【摘要】：通過對鄂爾多斯盆地東北緣紫金山地區(qū)氣-肥煤樣的孔隙結(jié)構(gòu)測試,在重點(diǎn)闡述主煤層孔隙發(fā)育特征及分形規(guī)律的基礎(chǔ)上,分析其主控地質(zhì)因素,并挖掘了分維特征所暗示的煤層氣可采潛力信息。結(jié)果表明:紫金山地區(qū)煤孔隙率整體偏低,孔隙結(jié)構(gòu)以微孔為主,過渡孔與大孔次之,中孔最少,其中微孔孔容及孔比表面積貢獻(xiàn)率最大,反映主煤層有利于煤層氣的儲(chǔ)集�；趬汗�將本區(qū)煤孔隙劃分三種類型,結(jié)合壓汞參數(shù)分析,指出8+9~#煤開放孔較多、孔喉分布比較集中且相對較大,比4+5~#煤更有利于煤層氣滲流。基于壓汞數(shù)據(jù)分形分析,將研究區(qū)煤樣吸附孔與滲流孔界限確定為100 nm�？紫斗中翁卣魇茏冑|(zhì)程度影響較大,4+5~#煤以深成變質(zhì)作用為主,8+9~#煤則受到相對較強(qiáng)的區(qū)域巖漿熱變質(zhì)作用。其中深成變質(zhì)作用有利于煤吸附能力的增加,而區(qū)域巖漿變質(zhì)作用能夠有效的改善煤孔隙結(jié)構(gòu),增強(qiáng)孔隙連通性,提高煤層的解吸、擴(kuò)散、滲流能力。此外,分形特征還受灰分產(chǎn)率與煤巖組分的影響。結(jié)合含氣性等參數(shù)分析,在資源量相近時(shí),8+9~#煤具有較高的可采性。
【圖文】：

3期王博洋等:鄂爾多斯盆地紫金山地區(qū)煤孔隙分形規(guī)律及其主控地質(zhì)因素分析501圖1研究區(qū)位置及采樣點(diǎn)分布圖Fig.1Thestudyarealocationandthesamplingpointdistribution間，平均為17.81%。8+9#煤層灰分整體偏大，兩者均屬低—中灰煤。紫金山地區(qū)附近存在高灰分產(chǎn)率異常點(diǎn)，是受紫金山巖漿期后熱液作用的影響。4+5#煤水分0.58%～1.76%，平均為1.33%;8+9#煤水分在0.85%～2.73%之間，平均為1.44%，均具有隨煤變質(zhì)程度的增加，水分呈先減小后增大的趨勢。4+5#煤揮發(fā)分介于25.71%～39.05%之間，平均為30.59%，8+9#煤揮發(fā)分介于23.51%～35.74%之間，4+5#煤揮發(fā)分略高，總體表現(xiàn)為隨煤化程度的增加而呈現(xiàn)減小的趨勢(表1，表2，圖3)。據(jù)鉆孔煤芯肉眼觀測，4+5#煤層以半暗煤和半亮煤為主，光亮煤次之，具條帶狀結(jié)構(gòu)，層狀構(gòu)造，半堅(jiān)硬—堅(jiān)硬，斷口以參差狀和階梯狀為主，貝殼狀次之，顯示抗拉強(qiáng)度較小，可改造性強(qiáng)。部分鉆孔中煤層裂隙發(fā)育，裂縫中充填薄膜狀及網(wǎng)格狀方解石。8+9#煤層以半暗煤和半亮煤為主，光亮型煤次之，暗淡煤最少，條帶狀結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，含黃鐵礦結(jié)核;半堅(jiān)硬—堅(jiān)硬，少量為松軟，斷口以參差狀為主，貝殼狀和階梯狀次之。多數(shù)鉆孔煤層裂隙發(fā)育，有薄膜狀及網(wǎng)格狀方解石充填。顯微組分測試數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明無論是4+5#煤還是8+9#煤，顯微組分都以鏡質(zhì)組為主，殼質(zhì)組與惰質(zhì)組次之，礦物質(zhì)含量最低(表1)。2樣品與方法研究區(qū)內(nèi)煤層氣井較多，選擇正在施工的鉆井進(jìn)行煤樣采集工作，煤樣來自于全區(qū)穩(wěn)定發(fā)育的山西組4+5#煤層和太原組8+9#煤層(采樣位置如圖1)，選取代表性煤樣進(jìn)行煤巖基礎(chǔ)測試及孔隙結(jié)構(gòu)測試。采用光學(xué)顯微鏡在油浸反射光條件下，按照國家標(biāo)準(zhǔn)GB/T6948-2008進(jìn)?

502高校地質(zhì)學(xué)報(bào)23卷3期圖2研究區(qū)含煤地層綜合柱狀圖Fig.2Stratigraphicsynthesishistogramofthestudyarea隙率。煤巖孔隙結(jié)構(gòu)分析采用AutoPoreⅣ9510型全自動(dòng)壓汞儀進(jìn)行測試，金屬汞與煤巖表面接觸角為140°，汞表面張力為480dyn/cm，測量的孔隙直徑范圍大于3.0nm。滲透率分析采用PDP-200型克氏脈沖衰減滲透率儀進(jìn)行測試。由于煤體是一種分形體，其孔隙率、滲透率等物理性質(zhì)均具有分形特征(張松航等，2009)，因此，為研究孔隙結(jié)構(gòu)的復(fù)雜程度及定量表征滲流能力，眾多學(xué)者從孔隙分形規(guī)律的角度來揭示煤巖組分的復(fù)雜程度和煤結(jié)構(gòu)遭受破壞的嚴(yán)重程度(趙愛紅等，1998;張曉輝等，2014;宋曉夏等，2014)。Menger海綿的構(gòu)造思想可以用來模擬煤巖體的孔隙分形特性，并由WashBurn方程構(gòu)建的進(jìn)汞體積與進(jìn)汞壓力之間的雙對數(shù)方程可作為描述煤儲(chǔ)層孔隙系統(tǒng)分形特征的數(shù)學(xué)模型(Anguloeta1.，1992;Fallicoeta1.，2010;郭晨，2015)，即:Lg(dVp(r)/dP(r))∝(4－Db)Lgr∝(Db－4)LgP(r)式中:P(r)為壓汞過程中的外加壓力，MPa;r為煤樣孔隙半徑，nm;VP(r)為相應(yīng)壓力P(r)下的累積進(jìn)汞體積，cm3/g;dVp(r)為相應(yīng)壓力增量dP(r)的孔容增量，，cm3/g;D為煤孔隙體積分形維數(shù)，無量綱。根據(jù)Lg(dVp(r)/dP(r))與LgP(r)之間的線性方程求出斜率K，進(jìn)而算出D。3結(jié)果與討論3.1孔隙分布依據(jù)比重瓶法，研究區(qū)4+5#煤孔隙率介于3.47%～6.00%之間，平均為4.48%，8+9#孔隙率介于3.35%～8.129%，平均為5.49%(表1)，8+9#煤孔隙率較高，孔隙率整體表現(xiàn)為隨煤化程度的增加，以Ｒo為1.3%為界呈“U”型變化，這與陳躍等(2016)所得結(jié)論一致(圖4)。壓汞法可測得孔半徑大于3.75nm以上的有效孔隙的孔容?
【作者單位】： 中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院;煤層氣資源與成藏過程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室;
【基金】：國家科技重大專項(xiàng)(2016ZX05041-001) 國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(41530314)
【分類號(hào)】：P618.13

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本文編號(hào)：2544862