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1、煤田地质煤田地质学学煤田地质学第十一章煤的共、伴生矿产煤田地质学煤田地质学煤田地质煤田地质学学煤田地质学第十一章 煤的共、伴生矿产1 1 油页岩油页岩煤田地质煤田地质学学煤田地质学 第十一章第十一章 11 油页岩油页岩 一、概述一、概述 1.1.概概念念: :任任何何一一种种能能在在热热解解中中形形成成有有工工业业意意义义的的石石油油的浅成岩石，都可称为油页岩。的浅成岩石，都可称为油页岩。 2. 2.特点特点: :油页岩的矿物岩石组成是多种多样的。有些油页岩的矿物岩石组成是多种多样的。有些属于真正的页岩，主要由粘土矿物组成，有些则主要属于真正的页岩，主要由粘土矿物组成，有些则主要由石英、长石、
2、粘土矿物等的碳酸盐岩形成。目前由石英、长石、粘土矿物等的碳酸盐岩形成。目前世世界上开采的油页岩包括页岩、泥灰岩、碳酸盐岩和其界上开采的油页岩包括页岩、泥灰岩、碳酸盐岩和其它细碎屑岩。它细碎屑岩。煤田地质煤田地质学学煤田地质学 二、油页岩的组成二、油页岩的组成 1. 1.主要元素主要元素: :油页岩的有机质化学组成主要是碳、油页岩的有机质化学组成主要是碳、氢、氧、氮、硫等元素，但变化范围较大。氢、氧、氮、硫等元素，但变化范围较大。 2. 2.油页岩中含的有机质主要是一种油页岩中含的有机质主要是一种固态不溶物质固态不溶物质干酪根干酪根，它与生油岩层中的干酪根无明显差异。，它与生油岩层中的干酪根无明
3、显差异。 第十一章第十一章 1 1 油页岩油页岩 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 3. 3.生油岩与油页岩的区别生油岩与油页岩的区别:有机质丰度和演化有机质丰度和演化程度有所不同。程度有所不同。生油岩中有机质的原始丰度即使很生油岩中有机质的原始丰度即使很低，只要埋藏足够深，都有可能通过运移形成有工低，只要埋藏足够深，都有可能通过运移形成有工业价值的油藏；而油页岩必须含有大量的有机物质业价值的油藏；而油页岩必须含有大量的有机物质才有工业意义。才有工业意义。油页岩在演化阶段上的要求与生油页岩在演化阶段上的要求与生油岩不同，油岩不同，对于热解时产油率高的油页岩最好是埋对于热解时产油率高的油页岩最好是
4、埋藏较浅的。即在深成热解开始之前，干酪根的演化藏较浅的。即在深成热解开始之前，干酪根的演化未达到成熟阶段。未达到成熟阶段。 第十一章第十一章 1 1 油页岩油页岩 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 三、油页岩形成的沉积环境三、油页岩形成的沉积环境 一一般般认认为为，油油页页岩岩主主要要为为还还原原环环境境的的静静水水沉沉积积，主主要要有以下三种沉积环境：有以下三种沉积环境： 1.1.大大型型的的内内陆陆湖湖成成盆盆地地：主主要要属属于于泥泥灰灰岩岩或或泥泥质质灰灰岩岩型，伴生沉积的还有火山凝灰岩和盐类。型，伴生沉积的还有火山凝灰岩和盐类。 2.2.浅海陆棚环境：浅海陆棚环境：此种地带往往为大面积
5、稳定薄层油此种地带往往为大面积稳定薄层油页岩的形成提供了良好的条件。油页岩大多属于黏土类和页岩的形成提供了良好的条件。油页岩大多属于黏土类和硅质类型，也可以为碳酸盐岩型。世界上多为黑色页岩沉硅质类型，也可以为碳酸盐岩型。世界上多为黑色页岩沉积。积。 第十一章第十一章 1 1 油页岩油页岩 煤田地质煤田地质学学煤田地质学3.小型湖泊、沼泽及伴生沼泽的泻湖环境：此种地带往往形成与煤系伴生的油页岩。且大多位于煤层层位以上（图11-1）。 第十一章第十一章 1 1 油页岩油页岩 煤田地质煤田地质学学煤田地质学2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气第十一章 煤的共、伴生矿产煤田地质煤田地质学学煤田地质学第
6、十一章第十一章 2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气 一、与煤层及煤系有机质有关的天然气一、与煤层及煤系有机质有关的天然气 1 1煤成气煤成气 含煤岩系中形成的天然气，泛称为煤成气。含煤岩系中形成的天然气，泛称为煤成气。 这一术语的涵义目前仍存在不同的认识。这一术语的涵义目前仍存在不同的认识。 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 2 2煤型气煤型气 张厚福张厚福等认为等认为煤型气是与煤系和煤层有关的天然煤型气是与煤系和煤层有关的天然气的总合，而煤成气是指煤系和煤层在演化过程中气的总合，而煤成气是指煤系和煤层在演化过程中所形成的天然气，储集在煤层以外的空间内，煤成所形成的天然气，储集在煤层以外的空间
7、内，煤成气属于煤型气中的一类。气属于煤型气中的一类。 唐修义等认为在特定的地质条件下，煤层和煤系唐修义等认为在特定的地质条件下，煤层和煤系中分散有机质在煤化作用过程中生成的气相运移出中分散有机质在煤化作用过程中生成的气相运移出母质储集在多孔岩层内而形成有经济价值的天然气母质储集在多孔岩层内而形成有经济价值的天然气藏，称为藏，称为“煤成气煤成气”或或“煤型气煤型气”。第十一章第十一章 2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 3 3煤层气煤层气 煤层气是煤层生成的气经运移、扩散后的煤层气是煤层生成的气经运移、扩散后的剩余量，剩余量，包括煤层颗粒基质表面包括煤层颗粒基质
8、表面吸附气吸附气，割理、割理、裂隙裂隙游离气游离气，煤层水中煤层水中溶解气溶解气和煤层之间薄砂和煤层之间薄砂岩、碳酸盐岩等储层夹层间的岩、碳酸盐岩等储层夹层间的游离气游离气。煤层气煤层气是一种由煤层自生自储的非常规气藏。是一种由煤层自生自储的非常规气藏。 第十一章第十一章 2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 二、煤层气赋存特征二、煤层气赋存特征 由于洁净能源、煤矿安全、环境保护等多重由于洁净能源、煤矿安全、环境保护等多重效益，自效益，自2020世纪世纪7070年代以来，煤层气日益受到年代以来，煤层气日益受到各个国家的重视。美国是世界上最早、也是目各个国家的重视
9、。美国是世界上最早、也是目前唯一实现煤层气工业性开发的国家。前唯一实现煤层气工业性开发的国家。 第十一章第十一章 2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 （一）煤层气的成分及其赋存状态（一）煤层气的成分及其赋存状态 1. 1.煤层气的成分煤层气的成分 煤层气的成分有煤层气的成分有甲烷、二氧化碳、氮、重烃气（乙甲烷、二氧化碳、氮、重烃气（乙烷、丙烷、丁烷、戊烷及其它化合物）、氢、一氧化烷、丙烷、丁烷、戊烷及其它化合物）、氢、一氧化碳、二氧化硫、硫化氢、以及氦，氖、氩、氪、氙等碳、二氧化硫、硫化氢、以及氦，氖、氩、氪、氙等稀有气体。稀有气体。其中，其中，甲烷含量最高，
10、可达甲烷含量最高，可达9090以上，以上，重重烃含量一般为烃含量一般为1 14 4至至15152020，氮含量小于，氮含量小于l l。 由此可知，由此可知，煤成气主要成分为甲烷，所以又称为煤成气主要成分为甲烷，所以又称为煤层煤层甲烷或煤矿瓦斯。甲烷或煤矿瓦斯。 第十一章第十一章 2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 2. 2.煤层气的赋存状态煤层气的赋存状态 煤层气以煤层气以游离状态、吸附状态和溶解状态赋存于游离状态、吸附状态和溶解状态赋存于煤层内煤层内。游离状态的煤层气游离状态的煤层气，游离状态的煤层气，游离状态的煤层气一般约占一般约占10102020。吸附状
11、态的煤层气，吸附状态的煤层气，这种这种赋存状态的煤层气往往占约赋存状态的煤层气往往占约80809090。 第十一章第十一章 2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 吸附吸附- -解吸动态平衡解吸动态平衡: :两种状态下的煤层气，在两种状态下的煤层气，在一定的压力和温度条件下处于动平衡状态，当压力一定的压力和温度条件下处于动平衡状态，当压力和温度变化时，彼此可以相互转化。和温度变化时，彼此可以相互转化。当压力增加、当压力增加、温度降低时，温度降低时，些游离状态的煤层气较多地变为吸些游离状态的煤层气较多地变为吸附状态；反之，则相反。因此，附状态；反之，则相反。因此，这
12、是一种可逆的过这是一种可逆的过程。程。在一定条件下，被吸附的气体分子与煤的内表在一定条件下，被吸附的气体分子与煤的内表面脱离而呈游离状态，称作面脱离而呈游离状态，称作解吸。解吸。第十一章第十一章 2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 吸附 解吸 动态平衡第十一章第十一章 2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气 煤田地质煤田地质学学煤田地质学煤层气的产出是排水降压过程，是解吸 扩散渗流耦合、气水两相渗流的复杂过程煤层是典型的裂隙孔隙型储层第十一章第十一章 2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 3.3.煤层气含量煤层气含量 单位体积或单
13、位重量煤内游离状态与吸附状单位体积或单位重量煤内游离状态与吸附状态煤层气之和，态煤层气之和，称为煤层气含量或煤层瓦斯含称为煤层气含量或煤层瓦斯含量。量。它代表了煤化作用中产生的煤层气量与历它代表了煤化作用中产生的煤层气量与历经地质时间所丢失的煤层气量之差。在实验室经地质时间所丢失的煤层气量之差。在实验室条件下，条件下，煤层气含量是指标准状态下（即在煤层气含量是指标准状态下（即在00和和760mm760mm汞柱下）每吨或每立方米的煤内所汞柱下）每吨或每立方米的煤内所含的煤层气量。含的煤层气量。第十一章第十一章 2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 4.4.逸散气、
14、解吸气和残余气逸散气、解吸气和残余气 煤层气是混合气而非单一甲烷气体。煤层气煤层气是混合气而非单一甲烷气体。煤层气在煤层中的赋存状态会因外界条件的改变而发在煤层中的赋存状态会因外界条件的改变而发生变化，所以在测定煤的含气量时，按采集气生变化，所以在测定煤的含气量时，按采集气样的过程和测定方法的不同，可划分为样的过程和测定方法的不同，可划分为逸散气、逸散气、解吸气和残余气。解吸气和残余气。 第十一章第十一章 2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 逸散气逸散气是指在采集过程中，由于压力、温是指在采集过程中，由于压力、温度等的变化而发生解吸所逸散掉的煤层气；度等的变化
15、而发生解吸所逸散掉的煤层气； 解吸气解吸气是指样品在密封后，在与解吸装置是指样品在密封后，在与解吸装置连通进行解吸测定而得出解吸气量；连通进行解吸测定而得出解吸气量； 残余气残余气则是指经解吸后残留的部分。则是指经解吸后残留的部分。 第十一章第十一章 2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 （二）煤层气的形成（二）煤层气的形成 煤煤层层气气的的形形成成主主要要决决定定于于煤煤化化作作用用的的过过程程和和煤的不同显微组分。煤的不同显微组分。 1.1.煤化作用产生气态物质是形成煤层气的基煤化作用产生气态物质是形成煤层气的基础：础：煤化作用中随温度、压力的增加，煤的挥煤
16、化作用中随温度、压力的增加，煤的挥发分逐渐减少，由褐煤、烟煤到无烟煤，挥发发分逐渐减少，由褐煤、烟煤到无烟煤，挥发分大约从分大约从5050降至降至5 5左右。这些左右。这些挥发分挥发分主要以主要以CHCH4 4、COCO2 2、H H2 20 0、N N2 2、NHNH4 4等气态产物形式逸出，等气态产物形式逸出，形成煤成气的基础。形成煤成气的基础。 第十一章第十一章 2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 2.2.煤化跃变对煤层气形成起重要作用煤化跃变对煤层气形成起重要作用在煤化作用多次跃变中，不仅发生煤的变质，而且每次跃变都相应出现一次成气的高峰。Karweil（1969）据此提出了各阶段煤化作用的产气量（图11-2）。第十一章第十一章 2 2 煤成气及煤层气煤成气及煤层气 煤田地质煤田地质学学煤田地质学 在全部煤化作用的过程中，煤中有机质的基本结构单元（缩合稠环芳烃体系）不断减少所带有的侧链和官能团，如羟基OH、甲基CH3、羧基COOH、醚基O等；可形成各种挥发性产物，其中甲烷逐渐增多，特别是在烟煤转变为无烟煤的第三次跃变，释放出大量甲烷。 第十一章
