分析认为,中阶煤阶段结构演化可划分为五个阶段,第一阶段(0.65%o<1.10%)以热解作用为主导,δ¹³C₁呈微弱减小的趋势;第二阶段(1.10%o<1.30%)以热解与缩聚的叠合为主,δ¹³C₁值开始变重;第三阶段(1.30%o<1.50%)由煤的热...     

煤层瓦斯解吸扩散过程中甲烷碳同位素分馏动力学模型

甲烷在多孔介质煤层中运移时,会发生显著的同位素分馏,目前的模型和机制并不能完全解释瓦斯运移过程中的同位素分馏现象。以不同分子间的竞争吸附作用、扩散能力差异性以及碳同位素分馏解吸-扩散成因等理论为基础,构建了煤层甲烷碳同位素分馏动力学模型。研究结果表明,在解吸过程中,甲烷碳同位素逐渐变重。瞬时同位素值在解吸后期呈指数级变重,累计同位素值随时间的变化与气体的累计脱气量随时间的变化相似。在气体扩散过程中,扩散系数比值（D₁/D₂）对同位素分馏具有显著的控制作用。煤心中吸附气的体积分数占到90%以上,吸附/解吸引起的同位素分馏变化与耦合作用下引起的同位素分馏变化相近,该模型较好的预测了煤心瓦斯解吸中碳同位素分馏试验。甲烷在孔隙中的解吸、扩散是碳同位素发生分馏的重要原因,在此过程中游离气和吸附气引起的同位素分馏具有阶段性。通过该模型的参数与煤心的参数匹配后,可以获得煤心吸附气含量、游离气含量,进而评价煤层瓦斯含量。将该模型应用到煤层钻孔瓦斯抽采过程中,结合现场测试和实验室测试确定模型参数,建立煤层钻孔抽采瓦斯碳同位素值与瓦斯抽采情况的关系。可以判断煤层...     

延长探区延长组陆相页岩气地球化学特征和成因

通过页岩气样品的气体组分含量及稳定碳、氢同位素分析,对鄂尔多斯盆地东南部延长探区上三叠统延长组陆相页岩气地球化学特征进行了研究,探讨了延长探区延长组陆相页岩气成因和来源.结果表明:①延长探区延长组页岩气以烷烃类气体为主(87.89%～99.66%),甲烷含量均小于95%(60.44%～91.68%),重烃组分含量高,干燥系数较低(64.00%～93.43%),非烃气体含量低(以N₂和CO₂为主,分别为0.68%和1.36%),为典型的湿气;②延长探区延长组页岩气甲烷、乙烷、丙烷和丁烷碳同位素值分别分布在–53.4‰～–46.3‰、–39.7‰～–31.9‰、–34.3‰～–29.6‰和–33.8‰～–25.0‰之间,碳同位素总体上表现为δ13C₁<δ13C₂ <δ13C₃ <δ13C₄的正碳同位素序列,仅少部分样品δ13C₃ 和δ13C₄发生倒转;③延长探区延长组页岩气以热成因气为主,主要为来源于低熟—成熟阶段的偏腐泥型页岩干酪根裂解形成的油型气.     

顶峰山矿区39号煤层的煤岩学与煤相特征

利用煤岩学和沉积地球化学相结合的方法,从煤岩学、沉积学、古植物和沼泽水介质动力条件等方面对福建龙永煤田顶峰山矿区二叠系童子岩组主采39号煤层进行了研究,结果表明：39号煤层的煤相包括4种类型，即闭流沼泽相、障壁岛－泻湖沼泽相、强覆水森林沼泽相和浅覆水森林沼泽相，其中强覆水森林沼泽相是该煤层煤相类型的主体，在沼泽演化过程中占有主导地位；沼泽覆水深度的变化会引起煤相组合和旋回结构的相应变化。煤层从下而上由浅覆水森林沼泽相、强覆水森林沼泽相和弱覆水森林沼泽相等组合而成，韵律明显。沼泽水动力条件同样经历了由弱-强-弱的演化过程，沼泽水流具有由滞流-活动-滞流的周期性变化特点，泥炭沼泽水介质总体上处于弱-强还原环境；该煤层在其形成过程中不断受到海陆两方面的影响，泥炭沼泽发育过程呈现出波动式变化,导致泥炭沼泽类型呈跳跃式演化，从而形成了一套海陆交互相的成煤沼泽环境，表现为障壁岛－泻湖沉积体系的沉积特征。