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1、瓦斯地质学复习资料（贡献者：郭亚飞 韩宗建等）1. 瓦斯：瓦斯是煤在地质历史演化过程中形成的气体地质体。地质构造：地壳中的岩层在地壳运动的作用下发生变形与变位而遗留下的形态。地质构造的复杂程度 控制着煤与瓦斯的突出危险性。构造煤的发育特征 控制着瓦斯抽采级瓦斯治理的难度。2.瓦斯地质学：研究瓦斯的形成、运移、赋存和发生瓦斯灾害的地质控制理论的一门交叉学科。3. 研究内容：瓦斯赋存机理研究；构造煤和瓦斯突出煤体基础理论研究； 瓦斯抽采地质控制机理研究； 煤与瓦斯突出的地质控制机理研究。4. 瓦斯地质规律：瓦斯与地质因素的内在的本质的联系。5. 含煤盆地：是指赋存煤炭的沉积构造盆地。时间上不连续性
2、，空间上不均匀性。6. 世界5个主要聚煤期：石炭纪聚煤期、二叠纪聚煤期、早中侏罗世 聚煤期、晚侏罗早白垩世聚煤期、晚白垩始新世聚煤期，其中石炭 纪和二叠纪聚煤期成煤量最多。7. 中国含煤盆地成生时期：主要发生在晚古生代石炭纪以后，并以石 炭纪、二叠纪、三叠纪（晚三叠世）、侏罗纪（早、中侏罗世）、白 垩纪（早白垩世）及古近纪和新近纪为主要成煤期。瓦斯成因：按照生物地球化学营力和热力地球化学营力分类：生物成因（原生生物成因，次生生物成因；热成因（热解成因，裂解成因）。1 生物成因瓦斯是指由各类微生物的一系列复杂作用过程导致是指由各类微生物的一系列复杂作用过程导致成煤物质降解而生成的瓦斯气体。成煤物
3、质降解而生成的瓦斯气体。2 热成因瓦斯是指随着煤化作用的进行，伴随温度升高、煤是指随着煤化作用的进行，伴随温度升高、煤分子结构与成分的变化而生成的瓦斯气体。分子结构与成分的变化而生成的瓦斯气体。次生生物成因瓦斯在煤层中生成并保存的基本条件：煤层经构造抬升进入或曾经进入细菌活动带 煤层渗透性较好有携带细菌的潜水活动 煤层压力高，围岩封闭性较好 四种作用导致瓦斯中非烃气体异常聚集： A、异常热化学作用 B、水渗透作用 C、顶板封盖作用 D、煤阶和煤岩组成10. 煤化作用实质：温度升高条件下化学反应过程。表现C升O降。煤的大分子结构上析出的气体是煤层瓦斯的主要来源，煤化作用过程中产生的气体随着煤阶的
4、增高而迅速增加，煤的储气能力迅速下降。11. 瓦斯的保存条件：构造运动演化对煤层瓦斯保存起重要作用 不同地质构造类型对瓦斯保存的影响8分：（这部分考看图题，任意四个）沉积作用对瓦斯保存的影响：聚煤特征、含煤岩系的岩性、岩相 组成及其空间组合均受控于沉积环境。因而，沉积作用在很大程度上决定了瓦斯生成的物质基础以及煤储层、盖层的几何和物性特征，并通过煤层与围岩之间的组合关系影响到瓦斯的保存条件。煤层厚度对瓦斯保存的影响：煤储层厚度越大，中部分层中煤层气向顶底板扩散的路径就越长，扩散阻力就越大，对瓦斯的保存越有利。水文地质对瓦斯保存的影响：一是水力运移逸散作用；二是水力封闭作用；三是水力封堵作用。其
5、中，一种作用导致瓦斯散失，后两种作用则有利于瓦斯保存。12. 板块：地球岩石圈层被洋中脊，海沟转换断层等构造活动带分割成不连续板状岩石圈块体。地台：地壳上稳定的形成后未再遭受褶皱变形的地区，又称陆台。13. 板块构造学说 指研究地球岩石圈板块的成因、运动、演化、物质组成、构造组合、分布 和相互关系以及地球动力学等问题的一个新兴学科。14. 板块构造学说发展：魏格纳：大陆漂移说赫斯：海底扩张说威尔逊：转换断层15. 中国四大构造域：古亚洲构造域，特提斯构造域，滨太平洋构造 域，古华夏构造域16. 板块构造对中国煤与瓦斯突出区域分布的控制板缘构造带控制着煤与瓦斯突出的敏感地带。 板内造山带控制着煤
6、与瓦斯突出的敏感地带。 深层构造陡变带是影响煤与瓦斯突出的敏感地带。 深层活动断裂带是影响煤与瓦斯突出的敏感地带。 推覆构造带是煤与瓦斯突出的敏感地带。 强变形带是控制煤与瓦斯突出的敏感地带。17. 煤岩组分是煤的基本成分，是瓦斯的生气母质，它是影响瓦斯组成的首要因素。三种煤岩组分的烃气产率以壳质组最高，镜质组次之，惰质组最低。一般而言，煤变质程度越高，生成的气体量也越多。18. 吸附，是指气体以凝聚态或类液态被多孔介质所容纳的一种过程.可分为物理吸附和化 学吸附两种类型,煤对气体的吸附以物理吸附为主体。19 解吸:煤中吸附气因储层压力降低或温度升高等而转变成游离气体的过程叫解吸。 解吸速率
7、单位时间内的解吸气量称为20煤层瓦斯含量基本概念瓦斯浓度 单位体积的风流所含瓦斯的体积量煤层瓦斯含量是指单位质量的煤中所含有的瓦斯体积（换算为标准状态下的体积），单位是cm /g或m /t。煤层瓦斯含量也可用单位质量纯煤(去掉煤中水分和灰分)的瓦斯体积表示，单位是cm /g, daf或m /t, daf。所谓标准状态是指：绝对温度273.2K(（0)），大气压力1.013kPa（760mm汞柱）。煤层原始瓦斯含量 煤层未受采动影响而处于原始赋存状态时，单位质量煤中所含有的瓦斯体积（换算成标准状态下体积），称之为煤层原始瓦斯含量，常用m /t和cm /g作计量单位。煤层残存瓦斯含量 煤层受采动影
8、响而涌出一部分瓦斯后，单位质量煤中所含有的换算成标准状态下的瓦斯体积称之为煤层残存瓦斯含量，常用计量单位亦是m3/t和cm3/g作计量单位。煤的可解吸瓦斯含量 煤自的原始瓦斯含量与煤层残存瓦斯含量之差称为煤的可解吸瓦斯含量，其物理单位为m3/t或cm3/g。煤的可解吸瓦斯含量大致代表单位质量的煤在开采过程中，在井下可能涌出的瓦斯量。煤的瓦斯容量 煤中瓦斯压力升高时，单位质量煤所能吸附瓦斯的最大体积（换算为标准状态下的体积），称之为煤的瓦斯容量。瓦斯容量与煤的变质程度有关，从褐煤到无烟煤，随着煤的变质程度升高，瓦斯容量加大。瓦斯容量实际上是煤对瓦斯的极限吸附量。随着煤的变质程度升高，瓦斯容量加大
9、。影响煤层瓦斯含量的主要因素1煤的变质程度：煤的变质程度越高，生成的瓦斯量越大。当其它条件相同，煤的变质程度越高，煤层瓦斯含量就越大2围岩条件：当煤层顶板岩性为致密完整的岩石，如页岩、油页岩和泥岩时，煤层中的瓦斯容易被保存下来；顶板为多孔隙或脆性裂隙发育的岩石，如砾岩、砂岩时，瓦斯容易逸散。3地质构造的影响：褶皱构造：当煤层顶板岩石透气性差，且未遭受构造破坏时，背斜有利于瓦斯的储存，是良好的储气构造，背斜轴部的瓦斯会相对聚集，瓦斯含量增大。在向斜盆地构造的矿区，顶板封闭条件良好时，瓦斯沿垂直地层方向运移比较困难，大部分瓦斯仅能沿两翼流向地表，在盆地的边缘部分，若含煤地层暴露面积大，则便于瓦斯排
10、放断裂构造：断裂构造破坏了煤层的连续完整性，使煤层瓦斯运移条件发生变化。开放型断层有利于瓦斯排放，封闭型断层对抑制瓦斯排放而成为逸散的屏障。断层的空间方位对瓦斯的保存或逸散也有影响。一般而言，走向断层能够阻隔瓦斯沿煤层倾斜方向的逸散，而倾向和斜交断层则把煤层切割成互不联系的块体构造组合：逆断层边界封闭型，压性、压扭性逆断层常为矿井或区域的两翼边界，断层面一般相背倾斜，使整个区段处于封闭的条件之下； 构造盖层封闭型；断层块段封闭型4煤层的埋藏深度的影响: 一般而言，煤层中的瓦斯压力随着埋藏深度的增加而增大。随着瓦斯压力增加，煤与岩石中游离瓦斯量所占的比例增大，同时，煤中的吸附瓦斯逐渐趋于饱和。煤
11、层瓦斯含量亦随埋藏深度的增大而增加；当埋藏深度继续增大时，瓦斯含量增加的幅度将会减缓。5煤田暴露程度的影响: 暴露式煤田煤系地层出露于地表，煤层瓦斯易于沿煤层露头排放。而隐伏式煤田如果盖层厚度较大，透气性又差，则煤层瓦斯保存条件好；反之，若覆盖层透气性好，容易使煤层中的瓦斯缓慢逸散，煤层瓦斯含量一般不大。6地下水活动的影响: 地下水的运移，一方面驱动着裂隙和孔隙中瓦斯的运移，另一方面又带动溶解于水中的瓦斯一起流动。同时，水吸附在裂隙和孔隙的表面，还减弱了煤对瓦斯的吸附能力。因此，地下水的活动有利于瓦斯的逸散。7岩浆活动的影响: 岩浆活动对瓦斯赋存影响比较复杂。岩浆侵入含煤岩系或煤层，在岩浆热变
12、质和接触变质的影响下，煤的变质程度升高，瓦斯的生成量和吸附能力增大。在缺少隔气盖层或封闭条件不好时，岩浆的高温作用可以强化煤层瓦斯排放，使煤层瓦斯含量减小。总的来看，岩浆侵入煤层有利于瓦斯生成和保存的现象比较普遍21煤层瓦斯垂向分带：二氧化碳氮气带、氮气带、氮气甲烷带（前三为瓦斯风化带）甲烷带（瓦斯带）、22.煤储层压力煤储层压力：是指作用于煤孔隙和裂隙空间上的流体压力（包括水压和气压），故又称为孔隙流体压力。煤储层流体受到三个方面力的作用，包括上覆岩层静压力、静水柱压力和构造应力。23.渗透性：是流体通过多孔介质的能力，表征渗透性的量是渗透率：单位时间内单位面积上平均压差下流体所流过的含量。
13、1绝对渗透率：只存在一相流体，且流体与介质不发生任何物理化学作用，则多孔介质允许流体通过的能力称为绝对渗透率。2有效（相）渗透率：若孔隙中存在多相流体，则多孔介质允许每一相流体通过的能力称为每相流体的相渗透率，也称为有效渗透率。3相对渗透率：有效(相)渗透率与绝对渗透率的比值称为相对渗透率。煤储层相对渗透率通常采用单相有效渗透率同气相(甲烷氦气)克氏渗透率或绝对渗透率的比值一般说来，煤储层埋藏深度增大，其渗透率降低煤储层渗透率随储层压力增大而呈明显的减少趋势24.煤体结构分为原生结构煤和构造煤 构造煤的常见宏观结构：碎裂结构、碎粒结构、粉粒结构、糜棱结构 对应的构造煤命名 ： 碎裂煤 、碎粒煤
14、 、 粉粒煤 、 糜棱煤25.煤体结构 指煤层在地质历史演化过程中经受各种地质作用后表现的结构特征。原生结构煤（即原生煤，亦称为非构造煤）是指煤层未受构造变动，保留原生沉积结构、构造特征，煤层原生层理完整、清晰，仅发育少量内生裂隙和外生裂隙。宏观煤岩成分是肉眼能分辨煤的基本单位：丝炭、镜煤、亮煤、暗煤烟煤的宏观煤岩类型：光亮煤，半亮煤，半暗煤，暗淡煤构造煤 是煤层在构造应力作用下，发生成分、结构和构造的变化，引起煤层破坏、粉化、增厚、减薄等变形作用和煤的降解、缩聚等变质作用的产物。26煤的变质作用：温度、压力及其作用持续的时间是引起煤发生变质作用的三个主要因素，而其中起主导作用的是温度煤的深成
15、变质作用是指沉降到地下深处的煤层，受到地热及上覆岩系产生的静压力的作用，发生了变质程度随深度增加而增加的变质作用又称为区域变质作用。也称热变质作用在深成变质作用中，煤的变质程度随煤系及上覆岩系厚度的增大而增高。当地层厚度相等时，同一煤层的变质程度随着在现代构造中赋存深度的加大而增高。 煤的接触变质作用是指岩浆直接接触或侵入煤层，由其所带来的高温、气体、液体和压力，促使煤发生变质的作用。27瓦斯含量相关概念：瓦斯含量：是指成煤过程中煤层经受地质历史演化作用储存在煤层中单位体积或单位质量的煤所含的瓦斯体积量瓦斯浓度：单位体积风流中所含有的瓦斯体积量。瓦斯涌出量：是指在矿井建设和生产过程中从煤与岩石内涌入采掘空间和抽入管道中的瓦斯量，可用绝对瓦斯涌出量和相对瓦斯涌出量两个参数来表示。绝对瓦斯涌出量：指单位时间涌出的瓦斯体积相对瓦斯涌出量：指矿井在正常生产条件下，平均日产1t煤同期所涌出的瓦斯量，单位是m3/t。煤层瓦斯含量：是单位质量煤中所含的瓦斯体积(换算为标准状态)量，单位是m3/t或cm3/g。煤层瓦斯含量也可用单位质量纯煤(去掉煤中水分和灰分)的瓦斯体积表示煤层原始瓦斯含量：煤
