煤质特征及与煤层气富集
2.2.1 煤的变质程度与煤层气富集
影响煤层含气量的内在煤质因素有煤阶、煤质(显微组分)、水分和矿物质含量等,但最主要的为煤的变质程度,其次为煤的显微组分等。如鄂尔多斯盆地东缘地区石炭-二叠纪煤田,从北到南变质程度增高,在埋深等基本地质条件相当的情况下,北部长焰煤、气煤(R°=0.56%~0.80%)的平均甲烷含量2.42m3/t,中部焦煤(R°=1.2%~1.6%)为11.20m3/t,南部瘦贫煤(R°=1.6%~2.0%)为16.97m3/t。又如我国著名的煤层气富集区(如晋城、焦作、阳泉、湘中、湘东南等)均分布在高变质的无烟煤地区,也反映了煤变质程度对煤层含气量的影响。
由于就煤的任何生气阶段都足以满足煤层的吸附气量,因此随煤变质程度增加,煤的累计生气量确实增大,但这并不是其含气量增高的主要原因。煤层含气量随煤变质程度增高而增大的原因主要有:①煤变质程度影响煤吸附气的能力,在其他条件相同时,煤层吸附能力随煤变质程度增高而增加(图2.18);但是当煤层进入超变质阶段(无烟煤1号曲线)之后,吸附能力迅速下降,甲烷吸附量几乎为0(图2.19)。②煤阶是影响割理发育的主要因素,通常低煤阶的煤割理不甚发育,到烟煤阶系列时割理发育,并且割理面最密集的发生在低挥发分烟煤阶附近。煤在R°=1.3%左右时,割理密度最大,约为60条/5cm。
Law等学者曾专题研究过割理间距(或割理频率),认为割理频率(割理数/线性单元)与煤阶存在函数关系。割理频率从褐煤到中等挥发分烟煤随煤阶升高而增大,然后到无烟煤时随煤阶上升而下降,形成一条钟形曲线(图2.19)。
值得注意的是,煤的变质程度除与其埋藏史有关外,局部热力作用(如火成岩活动)会加速一定区域煤层的热变质,鄂尔多斯盆地东部紫金山地区、沁水盆地南部地区和南方六盘水地区的煤层都是经受热变质的煤层。
2.2.2 韩城矿区煤质特征
2.2.2.1 元素分析
根据煤的元素分析资料,本区2#、3#、5#、11#精煤Cdaf含量为80.06%~92.16%,一般为88.03%~91.10%。其中11#煤Cdaf含量偏低,一般为80.06%~89.06%。各煤层的Hdaf含量比较接近,变化在4.08%~4.40%。Ndaf各煤层含量一般在1.5%以下,其中11#煤层为1.0%左右。各煤层Cdaf含量一般为2.10%~2.70%。
图2.18 不同变质程度的煤岩吸附等温曲线变化特征
(据张胜利等,1997)
图2.19 不同煤阶甲烷吸附量演化图
(据赵庆波等,1997)
对比分析南北区元素分析资料,北区下峪口井田各煤层的Hdaf、Ndaf、Odaf含量一般略高于南区象山井田,其中Hdaf含量平均高出0.19%,Ndaf平均高出0.03%,Odaf平均高出0.15%左右。
2.2.2.2 工业分析
据煤的工业分析资料,研究区2#煤层原煤灰分为7.12%~38.9%,平均20.44%,3#煤层原煤灰分为4.79%~39.17%,平均18.96%;5#煤层原煤灰分为8.87%~37.78%,平均18.76%,11#煤层原煤灰分为5.28%~39.51%,平均23.38%。垂向上,不同煤层间相比,3#、5#煤层平均灰分最低,11#煤层平均灰分最高,2#煤层平均灰分介于两者之间;横向上,不同区域之间,各煤层灰分变化情况是,北区各煤层平均灰分均低于南区相应煤层。北区2#、3#及11#煤层平均灰分分别为9.93%,17.58%及22.36%,南区则分别为21.36%,21.22%及24.18%。
研究区2#煤层平均挥发分产率为17.08%,3#煤层平均为15.15%,5#煤层平均为13.28%,11#煤层平均为14.73%。不同煤层间,除5#煤层外,垂向上均具有自上而下挥发分产率降低的规律。横向上不同区域间相比,南区各煤层的平均挥发分产率均低于北区相应煤层。在南区2#、3#及11#煤层平均挥发分产率分别为16.01%,14.45%及13.74%,在北区则分别为17.45%,15.58%及15.91%。纵向上各煤层挥发分产率均具有随着煤层埋藏增加,由浅而深逐渐降低的趋势。
2.2.2.3 宏观煤岩特征
研究区煤均属腐植煤类的中高煤级烟煤。根据相对平均光泽类型划分煤岩类型,各煤层宏观煤岩特征如下:
2#煤层以半光亮型煤为主,部分井田出现光亮型煤区,半暗型煤和暗淡型煤含量少,这与显微煤岩定量的情况基本一致。具条带状结构,层状构造明显,具水平层理。
3#煤层以半亮型煤和暗淡型煤为主,其次为光亮型和半暗淡型煤。显微组分中,丝炭化组分和半丝炭化组分含量一般在10%左右,高于2#煤。在4303-2煤样中见到大量方解石细脉。
5#煤层主要是半光亮型煤,其次为暗淡型煤,具条带状结构,水平层理发育。在煤层的中下部断续分布有黄铁矿结核层。煤中方解石含量较高。部分样点方解石含量达5.40%。该煤层较为疏松。
不同井田11#煤层煤岩类型有所不同。在象山煤矿和下峪口矿以半光亮型煤为主,次为暗淡型煤,下峪口井田边部局部煤层以半暗煤为主;桑树坪矿以光亮煤为主,暗淡型煤次之;马沟渠煤矿,四种煤岩类型均有产出,半光亮型煤为主,次为半暗型、暗淡型和光亮型煤。11#煤层比较坚硬,可能与灰分含量偏高有关。
总之,2#、3#、5#煤层基本以半光亮型煤为主,其中象山井田较下峪口井田各煤层光亮型煤所占比例稍高。宏观煤岩特征在微组分上有较明显的反映。
2.2.2.4 显微煤岩特征
研究区太原组煤的显微组分以镜质组为主,惰质组次之,壳质组含量极少,矿物组分中黄铁矿含量较高。山西组煤的显微组分同样以镜质组为主,但矿物组分中黄铁矿含量较少,而石英、粘土等矿物含量较高。
矿区不同煤层和不同区域煤的显微组分存在一定差异。南区3#煤层,镜质组平均含量87.01%,其中以无结构镜质体为主,结构镜质体很少,并见有粘土充填。丝质组和半丝质组平均含量7.25%,此外还含有少量的粗粒体和碎屑丝质体,一般含量均在1%以下,未见壳质组分。5#煤层镜质组平均含量为83%,以无结构均质体为主,半丝质组、丝质组含量为7.1%,并以结构丝质体为特点,胞腔的长轴为0.04~0.12mm,胞腔中部分为粘土矿物充填,碎屑丝质体极少。11#煤层镜质组平均含量为78.10%,丝质组、半丝质组平均含量为10.75%,粘土矿物含量少。综观南区各煤层,镜质组含量以3#煤层最高,次为5#煤层,11#煤层相对最低,相反,丝质体含量11#煤层最高。
北区2#煤层镜质组平均含量为84.85%,丝质组和半丝质组含量为4.74%,镜质体主要以无结构镜质体为主,半镜质体和丝质体多具结构细胞特征,在相当多的煤光薄片中,观察到排列整齐的细胞组织,细胞壁呈亮黄色,胞腔中见有粘土充填物,3#煤层镜质组含量平均85.19%,以无结构镜质体为主,丝质组和半丝质组含量为3.3%,大部分为碎片状,在部分煤样中还含有很少量的粗粒体、碎屑丝质体和极少量的壳质组。粗粒体呈椭圆形,内部不显结构,含量1%左右。碎屑丝质体常呈棱角状碎片,含量约为1.2%,壳质组含量极少,在少数煤样中可见到大孢子,含量仅0.2%。此外,还观察到浑圆体和单孢菌类体等。无机组分中,方解石含量较高,达4%~8%,呈脉状形式存在。11#煤层镜质组含量平均为80.51%,次为丝质组和半丝质组,含量平均为7.19%,粗粒体含量极少。无机组分中,粘土呈分散状态存在,黄铁矿以颗粒分散状态分布,颗粒平均粒径3.1μm左右。
综观北区各煤层镜质组含量以3#煤层最高,次为2#煤层,11#煤层相对较低。
从南北区对比来看,各煤层均由镜质组(包括半镜质组)及丝质组(包括半丝质组)组成。其中以镜质组为主要成分,含有极少量的壳质组和粗粒体。壳质组含量极低与本区煤层有机显微组分处于中高煤级演化阶段,壳质组分解消失有一定关系。从3#和11#煤层来看,3#煤层在南区的镜质组平均含量略低于北区,相反丝质体含量略高于北区。11#煤层正好相反,镜质体平均含量为北区高南区低,丝质体为南区高,北区低。
此外,据对北区受构造作用较显著的3#煤层煤样镜下观察,这类煤中残留的细胞被压偏拉长,呈定向排列,细胞长轴平均9.3~12.4μm。最长达124μm,被粘土矿物充填。还可观察到挤碎的棱角状丝质体和半丝质体碎片,这可能成为北区构造强烈部位煤层气渗透性降低的原因之一。
2.2.2.5 煤岩显微组分反射率
煤岩显微组分的反射率受煤化程度和煤岩组分的控制。随着煤化程度的加深,煤镜质体逐渐增大,煤的光学异向性增强。即使在同一煤级的煤中,由于不同的显微组分在化学组成和结构上的不同,它们的反射率值也存在差异。下面分区介绍煤岩显微组分反射率的变化情况。
南区象山井田,煤镜质组平均最大反射率为1.68%~1.81%,最小值1.39%,最大值2.40%,标准差0.12%。与国内同类煤岩组分反射率标准值R°max相一致。丝质组最大平均反射率为2.32%~2.80%,最小值1.95%,最大值3.28%,标准差0.14%。马沟渠井田煤岩镜质组平均最大反射率为1.56%~1.83%。总体南区各煤层煤岩镜质组平均最大反射率变化不大。
北区下峪口井田,煤岩镜质组平均最大反射率为1.39%~1.73%,最小值1.32%,最大值1.89%,标准差0.07%;丝质组平均最大反射率为2.29%~2.38%,最小值为1.90%,最大值为2.76%。桑树坪井田,镜质组平均最大反射率为1.50%~1.63%,最小值为1.35%,最大值为1.99%。燎原井田镜质组平均最大反射率为1.49%~1.84%,最小值 1.20%,最大值 2.05%,标准差为 0.11%。北区镜质组平均最大反射率为1.49%~1.84%,最小值1.20%,最大值2.05%,标准差为0.11%。总体北区镜质组平均最大反射率低于南区,而且由下峪口井田向桑树坪井田方向煤岩镜质组反射率逐渐变小。
从理论上分析,镜质组反射率值在1.30%~2.0%的范围内,有可能形成有工业价值的煤层气藏。对于南区的象山和北区的下峪口井田,煤岩镜质组反射率虽有差异,但各煤层镜质体反射率均处在这个范围内,具有较好的产气条件。丝质组反射率对研究煤层气没有直接的关系,但它与镜质组反射率的变化有明显的一致性,因此,丝质组反射率可作为煤层气评定的参考数值。
2.2.2.6 显微组分与孔隙特征
在煤化作用过程中,煤的孔隙率、孔容、内表面积等有关参数均发生有规律的变化。从总的变化趋势看,孔容、中孔、大孔体积随变质程度的增高而降低,微孔和小孔体积的内表面积逐渐增高。在中高煤级阶段的焦、瘦、贫煤段,镜质组反射率R°max处在1.30%~2.0%的范围内,显示出煤的微、小孔发育,内表面积增大的特点。
在煤岩组分中,丝质组分含量越高,煤的孔隙率越大。同时孔隙率还取决于丝质组胞腔结构的保存情况和被其他物质的充填程度。从丝质组分胞腔结构看。细胞胞腔在构造作用下被定向拉长,且排列整齐,胞腔仅有少部分被粘土充填,这种残留结构在3#、5#煤中多个样点被观察到。由于北区下峪口井田3#煤层丝质组含量高于南区象山井田,因此,北区3#煤层中孔和大孔孔隙率较南区大。镜质组在中高煤级段以小孔、微孔为主,南区象山井田3#煤镜质组含量高于北区,预计南区3#煤层小孔和微孔孔隙率较北区大。南区5#煤与北区2#煤显微组分含量相近,但均低于南区3#煤层镜质组含量,故它们的孔隙率应较南区3#煤层为高,本区壳质组含量极少,壳质组孔隙不发育。一般丝质组分具有好的细胞腔通道,当被无机组分充填或被破坏,有可能成为不利于气体流动的因素。北区可能具有这类不利因素。
无机组分对孔隙的影响不可忽视,煤中的矿物组分主要充填于大孔和中孔中,对微孔和小孔影响不大。本区煤中矿物组分主要是粘土矿物,其次为黄铁矿和方解石。粘土矿物以分散的形式存在,胞腔中可观察到部分粘土充填。黄铁矿以星点状分布在煤中,对孔隙充填影响较小。方解石以微细脉状充填于后生裂隙之中,对细胞腔几乎没有影响。本区11#煤层灰分含量较其他煤层为高,故灰分对11#煤层渗透性的不良影响要较别的煤层为大。
2.4.1 煤的孔隙及其特征
2.4.1.1 煤的双重孔隙系统
煤层是一种双重孔隙介质,属裂隙-孔隙型储层,这一点已在多领域、多学科范围内达成共识。图2.4是煤储层孔隙结构的理想模型,割理将煤分割成若干基质块,基质块中包含有大量的微小孔隙,是气体储存的主要空间,其渗透性很低;割理是煤中的次要孔隙系统,但却是煤层中流体(气体和水)渗流的主要通道。孔隙和割理都是煤储层研究的重要内容。
图2.4 煤的双重孔隙系统
(据Warren等,1996)
图2.4中的“割理”(cleat)是指煤层中近于垂直层面的天然裂隙,其成因有内生和外生(构造成因)之分,规模有大有小,与煤田地质学上的“裂隙”为同义词。在煤层气地质领域,一般将“割理”和“裂隙”通用,为了避免术语上的混乱,本书用“割理”一词。
2.4.1.2 研究方法比较
为了搞清楚煤储层的储、渗、保等性能,人们从室外到室内,由宏观到微观,采用多种手段和方法研究煤的割理和孔隙,表2.10列举了常用的几种方法。研究方法大体划分为观察描述和物理测试两大类,前者以定性研究为主,后者为定量研究,二者分别都具有宏观和微观手段。
从表2.10可以看出,有些方法主要是研究割理,如巷道井壁和手标本观察、煤岩抛光块样的光学显微镜观察等;有些方法主要是研究孔隙,如水孔隙率测定和低温氮吸附;有些方法则将孔隙-割理一并研究,如氦孔隙率和压汞试验;有些方法将割理和孔隙分别研究,如扫描电镜方法。
表2.10 煤层双重孔隙系统常用研究方法比较
(据张新民等,2002)
根据孔隙-割理一并研究的物理测试结果,通常将煤中孔隙(包含割理)的空间尺度划分为:<0.01μm为微孔,0.01~0.1μm为小孔,0.1~1μm为中孔,>1μm为大孔。通过观察描述可以确定割理和孔隙的成因类型、连通性,统计割理的优势方位、密度等,获得很重要的第一手资料,是煤储层研究的有效途径之一。通过巷道井壁、手标本、光学显微镜、扫描电镜等不同尺度上的大量观察与研究,可在较大范围内了解我国煤中割理和孔隙的基本特征,加深和扩充对煤储层的认识。
2.4.1.3 煤孔隙的扫描电子显微特征
扫描电子显微镜(scanning electron microscope,以下简称SEM或扫描电镜)是对煤层以及砂岩、灰岩、喷发岩等油气储层进行评价和研究的必不可少的有效手段。根据扫描电镜的有效分辨率,煤中小孔和中孔是其研究的主要对象。
2.4.1.4 煤孔隙的成因类型
煤的孔隙成因及其发育特征是煤体结构、煤层生气、储气及渗透性能的直接反映。根据成因,Gan(1972)等将煤中孔隙划分为分子间孔、煤植物组织孔、热成因孔和裂缝孔。郝琦(1987)将其划分为植物组织孔、气孔、粒间孔、晶间孔、铸模孔和溶蚀孔等,其中有些名称很大程度上借用了砂岩或灰岩储层的名称。然而,煤储层与砂岩、灰岩储层有较大的区别。本书立足于煤的岩石结构和构造,以煤的变质、变形特征为基础,以大量的扫描电镜观察结果为依据,将煤孔隙的成因类型划分为4大类9小类(表2.11)。
表2.11 煤的孔隙类型及其成因简述
(据张新民等,2002)
(1)原生孔
原生孔是煤沉积时已有的孔隙,原生孔分为结构孔和屑间孔。
结构孔(或称植物组织孔)是成煤植物本身所具有的各种组织结构孔,如细胞腔、纹孔、筛孔、髓射孔等,其中细胞腔是煤中最常见的。结构孔的孔径为几至几十微米,形状呈椭圆状、三角状和不规则状等。细胞腔大多都有程度不同的变形,空间连通性差,尤其是纤维状丝质体的细胞腔,仅局限于向一个方向发育,相互之间很少连通。
屑间孔指煤中各种碎屑状显微组分,如镜屑体、惰屑体、壳屑体等碎屑颗粒之间的孔隙。这些碎屑颗粒无一定形态,呈不规则棱角状、半棱角状或似圆状等,大小2~30 μm不等(陈佩元,1996),由其构成的屑间孔的形态以不规则状为主,孔的大小一般小于碎屑。这些碎屑可能来自于成煤早期被降解或运移而机械破坏的植物残体,因此,屑间孔为原生孔。屑间孔的发育受碎屑颗粒的制约,仅微区连通,而且由于煤中碎屑状显微组分的含量很少,所以屑间孔的数量较少,对煤储层渗透率贡献不大。屑间孔相当于以往文献中描述的粒间孔或粒状沉积结构孔,粒间孔是砂岩储层的主要孔隙,对砂岩的渗透率起着决定性作用,为了区别于砂岩储层,将煤储层中碎屑颗粒之间的孔称为屑间孔。
原生孔在煤的低变质阶段保存较多,随着变质程度的加深或构造作用的破坏,原生孔发生变形、缩小、闭合乃至消失等变化,原生孔不能再生。
(2)气孔
煤化作用过程中由生气和聚气作用而形成的孔为气孔。有的学者称之为热成因孔,有的学者称之为变质孔。常见单个气孔的大小为0.05~3 μm,1 μm左右者多见。单个气孔的形态以圆形为主,边缘圆滑;其次有椭圆形、梨形、圆管形、不规则港湾形等。气孔大多以孤立的形式存在,相互之间连通性不好。
不同煤岩组分中气孔的发育特征不同。壳质组气孔最发育,并大多以群体的形式出现,有些壳质体具有外壳壁,壳壁上很少有气孔,壳内气孔密集。镜质组气孔较发育,但很不均匀,成群的特点突出,气孔群中的气孔排列无序或有序;椭圆形及圆管形气孔的长轴常定向排列;气孔群与气孔群之间很少连通,有时气孔与割理连通。惰质组中很少见有气孔。
(3)外生孔
煤固结成岩后,受地质构造作用而形成的孔隙为外生孔。外生孔可分为角砾孔、碎粒孔和摩擦孔。
角砾孔是煤受构造破坏而形成的角砾之间的孔。角砾呈直边尖角状,相互之间位移很小或没有位移,角砾孔的大小以2~10 μm者居多。原生结构煤和碎裂煤的镜质组中角砾孔发育较好,并常有喉道发育,局部连通性比较好。在轻度变形的煤中,角砾孔占优势,对提高煤储层渗透率有利。
碎粒孔是煤受较严重的构造破坏而形成的碎粒之间的孔,碎粒呈似圆状、条状或片状(张慧,1998),碎粒之间有位移或滚动,碎粒大小多为5~50 μm,其孔隙大小为0.5~5 μm,碎粒孔体积小,易堵塞。
摩擦孔是煤中压性构造面上常有的孔隙,此乃压应力或剪应力作用下,面与面之间相互摩擦和滑动而形成的孔。摩擦孔有圆状、线状、沟槽状及长三角状等形态,且常有方向性,孔边缘多为锯齿状,大小相差悬殊,小者1~2 μm,大者几十或几百微米。摩擦孔仅发生于构造面上,空间连通性差。
(4)矿物质孔
由于矿物质的存在而产生的孔隙统称为矿物质孔。孔的大小以微米级为主,常见的有铸模孔、溶蚀孔和晶间孔。铸模孔是煤中原生矿物质在有机质中因硬度差异而铸成的印坑。溶蚀孔是煤中可溶性矿物质(碳酸盐类、长石等)在长期气、水作用下受溶蚀而形成的孔。晶间孔指矿物晶粒之间的孔,有原生的,也有次生的。
2.4.1.5 孔隙在煤储层研究中的作用与意义
煤孔隙的成因类型多、形态复杂、大小不等。原生孔、外生孔和矿物质孔以>1 μm的大孔级孔隙为主,有利于煤层气渗流;气孔以0.05~1 μm的小、中孔级孔隙为主,有利于煤层气聚集和渗流;<0.01 μm的微孔主要为分子结构孔,对煤层气渗流的意义不大,扫描电镜也难以分辨。
各类孔隙都在有限的区域内发育,有的为孤立孔隙,有的局部连通,没有一种孔隙是在整个煤层中连通的。煤呈层状结构,此结构制约各类孔隙在三维空间上的连通,这是煤基质渗透率低的原因之一。煤层气在煤层内部是运动着的,各类孔隙都可成为储气空间,孔隙多有利于提高煤层的储集性能。各类孔隙的空间连通性差,但可以借助于割理来参与双重孔隙系统,因此,孔隙多有利于煤层气的储存和扩散,也有利于煤层气的渗流。
原生孔如保存完整表明煤体原生状态保存好;气孔发育的煤层生气与储气性能好;角砾孔占优势的煤层渗透率好;碎粒孔和摩擦孔多的煤层受构造破坏严重,煤层整体渗透率低;溶蚀孔和次生矿物晶间孔发育则反映煤层的透水性好。对煤中孔隙的研究有助于提高对煤储层性质的认识和储集性能的判断。
2.4.2 煤的割理系统
2.4.2.1 割理的规模、形态及评价
(1)割理的规模类型
割理的规模存在很大差异,小者仅数微米长,大者数米长。不同规模的割理在煤层中的发育程度相差较大,对气体的渗流起着不同的作用。本书按照割理的规模以及割理与煤层、煤岩类型及煤岩成分的关系对其进行分类(表2.12)。
表2.12 割理的规模类型及特征简述
(据张新民等,2002)
(2)割理的三维几何形态
割理系统有相互大致垂直的两组,其中延伸长度大、且发育的一组叫面割理;被面割理横切的另一组叫端割理(图2.5)。
割理的长度在层面上可测量到,发育的面割理呈等间距分布,其长度变化范围很大(见表2.12)。受煤岩成分在平面上相变的控制,有的镜煤或亮煤分层在几米甚至几十米内分布都很稳定,而有的几厘米内即出现变化。不发育的面割理在层面上以短裂纹的形式出现,宏观下从几毫米到几厘米。面割理的高度受煤岩类型分层和煤岩成分厚度控制,总体上煤的光泽越亮、镜煤和亮煤越多、厚度越大,割理越发育、割理高度越大,割理高度小到几微米,大到几十厘米。
端割理一般与面割理是互相连通的。端割理的长度受面割理间距的控制,面割理间距越宽,端割理越长。端割理与面割理的高度受控因素相同,主要与煤岩类型和煤岩组分有关。
割理的宽度与其规模有关。割理规模越大,宽度亦越大,变化范围一般为1 μm至几厘米。
割理形态也是多种多样,在层面上主要有:①网状,这种割理连通性好,极发育;②一组大致平行排列的面割理极发育,而端割理极少,这种割理发育,连通性较好;③面割理呈短裂纹状或断续状,端割理少见,这种割理连通性差,较发育。
图2.5 煤中割理系统图
(据张新民等,2002)
剖面上,割理主要呈垂直于层理或微斜交层理平行排列。
(3)割理的评价方法及标准
割理的数量、几何形态、连通性等相差很大,若无统一评价方法和标准,很难对煤中割理的发育程度、其对渗透性的贡献做出客观的评价,亦不便于资料的对比和综合使用。鉴于此,现对割理密度、连通性及发育程度提出以下评价标准及方法。
1)割理密度:表示一定距离内割理数量的多少,反映割理发育的程度。密度的测量与研究方法有关,肉眼的分辨率仅可见到大于0.1mm的割理;而光学显微镜下可分辨出大于1 μm的割理;扫描电镜下放大500倍可分辨出长度0.6 μm的割理。由于分辨率的限制,用不同研究方法所测得的割理是不同类型的,其密度也相差很大,如汪家寨11~13煤层,手标本观察统计面割理密度为20~50条/10cm,块煤光片肉眼统计面割理为38~42条/10cm,偏光显微镜下统计为 210条/10cm,而扫描电镜下放大 480倍则为3333条/cm2。可见不同的统计方法,其割理的规模和密度相差很大。根据我国煤中割理的特征,根据尺度不同,将割理的密度划分为3个级别(表2.13)。
表2.13 割理密度级别划分
(据张新民等,2002)
2)割理的连通性:连通性包括同一割理类型之间的连通以及不同割理类型之间的连通状况。仅有超微型割理之间的连通,而缺少微型、小型及其他更大型割理的连通,即使超微型割理再发育,流体也难以渗流;同理,仅有巨型和大型割理发育,而更小型的割理不发育,孔隙的流体无法与巨型和大型割理沟通,成为死孔隙。要使渗透性好,产气量高,从超微型→微型→小型→中型→大型→巨型割理等各级别的割理内部及相互之间形成网络,互相连通,才会出现真正高渗透性储层。根据割理之间的连通状况、对渗透性的贡献以及几何形态特征,将连通性划分为3个级别(表2.14)。
表2.14 割理的连通性等级划分
(据张新民等,2002)
3)割理发育程度:包括割理的密度、长度、高度、裂口宽度及连通性,在整体上反映割理的发育状况及其对煤储层渗透性的影响。主要采用密度和连通性两个指标对割理的发育程度进行划分(表2.15)。
表2.15 割理发育程度划分
(据张新民等,2002)
2.4.2.2 我国部分矿区煤的割理特征
(1)宏观割理特征
通过对我国部分煤矿区煤样品进行分析,割理的统计结果列于表2.16。割理密度随着割理规模变小而加密,其变化趋势为大型<中型<小型。大型割理密度为0.1~23条/10cm,一般为1~6条/10cm;中型割理密度明显增大,密度为3~50条/10cm;小型割理密度为3~140条/10cm。单从割理密度看,中、小型割理密度均大于等于3条/10cm,割理发育。不同类型割理的密度与发育程度均符合上述发育规律,贯通一个以上煤岩类型的割理密度自然少于一个煤岩类型内的割理密度,一个煤岩类型内的割理密度又少于单一煤岩组分内的割理密度。
据矿井观察,鹤岗、七台河、阳泉、离柳、韩城、临涣、南桐、松藻、水城和盘江等矿区大、中、小型割理属较发育或发育,网状割理常见;晋城、鹤壁、平顶山、宿县、吐-哈盆地等大型割理较发育或不发育。
美国不同煤阶(Rmax=0.28%~3.86%)的煤层,在煤壁上观察到面割理密度是0.5~50条/10cm,面割理密度平均为1.2~16条/10cm,与我国主要矿区煤层的大、中型面割理密度比较接近。
(2)割理走向
割理走向与割理形成时区域水平主应力的方向有关,以致出现不同煤盆地割理走向不同(表2.16),同一煤盆地割理走向也不同的现象。如吐-哈盆地三道岭矿区,各矿井割理走向基本一致,为NE向;鹤岗煤田北部岭北矿割理走向为近SN向,而中部南山矿割理走向为NW向;沁水煤田北部阳泉矿区割理走向为NNE向,而南部晋城矿区割理走向则为NW向。
表2.16 我国主要矿区煤层面割理系统统计
(据张新民等,2002)
(3)微型割理特征
反光显微镜下,各矿区微型面割理密度为17~294条/10cm(表2.17),割理发育程度以较发育为主。鹤岗、韩城、丰城、南桐、松藻和水城等矿区面割理发育,密度大于100条/10cm;三道岭、铁法矿区煤割理密度较小。端割理密度一般小于面割理,密度为10~118条/10cm。
表2.17 部分矿区微型割理统计
续表
(据张新民等,2002)
微型割理密度及发育程度与块煤光片的宏观煤岩类型有关,煤的总体光泽越亮,割理密度越大,一般是光亮煤>半亮煤>半暗煤>暗淡煤。如南桐矿同一煤层(13-1煤层),光亮煤(13-1-1样和13-1-4样)面割理密度为92~133条/10cm;半暗-半亮煤(13-1-5样)面割理密度为100条/10cm;半暗煤(13-1-3样)面割理密度为71条/10cm;暗淡煤(13-1-6样)面割理密度为37条/10cm。其他矿区的样品中也有类似现象。
2.4.2.3 割理的扫描电子显微特征
扫描电镜主要观察煤中宽度为0.1~10 μm的微割理和超微割理。样品为煤岩块样的自然断面,该断面可以是垂直层理的,也可以是层面、裂面、滑面、组分界面等。
(1)割理的电子显微形态特征
按成因可以将割理划分为内生割理(或称收缩割理)和构造割理(或称外生割理)。
扫描电镜下内生割理多呈短的直线状,不穿越组分,大体垂直层理,主要发育于镜质组中,尤其是均质镜质体中。镜质体厚度越大,内生割理越长,并常呈等间距排列。与构造割理相比,内生割理宽度大(多为几个微米),密度小,派生割理少,连通性差。
构造割理呈折线状、曲线状、锯齿状和羽列状等,大多斜交层理,穿越不同组分,无充填或被碎粒充填。构造割理通常间距不等,长度、宽度和密度也大小不等,且相差悬殊。构造割理常有派生共轭割理伴生,不同级别的割理组成割理网络,常见的割理网络形态有菱形网络、三角形网络、多边形网络及方格形网络等。
(2)割理密度及其计算方法
从宏观到微观,煤储层割理密度的计算方法有多种,有的按线计算,有的按面积计算,类似于变形矿物位错密度的计算方法(张慧,1989)。扫描电镜观察的是二维图像,故按面积计算割理密度比较合适。以每平方厘米可见的割理条数为割理密度,条数的确定以方向不同为一条,不分长短、宽窄和成因。计算公式如下:
割理密度=条数×倍数2/屏幕面积(单位:条/cm2)
割理密度随观察尺度的不同而不同,比较不同煤层、不同煤体或不同组分的割理密度,应采用同一观察尺度。从大量的观察结果来看,煤中小于0.5 μm的割理已不多见(构造形变严重的煤除外),因此,统计煤中割理密度采用放大500倍左右为宜。
(3)原生结构煤的割理密度
表2.18列出了部分原生结构煤的统计割理密度,其煤体结构类型以手标本观察为准,不代表整个煤层,放大倍数均为480倍,有效分辨下限大约为0.62 μm。统计割理密度为若干屏幕上计算结果的平均值,一个屏幕上的计算结果为微区割理密度。
当割理密度<300条/cm2时,割理大多局限于镜质组中,受惰质组和暗煤区(富含矿物质的区域)的阻挡,割理难以连通成网,故割理不发育、不成网。当割理密度为300~1000条/cm2时,部分割理可以在局部穿越不同组分,形成微区网络,割理为较发育。当割理密度>1000条/cm2时,宽而长的割理穿越不同组分,并常有次级共轭割理派生,形成各种组态的割理网络,此时割理为发育且成网。
从表2.18所列的情况来看,多数煤层的割理为较发育、微区成网,少数煤层为不发育和发育。黑龙江七台河90煤层和淮南新集一矿11煤层的块样割理密度>1000条/cm2,为割理发育且成网;水城汪家寨11~13煤层块样的统计割理密度为3333条/cm2,割理发育,且成网,该样品中显微构造较多。
表2.18 原生结构煤扫描电镜放大480倍统计割理密度
注:WY为无烟煤;PM为贫煤;FM为肥煤;QM为气煤。 (据张新民等,2002)
表2.19为部分原生结构煤的微区割理密度,从阳泉四矿15煤、鹤岗岭北29煤和南山15煤的内生割理密度计算结果来看,内生割理宽度大,数微米以上者居多,且密度小(37~215条/cm2),难成网。
表2.19 原生结构煤微区割理密度计算结果
注:WY为无烟煤;SM为瘦煤;FM为肥煤;QM为气煤;CY为长焰煤。 (据张新民等,2002)
同一煤层中,镜质组和惰质组的割理密度相差悬殊,如陕北某地早侏罗世煤层中镜质组的割理密度为1200条/cm2,惰质组割理密度为200条/cm2,镜质组是惰质组的6倍;又如淮南新庄子矿11 煤,镜质组中的割理密度为4167条/cm2,混合组中的割理密度为1351条/cm2,前者是后者的3倍多;韩城下峪口3煤和宁夏银洞沟煤的割理密度达6667条/cm2和7733条/cm2。这些煤宏观上为原生结构,实际上都经受过一定程度的构造破坏,割理密度的提高主要是由于构造割理的产生。
(4)构造煤的割理密度
碎裂煤、碎粒煤和糜棱煤统称构造煤。构造煤主要由各种构造微粒组成。构造煤中的割理是扫描电镜下的显微构造之一,表2.20列出了部分构造煤的微区割理密度。
表2.20 构造煤的微区割理密度
(据张新民等,2002)
由表2.20可见,构造煤中的割理宽度小、级别多、密度大,分布极不均匀,密度大多为每平方厘米几千条,有时高达几十万条。密度高达几万至几十万条的微区大多在煤中强度较大的角砾和碎粒上或滑面上。在有围压的情况下,这些高割理密度区为一个整体,围压一经释放即散为碎粒或糜棱质。构造煤的割理密度虽然很大,但都是微区的,不足以影响煤层整体上的储集性能。
构造破坏作用对煤储层有正、反两方面的作用,轻微适度的构造破坏作用使煤层破裂,产生角砾和割理,可提高渗透率;较强烈的构造破坏作用使煤层碎粒化或糜棱化,破坏了煤层的原生结构,降低了割理系统的连通性,从而使煤层渗透性变差。
2.4.2.4 割理发育的影响因素
煤中割理的发育具极不均匀性,影响煤中割理发育的因素可分为外界因素和内在因素(煤层本身)。外界因素主要指作用于煤层的外力的性质、大小及作用方式,其次还有煤层顶底板岩性及其机械性能;内在因素有煤岩组分与变质程度等。
(1)有机显微组分的影响
镜质组(尤其是均质镜质体)致密、均匀、块体大,有利于割理顺利延伸和发展。惰质组是多孔状和纤维状的,纤维的纵向常顺层排列,空隙使得应力释放,纤维状丝质体在垂直纤维方向上裂开比较困难,因此惰质组有释放应力、减弱割理和阻挡割理的作用,对割理发育不利。壳质组的机械强度大于镜质组和惰质组,其形变过程类似于镜质组,多数煤层含壳质组很少,故壳质组对煤储层割理发育影响不大,当其含量高时,应加以重视。
惰质组含量高的煤层不利于割理的发育和连通,如鄂尔多斯早侏罗世的很多煤层惰质组含量常在50%以上,这些煤层中惰质组堵塞割理的现象是显而易见的。镜质组含量高的煤层,割理发育,连通成网,可谓优等煤储层,如晋城、铁法、抚顺等地的煤层即是如此。
(2)矿物质的影响
矿物质比有机质硬度大,煤中矿物质(主要指原生矿物质)大多以不均匀的状态赋存。含矿物质多的地方,煤的光泽暗淡。暗淡区的割理发育程度低于光亮区,从宏观到微观都常见到光亮煤割理宽、数量多,而暗淡煤割理窄、数量少的现象,表明矿物质在一定条件下不利于割理发育。但在形变严重的碎粒煤或糜棱煤中,未碎和未成粉的较大的块体,一般就是富含矿物质的暗淡煤,此暗淡煤中有较高的割理密度,表明矿物质有提高煤体强度的作用。
2.4.3 煤变质程度的影响
我国煤变质的特点之一是变质时间晚,很多煤级的增高都是在燕山期,因此可以把一定范围内的不同煤级视为处于同一应力场中。从表2.18来看,无烟煤的割理密度低于烟煤,烟煤机械强度低,对外力反应敏感,容易形变;无烟煤机械强度相对较高,同一适当的应力场中,中变质煤割理密度高于高变质煤。但中变质煤中的割理容易被碎粒、滑移膜等堵塞,而高变质煤的成块率高,割理连通相对较好。
从割理密度与Rmax关系图(图2.6)可见,Rmax为0.51%~4.38%,割理密度分布较宽、较乱,但也可看出,在Rmax<0.8%之前,密度值均处于较低状态;当Rmax为0.8%~2.5%之间时,密度变化范围很宽,这与样品的煤岩类型有关,总的趋势是比Rmax<0.8%和Rmax>2.5%时的割理密度大。
图2.6 面割理密度与煤变质程度关系
(据张新民等,2002)
一、燃烧效率不同
洁净燃煤易燃烧、热值高、封火时间长、耐烧省煤、消耗低,无需频繁添煤、省时省力、更好用,极大减少了用煤量,更加经济节能。
二、安全洁净程度不同
煤炭燃烧基本都是低空直排,燃烧产物很容易被人体吸入。洁净燃煤含硫量低于0.5%,燃烧无黑烟、无异味,产生的有害物质较少,对人体伤害极低,可有效降低出现冬季煤气中毒的现象。
三、环保效果不同
洁净燃煤低硫、低灰、低挥发,燃烧更充分,可以有效减少一氧化碳、二氧化硫和氮氧化物等污染物的排放。燃烧后的产生烟尘少,可有效降低对大气的污染,进而改善生活环境。
清洁煤+配套炉具取暖
清洁型煤取暖与其他清洁能源取暖方式相比成本相对较低,供应保障相对稳定,是天然气、电能等清洁能源取暖暂时难以推广使用的边远山区和经济条件相对薄弱的农村地区过渡替代散烧煤取暖的方式。农村清洁能源网
(一)显微组分组成及分布特征
1.准噶尔盆地
准噶尔盆地煤岩显微组分定量统计结果见表3-23及图3-27、3-28及3-29。
由表3-32结合区域资料分析,八道湾组煤岩显微组分以镜质组为主,一般含量80%~97.4%,平均90%左右。惰性组较少,一般含量0.7%~2.2%,平均2%左右;少数较高者也多小于20%,如在准南西段的四棵树和头屯河分别为10.13%和7.31%。壳质组在准东一般1.6%~10.4%,平均6%左右,准南2.22%~6.05%;壳质组一般小于2%,个别地区含量较高,如阜康小龙口和水西沟,壳质组可达8%,主要为角质体(吴传荣等,1995),赋存于角质微亮煤中。
西山窑组各煤层及不同地区的显微煤岩组分特点在盆内各地不尽一致,含量变化较大,一般镜质组和壳质组含量较低,丝质组含量较高。如在准东、和什托洛盖的组分平均含量为镜质组50%,丝质组50%,壳质组微—少量,显微煤岩类型以富丝质组的微镜丝煤为主;在东部巴里坤地区2、3煤层镜质组含量大于87%,而在三塘湖地区镜质组含量降至44%左右,惰性组约为50%,壳质组很低,小于2%。而在准南,镜质组一般都在80%~90%,丝质组较低10%~25%,壳质组2%,显微煤岩类型以富镜质组的微镜丝煤为主。如准南乌鲁木齐、阜康三工河一带的某些煤层中,壳质组含量很高。镜质组中以基质镜质体最常见,均质镜质体和结构镜质体少见,结构保存程度也差。惰性组中有丝质和半丝质体、粗粒和碎屑惰质体等。壳质组分中以孢粉体分布最普遍,其次有角质体,木栓质体极少见。
图3-26 汝箕沟侏罗系主采煤层煤岩-煤质柱状图
表3-23 准噶尔盆地侏罗系煤显微组分含量%
续表
图3-27 准噶尔盆地煤岩显微组分三角图
图3-28 准噶尔盆地部分地区J1-2煤岩显微组分对比图
图3-29 准噶尔盆地中下侏罗统煤岩显微组分
总体看来,准噶尔盆地煤岩显微组分主要以镜质组为主,其含量大多在60%以上,惰性组仅在个别煤层中含量较高,而壳质组在近50%的煤样中,含量超过了15%~20%,特别是在南缘煤层中,角质体是壳质组最主要的组分,在个别煤层中含量甚至达70%,其次是木栓质体,孢子体、树脂体、藻类体和壳屑体含量最少。值得指出的是,基质镜质体在镜质组中占有较高的比例,一般可占整个组分的25%~40%,多的可占到77%。显微镜下的荧光研究表明,相当数量基质镜质体不具有荧光,部分煤样中的基质镜质体虽有荧光,但荧光强度十分微弱,在某些样品中还见有具微弱的暗褐色荧光的基质镜质体向无荧光的基质镜质体过渡的现象。
2.塔里木盆地
库拜煤田显微煤岩组分无论是沿走向或是倾向,各矿区、各煤组均以镜质组为主,其次为丝质组;壳质化物质一般1%左右;矿物质一般1%~10%。沿走向镜质组总的变化趋势是西部略高于东部;相反,丝质组是西部较东部为低。垂向上,下部的A、B煤组较C煤组镜质组略高;丝质组,上部的C煤组则明显的高于A、B两个煤组。各矿区、各煤组的具体变化见表3-16。
镜下观察表明,阳霞煤产地克孜勒努尔组煤层显微组分以惰性组为主,一般介于67.8%~81.1%,个别高达90.6%,其中,半丝质体一般在14.9%以下,丝质体介于51.6%~70.2%;镜质组介于7.5%~26.6%,个别高达79.8%;壳质组在1.0%~13%之间(表3-24)。库拜煤田俄霍布拉克矿区塔里奇克组煤显微组分以镜质组为主,介于63.9%~72.5%,惰性组次之,介于20%~21.8%,壳质组为7.3%~12.9%(表3-24)。阿艾东风矿区煤显微组分中镜质组以均质镜质体为主,一般32.3%~57.4%,基质镜质体次之,一般为13.6%~21.2%,结构镜质体变化较大,介于0.6%~24.5%,团块镜质体和碎屑镜质体介于2.3%~10.9%;惰性组以丝质体和半丝质体为主,介于0.3%~10.5%,粗粒体2.2%~5.8%,微粒体一般0.6%~1.6%;壳质组以孢子体为主,介于1.1%~3.6%,角质体、树脂体和壳屑体次之,木栓质体和藻类体在部分煤样中亦有发现;煤中矿物以粘土矿物为主。和田布雅矿区煤显微组分以镜质组和惰性组为主,其中,均质镜质体为25.1%,丝质体达38.2%;壳质组占3.7%(表3-16及表3-24)。
乌恰煤产地各矿区、各煤层组分差异不大,以镜质组为主,含量85%~98%,丝质组为少,壳质组2.7%~6.5%。乌恰煤产地康苏矿区工作程度较高,该矿区早侏罗世晚期康苏组显微煤岩组成有机组占80%~94%,无机组为6%~20%。有机组中镜质组含量85%~98%,多数为89%~96%,平均93%;丝质组微少;壳质组2.7%~6.5%,平均4.06%,其中以角质层和小孢子为主,有个别大孢子、树脂体和不定形体,成因类型属腐植煤类。各组分含量在垂向上的变化趋势见表3-18。
由表3-18反映康苏组成煤初期环境不大稳定,时期沼泽覆水浅,形成丝质组较高的微镜丝煤;其后覆水深度增大,并保持比较平稳,形成以高镜质组单一组分为主的微镜煤和双组分微亮煤。
总体看,塔里木盆地煤中有机显微组分组成与新疆其他盆地煤中的有机显微组成存在差异,煤中丝质体含量偏高,可能是该盆地煤层容易自燃的原因。
3.吐哈盆地
吐哈盆地西山窑组和八道湾组煤显微组分以镜质组为主,可达40%~95%;惰性组含量变化较大,在2%~67%,平均20%;壳质组含量低于10%,平均可达7%(表3-25及图3-30)。
表3-24 塔里木盆地侏罗系煤显微组分含量%
图3-30 吐哈盆地煤的显微组分三角图
吐哈盆地煤的显微组分组成不均匀。平面上,哈密坳陷尤其三道岭、大南湖等地以富含惰性组为特征,镜质组含量平均为50%,而惰性组则为40%以上,以丝质体和半丝质体为主。壳质组+腐泥组在全盆地煤中含量最低。托克逊凹陷则以高含量的镜质组为特征,可达80%以上(图3-30),结构镜质体与均质镜质体及团块镜质体含量为盆地内分布最多的,惰性组含量较低,平均为7%,壳质组分含量较高,达7%,其中木栓质体平均可达3%。北部凹陷带则以壳质组分含量高为特征,可达9%,镜质组分中以无结构的基质镜质体为主,平均可达50%。纵向上,北部凹陷带西山窑组和八道湾组煤的显微组分组成亦有差异,镜质组含量西山窑组低于八道湾组煤,且八道湾组以高含量具暗褐色荧光的基质镜质体为主要组分,可达50%,基质镜质体中见有超微类脂体,且在七泉湖一带含量较高(图3-31);而西山窑组以富含薄壁角质体为特征。需要指出的是,无论西山窑组还是八道湾组煤,均见有一定量的藻类体,含量可达1%(表3-25及图3-32)。
表3-25 吐哈盆地煤显微组分定量统计结果%
总体上,吐哈盆地煤显微组分可以概括为“碎”、“小”、“薄”和过渡组分含量高。“碎”即含有较高的碎屑镜质体,碎屑壳质体;“小”即壳质组分个体小,如孢子体基本为小孢子体,藻类体的个体也很小;“薄”即角质体为薄壁角质体,而大孢子体,厚壁角质体缺少,树脂体相对缺乏。过渡组分含量高,如半丝质体含量可达5%,不但存在镜质组与丝质组的过渡,而且存在基质镜质体向沥青质体的过渡。
图3-31 吐哈盆地煤层超微脂类体含量等值线图
图3-32 吐哈盆地煤的镜质组含量等值线图
4.伊犁盆地
煤岩镜下观察表明,煤显微组分以镜质组为主,一般介于45%~70%,个别高达90%(B-2孔),半丝质组在10%以下,丝质组介于20%~35%,壳质组在2%~13%之间(表3-26)。伊犁矿区八道湾组煤显微组分中镜质组和惰性组含量相当,介于20%~70%,壳质组一般<5%;西山窑组煤显微组分以惰性组为主,介于42%~88%,镜质组仅为6%~50%,壳质组0.5%~10%(表3-26)。霍城矿区煤显微组分中镜质组以基质镜质体为主,一般20%~30%,结构镜质体1%~5%,团块镜质体和均质镜质体介于1%~3%,极少见胶质镜质体;惰性组以丝质体和半丝质体为主,介于35%~85%,粗粒体0~3%,微粒体一般1%~3%,个别层位可达15%;壳质组以孢子体为主,1%~3%,树脂体和角质体次之,木栓质体在部分煤样中亦有发现,<1%,极少见藻类体;煤中矿物以粘土矿物为主。总体看,伊犁盆地煤中有机显微组分组成与新疆其他盆地煤中的有机显微组成存在差异,可能主要是由于成煤环境差异造成的,因为伊犁盆地属于山间盆地,盆地规模小,盆地中间还存在一个小隆起,周围陆源物质供应充分,冲积相和河流相发育,泥炭沼泽经常暴露地表,造成成煤环境受到风氧化作用,因而煤中丝炭化组分含量较高,而凝胶化组分较少的局面。
表3-26 伊犁盆地侏罗系煤显微组分含量%
5.柴达木盆地
对柴达木盆地和祁连地区煤储层样品的显微组分含量的镜下测试结果见表3-27及表3-28。
表3-27 柴北缘及祁连地区煤储层显微煤岩组分及煤岩类型
表3-28 柴达木盆地侏罗系煤显微组分含量%
镜下观察表明,柴达木盆地西部鱼卡矿区侏罗纪煤储层显微组分以镜质组和惰性组为主,分别为21.1%~89.8%和1.8%~69.9%,含少量壳质组及无机组分,分别占2.9%~8.8%和0.6%~16.7%。且在纵向上显微组分呈规律变化,即从下到上镜质组含量明显增大,惰性组明显减少。其中,镜质组中以基质镜质体、结构镜质体和团块镜质体为主,惰性组中以半丝质体和丝质体为主,煤层上部样品中微粒体含量较高,壳质组中以孢子体为主。大煤沟矿区煤层显微组分以惰性组为主,镜质组次之,分别为28.2%~92%和2.7%~68.5%,壳质组含量为2.3%~5.2%,无机组分含量为1%~3%。
在纵向上显微组分无规律性变化,但煤层顶部样品中镜质组含量明显高于中部和下部,惰性组正相反。其中,镜质组中以基质镜质体为主,惰性组中以丝质体为主,半丝质体次之,壳质组中以孢子体为主。旺尕秀矿区显微组分以镜质组为主,占47.3%~87.9%,惰性组和壳质组的含量较低,在10%以下,并含有少量无机组分,个别样品中无机组分含量较高。其中,镜质组中以结构镜质体、均质镜质体、基质镜质体及团块镜质体为主,惰性组中以丝质体和半丝质体为主,壳质组中以孢子体和树脂体为主。
祁连山含煤区木里煤矿侏罗纪煤储层显微组分以镜质组为主,占50.1%~85.6%,惰性组次之,占13.3%~48.9%,并含少量壳质组和无机组分,分别占0~1.1%和0.3%。其中,镜质组中以均质镜质体和基质镜质体为主,碎屑镜质体和团块镜质体次之,惰性组中以丝质体为主,半丝质体、碎屑惰质体及粗粒体次之,壳质组中只见到孢子体。热水矿区煤层显微组分以镜质组为主,惰性组次之,分别占53.5%~82.6%和15.7%~46.5%,并含少量无机组分,占0.4%~1.7%,未见壳质组。在纵向上,煤层中部和顶部镜质组含量高于底部,中部高达82.6%,而底部的惰性组含量最高,达46.5%。其中,镜质组中均质镜质体为主要成分,惰性组中以丝质体、半丝质体和粗粒体为主。大通矿区煤层显微组分以惰性组为主,镜质组次之,并含少量壳质组和无机组分,分别占40.4%~81.3%、12.4%~55.1%、2.7%~5.2%及0.7%~4.3%,在纵向上无规律性变化。其中镜质组中以基质镜质体、结构镜质体和均质镜质体为主,惰性组以丝质体为主,壳质组以孢子体为主。
总的看来,柴达木盆地西部鱼卡矿区侏罗纪煤储层显微组分以镜质组为主,惰性组次之;向东大煤沟矿区、大头羊矿区及绿草山矿区惰性组含量增高,在显微组分中占主要地位,镜质组次之;盆地东端旺尕秀矿区显微组分以镜质组为主,惰性组和壳质组含量极低,在10%以下。祁连山含煤区西部木里矿区侏罗纪煤层显微组分以镜质组为主,惰性组次之;向东热水矿区、海德尔矿区及默勒矿区同木里矿区相似;大通矿区煤层则以惰性组为主,镜质组次之(表3-27和表3-28)。
6.鄂尔多斯盆地
由表3-29、表3-30及表3-31可知,研究区内煤的显微组成多以镜质组占绝对优势,惰性组次之,壳质组极少,属于腐植煤。煤中矿物质以石炭—二叠系煤居多,延安组煤较少。煤的显微组分在纵向分布上,镜质组含量以延长组最高,约占89%(张福礼等,1992);其次为太原组和山西组煤,延安组煤含镜质组最少。壳质组含量由太原组→山西组→延长组→延安组依次减少。惰性组以延安组占优势,次为山西组、太原组与延长组。
石炭—二叠系煤的显微煤岩组分以镜质组为主,含量在59.8%~83.8%,丝质组次之(表3-30)。其中盆地西缘中部镜质组含量一般大于70%左右,丝质组含量12%左右。北部府谷盆地中部及东部镜质组在80%左右(图3-33),丝质组含量多低于10%。在平面分布上,表现为由北往南石炭—二叠系煤的镜质组含量增多,惰性组减少;从盆缘到盆内镜质组亦增加,惰性组含量变化与此相反(图3-33)。这表明盆地边缘丝炭化作用较强,向盆内覆水加深,水体稳定闭塞,还原作用加强,导致其凝胶化作用加强。
表3-29 鄂尔多斯盆地侏罗系煤的显微组分定量统计表%
表3-30 鄂尔多斯盆地石炭—二叠系煤的显微组分定量统计表%
续表
表3-31 鄂尔多斯盆地显微煤岩组成%
侏罗系延安组煤的显微组分以镜质组含量普遍较低,丝质组含量较高为特点(表3-29)。除汝箕沟矿区煤的镜质组含量局部最高达96%之外,全区煤的镜质组含量在32%~80%之间。煤的显微组分在平面分布总的趋势为,由盆地周缘向盆地中心镜质组含量增加,丝质组含量减少。盆地北缘的东胜地区煤的镜质组含量最低,一般在27.5%~50%之间,陕西神府,榆横地区煤的镜质组含量较高,镜质组含量在60%~70%之间。盆地西缘汝箕沟、石炭井、华亭等矿区镜质组含量大于60%外,其他地区均在40%左右(表3-31)。在垂向上,延安组煤的镜质组含量由低+高+低,而惰性组含量则由高+低+高。这可能与沉积环境演变有关,湖水面由扩展到收缩,湖滨三角洲由建设性转为废弃时水位发生变化,同时也反映了古气候由较干旱到潮湿,再到较干旱的旋回演变。
图3-33 鄂尔多斯盆地石炭—二叠系煤的镜质组含量等值线图
(二)显微组分岩石学特征
1.镜质组
镜质组是煤中占优势的有机组分,可划分为结构镜质体和无结构镜质体两大类,后者又可划分为基质镜质体、均质镜质体、团块镜质体和胶质镜质体。准噶尔盆地煤中的基质镜质体,无论是从煤矿取的样品还是从钻井岩心中取的样品,含有可分辨的壳质组碎屑较少,普遍荧光很弱,部分样品根本就无荧光显示。
(1)结构镜质体
来源于植物的细胞结构,这些细胞壁被称为结构镜质体,而细胞腔往往被无结构镜质体或者经常被树脂体、微粒体或粘土所充填。其在透射光下呈棕红—褐红色、橙红—褐红色,细胞结构保存完好、清晰或部分朦胧可见。常见胞腔结构的挤压变形现象,局部形成显微揉皱,并可见木质部胞管单列纹孔呈散S形;部分结构镜质体变形成肠状,并具丝炭化。偶见煤核中的木质髓部具清晰的生长年轮,结构镜质体可有角质体镶边,特征明显。也偶见角质体碎片充填结构镜质体的细胞腔。纯净的结构镜质体在本区十分罕见。
(2)无结构镜质体
无结构镜质体是由植物的木质纤维组织和其他成分经过凝胶化作用形成的胶状物演变而来。根据形态和成因,可进一步细分为4个亚组分:①均质镜质体,显微镜下呈均一状,油浸反光下呈不同程度的灰色色调,透射光下为橙红色至棕褐色,是最适合于测定反射率以确定“煤阶”或“成熟度”的组分,其在镜下多呈宽窄不等的条带状、条纹状、透镜状分布,局部呈橙黄色,应为富氢均质镜质体成分。局部可见角质体镶边或见其中散布有橙黄色角质化小团块。均质镜质体是本区煤中常见的显微组分之一,尤其在准噶尔盆地西北缘的煤中占有重要地位。②基质镜质体,是腐殖碎屑与非常细粒的腐殖凝胶的混合物,它比均质镜质体有稍弱的反射率和较高的氢含量,常含有壳屑体、惰屑体及粘土矿物杂质。基质镜质体是本区的主要显微组分之一,在大多数煤样中其含量均在30%以上;镜下其呈片状分布或呈其他组分的“胶结物”出现,橙红色,无固定形态和细胞结构痕迹。吐哈盆地基质镜质体在蓝光激发下具有暗褐色荧光。③胶质镜质体,胶质镜质体是腐殖溶胶充填在植物的细胞腔或其他空隙中形成的亚组分。实际上,由真正凝胶形成的胶质镜质体很少出现,也很难与均质镜质体区分。镜下胶质镜质体少见,红褐色,总体呈条带状断续分布,可见大小不等的胞腔结构,内部边界为不甚规则的弧形等形状。④团块镜质体,主要来源于植物树皮中的鞣质,其产出状态既可孤立出现亦可作为细胞充填物产出。本区煤岩中团块镜质体也较少见,棕红—褐红色,呈圆形、椭圆形、浑圆形、透镜状散布,局部有拉长变形现象。
2.惰性组
惰性组在煤中一般以其高的反射率易于识别。丝质体具有较清晰的细胞结构,透射光下呈黑色、褐黑色,呈棒条状、条带状、透镜状,或呈棱角状、长条状、不规则状分布。镜下常见氧化丝质体与火焚丝质体的混生现象;局部可见清晰的细棒状丝质体的生长结点、断口及压实变形,细胞腔或呈原始形状,或被挤压拉长变形成椭圆、长椭圆、长条形等,具定向排列,并偶见显微断层截断现象。粗粒体无原始细胞结构,以大小不等的圆形、椭圆形颗粒出现,在煤中还可以以基质状态出现。半丝质体的反射率较丝质体的低,介于镜质体和丝质体之间,其细胞结构不如丝质体保存得好。本区煤岩中半丝质体较为发育,多呈与结构镜质体的过渡形式出现,反射光下呈棕褐-褐黑色,惰屑体也称为碎屑惰性体,为煤中或源岩中高反射率的有机质碎屑,由于颗粒小,分辨不出其原始植物的细胞结构。微粒体一般是在煤化作用过程中由富氢显微组分转变而来的。在油浸反光下,微粒体为大小约1 μm左右的白色微粒集合体,常呈条带状或充填细胞腔形式出现。在准噶尔盆地三工河、头屯河、四棵树、安集海及齐009井等地煤样皆有较多的微粒体,它们常以星点状、条带状分布于基质镜质体中。
总之,在本区的煤中惰性组分较多。特别是准噶尔盆地头屯河、三工河剖面煤样中,惰性组分含量高达80%以上,鄂尔多斯盆地焦坪、黄陵及彬长惰性组含量往往达60%以上,并且半丝质体的成分较多。
3.壳质组
(1)孢子体
常见的小孢子体,一般呈压扁的长条状,分布于基质镜质体或沥青质体中,小孢子体在本区煤中分布很普遍但含量较少,仅在个别井(如吉7井)中含量达到10%以上。大孢子体在本区煤中少见,荧光较弱,而小孢子体一般呈较强的黄色荧光,具有强的荧光正变化。
(2)角质体
角质体为植物叶或茎的表皮保护层角质膜转变而来,是本区煤壳质组中最为丰富的一种显微组分。油浸反光下呈灰黑色,细长条状,有单体产出,亦有成层分布,荧光下具黄绿-褐黄色荧光,具光滑边或锯齿边,后者锯齿状边缘特别清晰;反射光下呈黄色、橙黄-褐黄色,呈条带状、镶边状、碎片状,偶呈铁丝条纹状分布。根据本区角质体的光性特征及成因,将其分为两种组分:①薄壁角质体,薄壁角质体A,一般呈条带状,角质体的厚度稍有差异,但大多较厚,具有极强的黄绿色荧光,可能来源于植物茎的保护层角质蜡。薄壁角质体B,呈非常细的长条带状产出,具黄-褐黄色荧光,常与薄壁角质体A共生,可能来源于植物叶的角质层。②厚壁角质体,这种角质体在本区较为少见,一般为褐黄色荧光。
(3)树脂体
树脂体来源于高等植物的树脂、树胶、树蜡等分泌物。在本区煤层中一般呈长椭圆形、椭圆形、肾形、粗短条状或不规则状散布,局部呈充填细胞腔形式出现,偶见挤压变形现象。常与角质体共生,并且与周围的角质体无切割关系,个体有时达50~100 μm,透射光下呈均匀亮黄色,反射光下为深灰色-灰黑色,有内反射现象,荧光颜色变化很大,从褐黄色到黄绿色荧光均有分布,荧光变化为正变化。
(4)木栓质体
木栓质体是由原始植物树干和根的外层皮组织演化而来的。木栓质体一般指的是木栓化了的细胞壁,一般认为木栓质体在亚烟煤和烟煤阶段之间的分界线上经过一次煤化跃变,在亮褐煤阶段只出现微弱的浅红色荧光,在高挥发分烟煤C阶段,其荧光消失。据魏辉等(1998)研究,它是本区煤中重要的显微组分之一,细胞结构保存较好,大多呈叠瓦状排列,在准噶尔冒烟山剖面八道湾组煤层中木栓质体含量达20%,四棵树剖面西山窑组、车27井、石西1井煤样的木栓质体含量也都在10%左右。吐哈托克逊凹陷含量较高,有的井段可达13%,普遍为4%~6%,台北凹陷仅在二塘沟煤中鉴别出较高数量的木栓质体(8%),其他井区为2%左右,哈密坳陷少见木栓质体。鄂尔多斯盆地木栓质体主要呈叠瓦状排列,长条状顺层分布,见清晰的木栓结构。油浸反光下深灰-浅灰色,蓝光激发下具黄-褐黄色荧光。荧光谱呈单,激发30分钟后,荧光强度增强,荧光变化为正变化,这可能与其成熟度较低有关(刘大锰,1997)。
(5)沥青质体
沥青质体是本区煤中十分常见的显微组分。具有低反射率,大多为微弱的浅褐色荧光。在垂直层理的切面上,常呈条带状,细分散状,条纹状,小透镜状或基质状态出现。Teichmüller(1974)依荧光特征将其分成3种类型:1型有荧光且有荧光变化;2型有荧光但无光变化;3型不具荧光。在本区仅见1、2这两种类型的沥青质体且以1型为主,其丰度较低,在吐哈托克逊凹陷中、下侏罗统和台北凹陷中侏罗统七克台泥岩中分布较普遍(赵长毅,1998)。其成因认为是藻类、浮游生物等在细菌作用下的降解产物(Teichmüller,1970)。
(6)超微类脂体
超微类脂体是富氢显微组分沥青化作用的歧化固体残余产物,煤加水热解实验也证明了这点。吐哈微粒体多小于1 μm,呈圆形颗粒,反射光下为浅灰色、灰白色,无突起。吐哈盆地西山窑组和八道湾组中的超微类脂体主要分布于无结构镜质体和少量粗粒体之中,一般呈条带状分布于基质镜质体中,并与过渡组分(如半镜质体和半丝质体)共生;有时呈胞腔充填状或透镜状产出。该盆地侏罗系煤盆地中超微类脂体含量一般在5%~17%,其中盆地中部的吐鲁番坳陷含量最高,超微脂类体于壳质组总含量可达17%;西部艾维尔沟超微类脂体含量最低,其含量一般小于2%(图3-31)。
(7)壳屑体
泛指那些来源于各种具荧光的碎屑状类脂有机质,在煤中常出现于基质镜质体中。碎屑类脂体在煤中呈片状、细条状及颗粒状,荧光强度不一,黄色、褐黄甚至褐色。在成因上既有化学分解的,也有机械破碎的,在该区煤中较为常见。Taylor等(1991)利用TEM研究了澳大利亚某些低变质煤中的基质镜质体,发现其中含有较丰富的超微壳质组碎屑,并认为是导致基质镜质体产生可见荧光的原因,并具有一定生液态烃潜力。
此外,研究中还发现了渗出沥青质体,主要以裂隙充填物的形式出现,另外它也可以充填在细胞的空腔中,油浸反光下呈黑色,有时周围共生有不同色彩的油晕,即牛顿环(Teichmüller,1976),渗出沥青质体的荧光强度和颜色可相差很大,但都无固定形态,并以次生产状与其他类型有机组分相区别。
煤炭燃烧后会产生CO2之类的气体
煤的成份包括有机质和无机质。
1、构成煤炭有机质的元素主要有碳、氢、氧、氮和硫等,此外,还有极少量的磷、氟、氯和砷等元素。碳、氢、氧是煤炭有机质的主体,占95%以上。
2、煤中的无机物质含量很少,主要有水分和矿物质,它们的存在降低了煤的质量和利用价值。矿物质是煤炭的主要杂质,如硫化物、硫酸盐、碳酸盐等,其中大部分属于有害成分。
这些气体都是可以造成温室效应的,如果是不完全燃烧,就会产生CO等的有害气体,他会阻止血液中的细胞和氧结合,长时间会造成人昏迷。甚至死亡。
煤主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成,而碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上木炭主要成分是碳元素。
烧煤炭会产生对人体有何危害粉尘,对人体肺部会造成损害,比如尘肺等。。 不过短期内不会有什么太明显损害
烧煤炭会产生对人体有害的什么气体一般石灰窑
是把碳酸钙段烧成氧化钙在这个反应过程中会产生大量的二氧化碳
如果二氧化碳过度的被人体吸入容易造成身体的供氧不足
如果煤炭里硫含量比较高的话
同时会产生二氧化硫 和 三氧化硫
如果吸入鼻腔粘膜会有一定的 ***
如果煤炭燃烧不充分的话
同时会产生一氧化碳
而一氧化碳与血液的结合 要比氧气强 容易引起一氧化碳中毒
同时在煅烧的过程中会有大量粉尘产生
长期吸入容易引起职业病——尘肺
我知道的就这些了
煤炭去掉什么燃烧后不会产生有害气体煤炭只要燃烧就会产生有害气体,但危害性不一样,应为煤中主要是碳,燃烧生成二氧化碳温室气体,你说是否为有害气体?
茶叶燃烧之后会产生对人体有害吗 茶叶燃烧会产生哪些有害的气体无害。茶叶燃烧后若是充分燃烧就生成二氧化碳,是无害的。
补充:
茶叶,指茶树的叶子或芽。、别名茶、槚(jiǎ),茗,荈(chuǎn),山茶属灌木或小乔木,嫩枝无毛。泛指可用于泡茶的常绿灌木茶树的叶子,以及用这些叶子泡制的饮料,后来引申为所有用植物花、叶、种子、根泡制的草本茶,如“菊花茶”等;用各种药材泡制的“凉茶”等,在中国文学中亦称雷芽。有些国家亦有以水果及香草等其它植物叶而泡出的茶,如“水果茶”。叶革质,长圆形或椭圆形,可以用开水直接泡饮,依据品种和制作方式以及产品外形分成六大类。茶叶饮品被誉为"世界三大饮料之一"。茶叶含儿茶素、胆甾烯酮、咖啡碱、肌醇、叶酸、泛酸等成分,可以增进人体健康。茶叶的故乡在中国,饮茶始于中国。
请问胶合板燃烧后会产生什么气体?这种气体对人体有什么危害?氦
对气管有害
汽油燃烧后会产生哪些有害气体?汽油燃烧后主要产生大量的二氧化碳,二氧化碳是主要的温室气体,它将太阳射向地球的紫外线等吸收,如同棉被一样将地球包裹起来。还放出二氧化硫,氮的氧化物等,它们到达空中和水蒸气结合生成硫酸,硝酸随雨水降落到地面上,会对大理石制品进行腐蚀分解,对粮食,蔬菜的茎和根腐蚀,使其腐烂或枯黄。
德国早年曾建造高烟筒来向高空排放二氧化硫,以降低本国的空气污染,但是因为大气流动对其他国家和地区的空气造成的污染。(有的一些有害气体结合而产生了光污染美国最早发生的光污染现象)
燃煤锅炉燃烧产生哪些有害气体 料燃烧会产生哪些有害一氧化碳、含硫的氧化物、氮氧化物, 另外还有温室气体二氧化碳
燃料燃烧会产生哪些有害气体?一般是:1,碳氧化合物,如:CO;2,氮氧化合物,如:NO,NO2等;3,硫氧化合物,如:SO2,H2S;4,磷氧化合物,如:PH3,H2PO3等等
煤炭气体对人体有什么危害有大量的CO2,以及少量的CO和少量的so2,so2是有毒气体,还是酸性气体,会造成酸雨
这些气体都是可以造成温室效应的,如果是不完全燃烧,就会产生CO等的有害气体,他会阻止血液中的细胞和氧结合,长时间会造成人昏迷。甚至死亡
洁净型煤无烟无硫,热值高,不用担心冬季煤气中毒,还耐燃烧,起火快。
散煤是相对于工业(发电、冶金、化工、医药、建材、供热等)用途燃煤而言的,主要是指小锅炉、家庭取暖、餐饮用煤等民用煤。表面看上去与洁净型煤生产配送中心生产的标准型煤并无两样,其实燃烧效率要比洁净型煤生产中心生产的蜂窝煤低很多,且会对空气产生严重污染。
洁净型煤就是指在原煤还没有投入使用之前,用型煤机械以物理的方法将煤粉加工成有一定形状尺寸、特定物理化学性能和不同用途产品的工艺过程。这种洁净型煤在燃烧的时候无烟、无味、无尘,还热量高,减少使用产量,而且使用不同炉具都可以实现清洁排放的效果。
扩展资料
全国大气污染形势严峻,散煤燃烧是重要污染源之一,这主要是因为散煤的燃烧效率低、没有烟气净化装置、超低空排放等。煤炭在燃烧过程中要释放出二氧化硫、一氧化碳、烟尘、放射性飘尘、氮氧化物、二氧化碳等。这些物质会直接危害人畜,产生酸雨,形成温室效应。
大气污染物对人体的危害是多方面的,主要表现是呼吸道疾病与生理机能障碍,以及眼鼻等粘膜组织受到刺激而患病。大气中污染物的浓度很高时,会造成急性污染中毒,或使病状恶化,大气污染物,尤其是二氧化硫等对农作物的危害是十分严重的。
用洁净型煤更加的高效。洁净型煤易燃烧、热值高,是传统散煤的两倍热值,极大减少了用煤的数量。用洁净型煤更加安全方便。洁净型煤无黑烟、无异味,对人体伤害极低,防止出现冬季煤气中毒的现象。同时使用圆形,椭圆形的洁净型煤比使用传统的散煤更加方便。