准噶尔盆地南缘中段侏罗纪煤层硫化氢成生模式及异常富集控制因素研究

发布时间：2017-04-10 09:11

  本文关键词：准噶尔盆地南缘中段侏罗纪煤层硫化氢成生模式及异常富集控制因素研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：在煤矿开采过程中,煤矿高含硫化氢(H2S)气体引起的异常涌出和伤人事故在国内外经常出现。新疆为我国产煤大省,煤炭预测储量约占全国的40%。受沉积环境、地质构造,煤层自燃等因素影响,区域诸多煤矿硫化氢异常富集并发生过伤人事故。因而,开展区内高含硫化氢煤矿的地质调查、硫化氢成生模式和异常富集控制因素研究是一项紧迫且具有重要意义的课题。本文以区域特征和煤的有机地球化学为研究手段,通过资料收集、现场工作、实验测试及数据统计,对准噶尔盆地南缘(以下简称“准南”)中段侏罗纪煤层硫化氢成生模式及异常富集控制因素进行研究,取得了以下几个方面的认识:准南中段自石炭纪以来经历的3大构造演化阶段,坳陷构造、构造反转等特殊作用使其沉积物也具有明显的旋回性。陆相形成的侏罗纪西山窑组含煤构造,以湖泊型旋回为主,受到强烈挤压改造,形成了近东西向的雁列式成排成带的线型构造断褶带。西山窑组气候具有从温湿走向干旱,煤中有机质中以高等植物来源占主导地位,有机硫主要来自成煤植物,无机硫主要来自蒸发盐岩和卤水。区域在泥炭沼泽演化过程凝胶化作用呈加强趋势,形成的弱还原程度煤,多数属中-特低硫煤层,呈显晶或隐晶质的黄铁矿主要呈脉状充填于煤层裂隙中。区域煤层气甲烷碳同位素组成偏轻,大多小于-50.0‰,多属于混合成因。天然气组成以甲烷为主,重烃含量普遍低于20%,为湿气-偏湿气。地下水体及煤层气中二氧化碳碳同位素均为负值,表现出有机成因的特征。区域所测得各种硫同位素值都偏低,大多具有△34S(SH34SO342-24ddSS-)=22.5‰22‰的特征,硫化氢硫同位素表现出BSR成因特征。区域西山窑组煤岩储集层流体包裹体均一化温度主峰主要分布在80℃~115℃。煤的镜质体反射率平均值主要介于0.5%~0.7%,由古地温与镜质体反射率之间的关系可知,煤岩层经历的古地温平均为101.1℃。通过对伊利石裂变径迹测试,得到tmax值大概为105℃~115℃,经历了部分退火过程,但没有完全退火。目前,研究区域侏罗纪西山窑组煤岩层藏深度大多位于400m~2800m,根据今地温梯度关系,可推测研究区域煤岩层温度多数小于70℃,可见,区域煤岩层大部分经历小于120℃的温度,多数处于BSR反应的界限内。区域在目前矿井开采深度,煤层硫化氢气体组分普遍小于3.0%,表现出BSR成生的特征;由BSR形成的副产物,莓球状的黄铁矿普遍存在,表现出BSR成生的特征;天然气具有典型腐殖型热成因煤系气及BSR作用的特征;CO2碳同位素为负值,表现出由BSR成生硫化氢伴生的特点;对各矿井检查的硫酸盐还原菌数量为(100~3500)个/克样品,有利于硫化氢气体的生成。综合判断区域各煤矿硫化氢气体主要由BSR成生,不排除局部具有TSR成生。通过对煤的硫酸盐热演化进行实验模拟,重烃的产率随热演化温度升高先增后减,符合TSR作用优先消耗重烃类的规律;随着温度的上升,TSR反应程度逐渐增高;TSR作用是伴随重烃类(C2+)气体的产生而发生的,TSR作用最剧烈的阶段就是重烃类气体产率最大阶段,硫化氢的成生与重烃类气体的成生具有相似的变化趋势。在实际地质过程中的TSR反应是一个非常复杂过程,煤矿由TSR作用成生硫化氢可能的反应方程式为:研究区域硫化氢广泛分布,且往往硫化氢与二氧化碳共存。区域烃源岩生气强度最高可超100.0×108m3/km2以上,西山窑组煤中有机碳含量平均高达64.49%,丰富的烃源岩为硫化氢的成生提供了雄厚的物质基础。区域煤岩储集层平均孔隙度在10.0%以上,渗透率为(0.11~122.30)×10-3um2,中等-较好储层广泛分布,储渗条件较好。各煤层孔隙结构属于裂隙-孔隙型,煤体结构多为碎裂结构,构造断裂较发育,从而有利于煤层硫化氢聚集。各煤层顶底板岩性主要以细碎屑岩为主,为低渗透性隔挡层,透气性能差,有利于硫化氢的保存。区域凹槽式沉降平原基底形成了巨厚的含水层,在水动力封闭控气作用下,形成具有承压性质孔隙潜水及裂隙水。区域潜水、承压水的p H、矿化度及离子含量随径流方向都呈重大趋势。同时深层承压水环境封闭相对较好,在还原环境中,在硫酸盐还原菌及热动力因素的作用下,经历BSR或TSR作用,硫化氢气体便形成,导致区域水体富含硫化氢。
【关键词】：准噶尔盆地南缘 沉积演化 侏罗纪煤层 同位素 硫化氢 成生模式 控制因素
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TD71
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-7
• Abstract7-13
• 1 引言13-23
• 1.1 论文研究目的及意义13-14
• 1.2 国内外研究现状14-19
• 1.2.1 煤中硫的研究现状14-15
• 1.2.2 煤矿硫化氢成生模式15-16
• 1.2.3 油气田硫化氢成生模式16-19
• 1.2.4 煤矿硫化氢异常富集控制因素19
• 1.3 存在的问题19-20
• 1.4 论文研究内容及路线20-23
• 1.4.1 研究的主要内容20-21
• 1.4.2 研究思路及技术路线21-23
• 2 准南中段区域特征23-51
• 2.1 区域地质23-37
• 2.1.1 区域地层23-26
• 2.1.2 区域构造26-37
• 2.2 沉积特征37-47
• 2.2.1 区域构造演化37-39
• 2.2.2 区域沉积特征39-47
• 2.3 区域煤层47-49
• 2.4 本章小结49-51
• 3 煤中硫的赋存特征和演化历史51-83
• 3.1 煤中硫的来源51-60
• 3.1.1 植物成煤51-59
• 3.1.2 硫酸盐和介质作用59-60
• 3.1.3 铁离子的供给60
• 3.2 煤中硫的赋存状态60-62
• 3.2.1 煤中有机硫赋存状态61
• 3.2.2 煤中无机硫赋存状态61-62
• 3.2.3 煤中元素硫赋存状态62
• 3.3 煤中硫的演化历史62-76
• 3.3.1 煤中有机硫演化历史63-73
• 3.3.2 煤中无机硫（黄铁矿）演化历史73-76
• 3.4 煤中硫的分布76-81
• 3.5 本章小结81-83
• 4 区域煤气地球化学特征83-97
• 4.1 同位素地球化学83-88
• 4.2 流体包裹体特征88-94
• 4.3 镜质体反射率94-96
• 4.4 本章小结96-97
• 5 煤矿硫化氢气体成生分析97-123
• 5.1 煤矿H_2S气体成生类型97
• 5.2 硫化氢TSR成生模拟97-111
• 5.2.1 煤的TSR成生硫化氢模拟97-108
• 5.2.2 TSR反应机理108-110
• 5.2.3 TSR成生模拟讨论110-111
• 5.3 煤矿H_2S气体成生识别111-116
• 5.3.1 硫酸盐生物还原（BSR）成生H_2S识别111-112
• 5.3.2 硫酸盐热化学还原（TSR）成生H_2S识别112-114
• 5.3.3 煤矿硫化氢气体成生识别模式114-116
• 5.4 区域煤矿H_2S气体成生识别116-122
• 5.4.1 BSR成生识别116-119
• 5.4.2 BSR成生机理119-120
• 5.4.3 TSR及其他成生识别120-122
• 5.5 本章小结122-123
• 6 煤矿硫化氢异常富集控制因素123-151
• 6.1 区域硫化氢分布特征123-126
• 6.2 地质控制作用126-127
• 6.3 储盖层控制作用127-133
• 6.3.1 储层控制作用127-132
• 6.3.2 盖层控制作用132-133
• 6.4 地下水控制作用133-142
• 6.4.1 地层水活动控制作用133-137
• 6.4.2 区域温（泉）井含水特性137-139
• 6.4.3 地层水化学特性对硫化氢成生的控制作用139-140
• 6.4.4 含硫化氢水成因模式140-142
• 6.5 埋深及温度控制作用142-149
• 6.6 本章小结149-151
• 7 主要结论及展望151-155
• 7.1 主要结论151-152
• 7.2 创新点152-153
• 7.3 展望153-155
• 参考文献155-169
• 作者简历169-173
• 学位论文数据集173

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