构造煤结构与储层物性

摘要

构造煤研究涉及到基础地质理论、煤层气资源、煤矿安全和环境地学等重要领域.本文以两淮地区区域地质与煤储层地质为研究背景,探讨了构造煤形成的低、中、高三种变质变形环境,提出了一套既适合于煤层气开发又适合于煤与瓦斯突出防治的结构-成因分类方案,该方案分为三个变形序列十类构造煤:脆性变形序列包括碎裂煤、碎斑煤、碎粒煤和碎粉煤,片状煤和薄片煤;韧性变形序列为揉皱煤、糜棱煤和韧性结构煤;脆韧性过渡型为鳞片煤;并分别叙述了不同类型构造煤的宏观和微观变形特征.运用X射线衍射、高分辩透射电镜、顺磁共振、核磁共振以及傅立叶红外光谱等现代技术方法系统研究了不同类型构造煤的大分子化学结构特征;利用压汞法、液氮吸附法和扫描电镜研究了构造煤的孔隙结构特征;采用平衡水条件下等温吸附/解吸实验与大直径构造煤原位样品室内渗透率实验研究了不同类型构造煤的吸附-解吸性与渗透性特征.首先建立了构造煤微孔隙结构自然分类系统;在CH4或多元气体吸附-解吸过程中,发现变形较强的构造煤CH4等温吸附曲线不符合五种吸附曲线类型,并且CH4或多元气体吸附-解吸具有不可逆性.在此基础上,深入探讨了构造煤结构演化及其与储层物性作用机理.然而,构造煤是煤中构造变形和围岩岩石力学性质等共同作用的结果,由此进一步论述了煤层断层、层滑构造、煤层流变和煤层韧性剪切带的变形特征及形成机制.研究认为:一定脆性变形程度的片状煤、碎斑煤与碎裂煤以及较弱韧性变形的揉皱煤并经后期脆性变形叠加形成的构造煤等储层具有较好的煤层气勘探开发潜势,而变形程度较强的脆韧性与韧性构造煤如鳞片煤、糜棱煤等储层恰恰是瓦斯抽采和煤与瓦斯突出防治重点解决的难题.