煤田地质与勘探是核心还是ei

(1)《煤田地质与勘探》

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中文核心期刊(1996)

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中科双效期刊

综合影响因子0.389

(2)《地质科技情报》

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中文核心期刊(2000)

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期刊荣誉：

Caj-cd规范获奖期刊

综合影响因子0.869

（3）评价

两者都是中文核心期刊，均被CA收录，但就影响因子而言，《地质科技情报》优于《煤田地质与勘探》，但前者是侧重综合地质类，后者侧重煤炭地质，这也要看楼上发表的论文关于什么方面，才好选择！

1 采区概况

济宁二号煤矿是大型生产矿井，为查明矿井九采区地质构造及煤层赋存情况，矿方要求对九采区进行三维地震勘探。勘探范围南北长1450m，东西宽2720m，控制面积为4.0km2。

勘探区内地层有第四系，上侏罗统蒙阴组，上二叠统，下二叠统山西组，上石炭统太原组，中石炭统本溪组，奥陶系中、下统。本区含煤地层为太原组和山西组，共含煤27层，其中太原组含煤23层，山西组含煤4层。可采和局部可采煤层7层，其主要可采煤层为3上、3下及16上。

区内岩浆岩十分发育，采区内岩浆岩厚度为57.2～136.7m，在勘探区内呈岩床状覆盖在煤系地层之上，位于侏罗系中上部，岩浆岩底界到主要可采煤层3上煤顶界距离一般大于300m。

2 复杂的地震地质条件

2.1 浅层地震地质条件

测区潜水位一般在2～6m，由于古河床的存在，局部有流沙层分布，激发条件受影响。地层主要岩性为棕黄色、浅灰绿色粘土、砂质粘土及砂层组成。第四系厚为190～206m，其底界面和下伏地层呈角度不整合接触，界面波阻抗差异明显，反射系数大，能形成一组强的TQ反射波，而且形成较强的二次反射波，即为本区的多次干扰波。

2.2 中深层地震地质条件

上侏罗统岩性比较单一，以砂岩为主，夹少量泥岩或砾岩，无明显的波阻抗分界面，再加上与下伏顶界物性差异不太明显，因此，在侏罗系内部及其底界面均不能获得较强的反射波。尤其是在侏罗系中，有燕山期侵入的岩浆岩，而且是以岩床形式侵入到上侏罗统中部，岩浆岩主要为橄榄辉长岩、角闪辉长岩及辉石正长斑岩等。形成对反射波传播的屏蔽层，使下部煤层反射波受到很大影响，因此中部地震地质条件差是本次地震勘探中存在的主要问题，应采取有效措施，加以解决。岩浆岩与其上、下围岩波阻抗差异大，形成一组强的顶、底界面反射波Tr1、Tr2。3上、3下煤层为本区主要可采煤层，埋深706～819m。3煤层反射波特征较明显、能量较强、连续性较好，是本区主要可采煤层反射波，统称为T 3波。16上、17煤层厚均小于1 m，波阻抗不明显，虽有形成反射波的条件，但反射波能量较弱。

2.3 对该区复杂地震地质条件的分析研究

本区浅深层地震地质条件较好，厚层岩浆岩的强屏蔽和第四系底界多次波对主要目的层的影响，是该区三维地震勘探的难点。在资料的采集和处理中，必须采取有效措施，克服多次波和屏蔽层的影响。选择最佳激发层位，大药量激发，减少大地滤波及岩浆岩对地震波的吸收和屏蔽作用，以保证传播能量。反射波接收，由于地层界面多，目的层埋藏深，所以，反射到地面的有效波高频成分损失较多，所以采用了中频检波器接收；采用大排列接收，有利于处理时去除第四系底界多次波的影响。资料处理时，重点采取了多种适当方法减少多次波的影响。

3 野外工作方法

根据对本区浅、深层地震地质条件的分析研究，该区施工前做好试验十分重要。因此设计了点、线试验，来确定最佳采集参数，以选择最佳施工方案。试验遵循先点后线、点线结合，单一因素变化的原则。

点试验确定激发条件。药量试验：在不同深度的井中，进行药量对比试验，确定激发药量。井深试验：采用试验确定的药量分别在不同深度的井中激发，确定激发药量。经分析比较，药量为2～3kg，井深不同块段采用12m和14m。

图1 不同频率检波器接收的试验线时间剖面

线试验，试验线每一接收点用40Hz、60Hz和100Hz检波器同时接收，获得三种不同频率的初叠剖面（图1），从图1中可以看出，选择60Hz中频检波器及组合接收，时间剖面上主要煤层反射波目的层分辨率高，连续性强，断点清晰。排列方式的选择：试验线采用中点发炮，72道接收，资料处理时，通过不同的抽道处理，获得72道、48道、36道中点发炮、36道和24道接收端发炮五种不同排列方式接收的时间剖面，分析这五种初叠剖面，可以看出36道接收中点发炮，对于克服多次波干扰和岩浆岩屏蔽作用效果明显。

根据试验分析、测区的地质情况、地质任务要求，采用以下工作方法：

观测系统类型：束状8线8炮，中间激发；接收道数：288道；

接收线数：8条；接收道距：20m；接收线距：40m。

检波器组合形式：采用6个60Hz检波器串组合。

4 处理方法

根据本区的地震地质条件和地质任务要求，数字处理以确保“高分辨、高保真度、高信噪比”为原则，同时重点分析多次波发育特点，采用多种方法去除多次波的影响，最终获得了较为满意的三维时间数据体。

针对上述处理目标，在数据处理中，主要抓住以下几个环节进行反复测试，选出正确处理流程及最佳处理参数。

（1）建立正确的几何库和一次静校库。

（2）认真细致地做好速度分析是资料处理的重要环节。

（3）合理使用反褶积，使高频信息得以加强，提高纵向分辨率。

（4）采用叠前部分偏移（DMO）及叠后一步法偏移技术提高横向分辨率和空间成像效果。

（5）选择合适的去除多次波的方法，去掉新地层多次波对煤层反射波的影响。

4.1 去多次波处理

该区发育的多次波，是由第四系底界生成的，速度较低，与第四系一致，与煤系地层有明显的速度差异，容易衰减。经F-K域、τ-p域的大量试验，选择在CDP道集上，作τ-p变换和F-K滤波，利用速度差异和多次波较目的层反射波斜率大的特点，使多次波得到最大程度地衰减，从而突出有效波，达到去除多次波的目的（图2）。

由于处理流程和参数选择合理，又采用τ-p变换、F-K滤波等方法，消除了多次波等各种干扰波的影响，时间剖面质量得到了提高。

图2 去多次波前与去多次波后的道集对比

4.2 时间剖面质量

计算机显示可获得时间剖面1118条，其中东西向剖面469条；南北向剖面649条。按40m×80m网格对时间剖面进行抽查，共114条，总计237.18km。按规程要求进行评价，Ⅰ类剖面为153.53km，占64.73%，Ⅰ+Ⅱ类剖面为211.37km，占89.12%，时间剖面质量比较优良。剖面质量均高出规程要求，为完成地质任务奠定了可靠的基础。

5 地质成果

在本次三维地震勘探中，查明了煤系地层的起伏形态和次级褶曲的发育情况；对断层的展布状况和分布规律作了深入的研究，结合钻探资料和井巷资料查明了5m以上的断层；并对落差3～5m的断层或断点进行了解释；同时对3下、3上煤厚变化趋势进行了预测和研究，取得了较好的效果。

在构造解释上，保留断层1条：F 60断层；修改断层7条：八里铺断层、八里铺断层支2、F35、F36、F37、F58、F59；新发现断层38条：落差＞10m的2条；5～10m的5条；0～5m的19条，3m左右的小断层12条。严密控制了八里铺断层的产状，如图3。

图3 三维地震勘探前后3煤层构造对比图

本次三维地震勘探经过采集、处理、解释等诸方面的细致工作及合理的技术措施，圆满地完成了协议所规定的各项地质任务。三维地震勘探成果资料为矿井更加合理布置采煤工作面提供了可靠的地质依据，取得了显著的经济技术效益。

（本文发表于2005年《煤田地质与勘探》增刊）

1. 煤炭学报

2. 煤炭工程

3. 煤矿机械

4. 煤炭科学技术

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6. 工矿自动化

7. 煤矿安全

8. 煤炭技术

9. 煤田地质与勘探

10. 中国煤炭

石油、天燃气方面：1.石油勘探与开发 2.石油学报 5.天然气工业 3.石油与天然气地质 6.石油化工 4.石油实验地质7.石油物探 8.中国石油大学学报.自然科学版 9.天然气地球科学 10.西南石油大学学报.自然科学版 11.石油钻采工艺 12.新疆石油地质 13.测井技术14. 油气地质与采收率 15.大庆石油地质与开发 16.钻采工艺 17.油田化学 18.石油钻探技术19.石油炼制与化工 20.石油地球物理勘探 21.特种油气藏 22.石油机械 23.西安石油大学学报.自然科学版 24.钻井液与完井液 25.石油学报.石油加工 26.大庆石油学院学报 27.油气田地面工程 28.海相油气地质 29.中国海上油气

河南理工大学资源环境学院创始于1909年的采矿冶金门，1961年成立地质系，1995年更名为资源与环境工程系，2005年更名为资源环境学院。学院下设资源勘查工程系，地质工程系，环境科学与工程系，水文与水资源工程系，地球信息科学与技术系，生物技术系，中心实验室和党政办公室，教学与科研办公室，研究生管理办公室，学生工作办公室，院团委。

资源环境学院（原地质系，资源与环境工程系）前身是原郑州煤炭工业学院地质专业科，时设煤田地质与勘探和水文地质与工程地质二个专业。1958年8月，在郑州煤田地质学校基础上建立郑州煤田地质专科学校，招收3年制煤田地质与勘探专业专科生，地质专业科亦随之更名为地质系。专业老师在线权威答疑 zy.offercoming.com

随着地质力学研究的进展，1982年起相继出版了《地质力学与地壳运动》、《地壳运动问题》、《隐伏矿产预测》等6部专著，及数十篇论文(均含合著)，共计100余万字。其中《地质力学与地壳运动》被评为“是继李四光教授之《地质力学概论》(1962年内部刊印)之后，全面总结近20年来广大地质工作者运用地质力学观点进行生产实践和理论研究的重大成果”。

(一)主要著作

［1］孙殿卿，高庆华.地质力学与地壳运动.北京:地质出版社，1982

［2］孙殿卿，高庆华.隐伏矿床预测.北京:地质出版社，1987

［3］高庆华等.地壳运动问题.北京:地质出版社，1996

［4］高庆华等.地壳运动整体观在自然灾害综合研究与减灾中的应用.北京:气象出版社，2008

［5］高庆华，毕子威.学习地质力学.新疆维吾尔自治区地质局地质科学研究所印制，1973

(二)重要论文

［6］中国地质科学院地质力学研究所.论构造体系(执笔高庆华).见:国际交流地质学术论文集.北京:地质出版社，1978，57～68

［7］高庆华.试论构造体系复合的几种现象.地质科技，1978，(1):16～20

［8］高庆华.地质力学在煤田地质工作中应用的几点意见.煤田地质与勘探，1979，(3):1～14

［9］高庆华.试谈侵入岩的原生构造和岩相分带与构造体系的关系.中国地质科学院报562综合大队分刊，1980，(1):第1号:82～93

［10］孙殿卿，高庆华.地球自转与全球构造.中国地质科学院院报562综合大队分刊，1980，(1):第1号:1～17

［11］Sun Dianqing Chen Qingxuan and Gao Qinghua.Geomechanics its application in petroleum Geology.GeoJournal，1980，4(6):499～505

［12］高庆华.试谈地壳运动与地质建造之关系.中国地质科学院院报562综合大队分刊，1981，(2):第1号:1～10

［13］高庆华.序次的辨别与实践意义.中国地质科学院562综合大队集刊，1982，第3号:79～94

［14］高庆华.构造体系对铬铁矿分布的控制作用及找矿实践.中国地质科学院562综合大队集刊，1982，第3号:1～13

［15］中国地质学会地质力学专业委员会.地质力学发展的回顾与展望(宁学质，高庆华执笔).1982，28(2):170～175

［16］孙殿卿，高庆华，邓乃恭.中生代以来中国大地构造体系与构造运动程式.地质学报，1982，(3):200～211

［17］高庆华.试谈地质力学的发展方向.中国地质科学院562综合大队集刊，1983，第4号:45～55

［18］高庆华.谈谈西北地区的石油地质工作.中国地质，1984，(11):21～23

［19］高庆华.地球自转与地质体系论.中国地质科学院院报，1985，第11号.1～14

［20］高庆华.新疆萨尔托海岩体地质构造与育矿预测.见:国际地质力学讨论会论文汇编.1986，21～22

［21］高庆华.地球运动对海平面变化的控制———从地质系统论的观点分析海平面变化之主因.西安地质学院院报，1986，9(1):37～48

［22］高庆华.板块地质力学与地质系统论探讨.河北地质学院院报，1986，9(3～4):265～273

［23］高庆华.地球自转与全球断裂体系.中国地质科学院562综合大队集刊，1987，第6号:89～95

［24］高庆华.自然灾害综合研究的启蒙与地质力学.地质力学学报，1996，2(3):77～80

———地下水热液对煤变质作用影响的初步探讨

河南石炭二叠纪含煤岩系在热液活动影响下，煤及其围岩都发生了变化。笔者研究了围岩变化特征及热液的性质，认为热液是大气降水来源的地下水热液并以地下水热液系统形成机制为核心，把水文地质学中的有关观点应用于煤变质问题研究，指出地下水热液是煤热变质作用过程中的对流传热媒介。此外，用围岩黏土矿物变化特征划分了围岩变化阶段，使之与煤变质阶段对应了起来。

河南石炭二叠纪煤田位于华北石炭二叠纪聚煤坳陷南部，以其含煤层数多和以济源、焦作、偃龙、荥巩诸无烟煤矿区为中心的煤变质分带性明显而著称(图1)。促成该区大面积无烟煤和高变质烟煤形成的煤变质作用一直是许多煤田地质工作者致力研究的课题。近年来，尽管一些研究者 在发现河南煤的热变质特征，进而确认异常地热因素对变质带形成有重要意义等方面，殊途同归，取得了一致的认识。但对于导致煤热变质作用的热源和热的作用方式等问题还有不同的看法。本文通过研究煤热变质作用条件下围岩的变化特征，从地热异常形成机制方面考虑，尝试把水文地质学中关于地下水热液的认识应用于煤的热变质作用研究。

一、区域地质简况

研究区地质发展史与华北大部分地区相似。石炭二叠纪地层是区内最重要的含煤沉积，最大厚度约1500m，与下伏奥陶系或寒武系假整合接触。上覆连续沉积盖层的最大厚度约3500m。二叠系山西组的二1煤层是全区普遍的主要可采煤层，因而，讨论煤变质的水平分带主要针对二1煤层。

各种不同的大地构造观点都认为，河南中北部是不同构造单元的交接处。大致沿郑州—宿县一线延伸的河淮断裂横贯全区，一些中生代的近南北向深大断裂与之相交［1］。全区褶曲构造不发育，以断裂构造为主，比较重要的区域性断裂有五指岭断层、嵩山断层和襄郏断层等北西向断裂。

图 1 河南石炭二叠纪煤田山西组二1煤反射率等值线图

二、含煤岩系岩石的蚀变矿化

野外和矿井地质观察发现，区内无烟煤带的含煤岩系岩石普遍有蚀变和矿化现象。蚀变的主要类型有硅化、方解石化、绿泥石化和叶蜡石化。

硅化和方解石化使含煤岩系中发育许多石英脉和方解石脉，个别地区还有石英被膜包裹碎屑颗粒的现象。这些脉石的宽度大多在1cm左右，最宽的可达20cm以上长度几厘米至几米，甚至几十米。它们沿岩、煤层张开的裂隙充填，脉体边缘的围岩常常还有窄窄的蚀变边，矿物成分和颜色有不同程度的改变。脉石的出现与围岩的成分有某些一致性，石英脉一般只见于富含SiO2的山西组及其以上地层，很少出现在太原组灰岩中而方解石脉则多见于富含CaCO3的太原组地层中。

一些菱铁矿脉、黄铁矿脉、绿泥石脉和叶蜡石脉与方解石脉，石英脉相比，规模更小，往往与后者共生。

绿泥石化和叶蜡石化主要发生在富含黏土矿物的岩石中。肉眼观察所见，在泥质岩中它们常呈薄膜状和细脉状，在砂岩中常产于石英脉的边缘，形成1至几毫米的蚀变边。薄膜状者成分较纯，脉状者常混有微晶石英和星点浸染状的金属矿物。经粉晶X射线衍射分析，绿泥石具有特征的衍射峰d(001)=14.2×10－10m，d(002)=7.1×10－10m，d(003)=4.7×10－10m，d(004)=3.53×10－10m叶蜡石的衍射峰特征是d(002)=9.15×10－10m，d(004)=4.6×10－10m，d(006)=3.07×10－10m。

偃龙、荥巩等矿区的岩矿鉴定资料表明，绿泥石化、叶蜡石化同样见于显微镜下砂岩的泥质填隙物和泥岩中。此外，济源、焦作等地块状无烟煤的外生裂隙也有充填绿泥石和叶蜡石薄膜的，其顶板岩石的绿泥石化和叶蜡石化更是强烈。

与岩石蚀变作用伴生的矿化作用一直未为大家注意。作者观察所见，偃龙、济源、荥巩、焦作等地的石英脉和方解石脉中，有呈斑点浸染状和脉状构造的金属矿物。经矿物粉晶X射线衍射鉴定有黄铁矿、菱铁矿、闪锌矿、黄铜矿、方铅矿等，以黄铁矿和菱铁矿多见，并且晶形较佳，有的形成斑晶。

一般地说，蚀变矿化现象主要见于高变质煤区，如济源，焦作、偃龙、荥巩等矿区，以此为中心向外，蚀变矿化现象逐渐消失。

三、脉石矿物包裹体的研究

采用两面抛光的薄片观察包裹体。石英和方解石中的包裹体较多，主要见两相的流体包裹体，外形较规则，椭圆形，在样品中均匀分布，气液比一般为15%～20%个体较大，通常8～12μm，最大可达30μm以上，一般液相为浅灰色，气相呈灰色，偶尔可见呈淡桃红色的液相。个别样品见少数零星分布的气体包裹体和CO2包裹体。菱铁矿中的包裹体个体小，一般2～5μm左右，外形与菱铁矿晶形一致，液相呈现淡绿色，气液比为10%～15%。所有气液两相的流体包裹体达到其均一温度时，均化为液相。

包裹体测温和包裹体化学成分、水的氢氧稳定同位素分析结果分别列于表1、表2。

表 1 流体包裹体的均化温度和爆裂温度

续表

注: 包裹体测温由核工业部北京铀矿地质研究所完成。

表 2 包裹体的化学成分及包裹体水的稳定同位素组成

注: * 样品由中科院贵阳地化所分析**样品由北京铀矿地质研究所分析/表示未检出该项成分。

四、黏土矿物的变化

各矿区泥岩和砂岩泥质填隙物的X射线衍射分析表明，各矿区的黏土矿物组合有较大的差别，济源、焦作、偃龙和荥巩的样品为叶蜡石、绿泥石、伊利石和高岭石组合，而平顶山的样品则为不规则混层黏土矿物、伊利石和高岭石为主的组合。

虽然各地的样品均含伊利石，但衍射曲线反映出它们的结晶度是有差别的。采用We-ber(1972)［3］提出的方法，以伊利石特征衍射峰d(001)峰的相对半高宽Hbrel来表示伊利石的结晶度，在特定的X射线衍射条件下，取伊利石d(001)=10×10－10衍射峰和石英外标d(100)=4.27×10－10m衍射峰半高宽的比值。即

任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑

通常，伊利石结晶度是直接以d(001)=10×10－10m峰的半高宽表示的，因为峰宽易受仪器分析条件的影响，所以不同研究者提出的结晶度没有可比性。采用Hbrel表示的结晶度取得了可与国外一些典型实例比较的数据。样品分析结果见表3，表现出从南部的平顶山矿区向北，随煤化程度的增高，伊利石结晶度增强的趋势。此外，平顶山29－15孔样品和该孔煤化程度受控于埋藏深度一样，表现出随埋藏深度增加，结晶度增强的趋势。

表 3 若干矿区的伊利石结晶度值 Hbrel

注: 样品由石油勘探开发科学研究院实验中心分析。* 黏土矿物颗粒小于 2μm。

五、讨论

( 一) 含煤岩系岩石蚀变矿化与煤变质作用的关系

硅化、方解石化和绿泥石化、叶蜡石化是比较常见的中温蚀变现象。黄铁矿、菱铁矿、闪锌矿、黄铜矿、方铅矿等是常见的中温热液矿物共生组合。通过对矿物包裹体测温，证实了形成石英脉和方解石脉的溶液具有中-高温热液性质，最高温度达 200 ～350℃。

以区内含煤岩系及其上覆盖层厚度累计，在正常地温梯度下不可能达到如此高的古地温。热液的形成肯定有异常地热场为背景，这种有热液参与的异常古地温对含煤岩系的改造( 包括促成煤的变质) 是明显的。

上石炭统太原组灰岩中黄铁矿重结晶形成的粗大立方晶体经常可见。有时，黄铁矿脉甚至穿插到煤层中。图 2 是沁阳水峪寺煤矿太原组底部煤层被黄铁矿交代的情形。镜下可见大量黄铁矿细晶溶解，重结晶连成片状，原来单个小立方晶的晶形尚依稀可辨，该煤层顶板灰岩中的方解石脉爆裂法测温为 365℃，方解石脉中还有少量黄铜矿共生。

图 2 沁阳水峪寺煤矿太原组煤层黄铁矿化示意图

焦作、偃龙等矿区太原组煤在镜下常见黄铁矿、方解石和石英的网状脉，在这些网脉中，黄铁矿往往作为方解石或石英的嵌晶出现，这些黄铁矿嵌晶又可包含方解石或石英晶体。这和图 2 的实例一样，反映了在异常古地温和热液作用下，沉积的 FeS2活化迁移，沉凝、重结晶。从石炭系以外的岩层、煤层中很少出现黄铁矿脉和含黄铁矿的网状方解石脉、石英脉，可以判断 FeS2迁移的范围有限。对焦作矿区李封矿的两个样品测温，一个样品是石英脉含黄铁矿立方晶体，另一个样品是有石英脉穿插的块状黄铁矿前者石英的爆裂温度为135℃ ，黄铁矿的爆裂温度为 110℃ 后者黄铁矿的爆裂温度为 130℃ 。证明了黄铁矿是在比较高的温度下沉凝、重结晶的。

作为有机岩的煤，对高温的敏感更胜于围岩。200 ～350℃的最高古地温足以使煤发生强烈变质，形成无烟煤。高变质带分布与蚀变强烈地带的吻合也说明了这一点。从蚀变现象范围的广泛和较高的古地温来看，异常古地热场是区域性的。因此，我们把河南石炭二叠纪煤那样大面积的变质分带的成因归之于这一异常古地热场。关于煤在热液作用下的变化特征，已有专文讨论［4］。

( 二) 热液成因与异常地热场形成的关系

近年来，一些研究者在指出异常古地温对河南煤变质分带形成的重要影响的同时，都囿于区域岩浆热变质作用的地质模式，致力寻找隐伏岩体，忽略了对异常地热形成机制的进一步讨论。

事实上，区内除少数几个小型喜山期和燕山期岩体外，至今未发现煤田内有其他火成岩体出露，而且已发现的岩体主要分布在高变质带以外的矿区，也没有被确认是隐伏岩体造成的地球物理异常，区内的航磁异常一般为前寒武系结晶基底顶面起伏变化的反映。即使是认为存在一些较高异常值圈出的隐伏岩体，其规模也不足以产生影响全区的岩浆热液，使区域发生热活化。因此，煤的区域岩浆热变质作用模式的应用遇到了困难。

我们注意到，野外发现的各种矿脉的规模都很小，但却普遍出现。小而分散是脉石的分布特点，并且脉石成分与围岩的化学成分有明显的一致性，表明矿质主要并非热液原先所具有的，而是在热液渗流过程中从围岩转移出来的，也表明热液的成因、演化与地质特征有一定的联系。在这里，热液的成因实际上涉及地热异常形成机制问题。水是热液的主要组成，因而研究水的来源和成因是研究热液成因的关键。水的最终来源只有通过研究水分子本身的某些地球化学参数才能识别，而氢氧稳定同位素提供的正是这样一种参数。

矿物包裹体研究的理论告诉我们，原生的包裹体实际上就是矿物形成时所保存的一部分原始的热液，因此，热液中水的来源及演化特征，可以通过测定包裹体水的氢氧稳定同位素的组成来判断。笔者参考Sheppard(1977)的各种不同成因水的同位素组成综合图［5］编成了图3。可以看到，研究区石英包裹体水的δD和δ18O值落在了图中雨水线的附近，δD值变化幅度很小，但δ18O却显示出偏离雨水线向更高的δ18O方向迁移的特点，一般认为这是热水与硅酸盐和碳酸盐围岩进行同位素交换的结果［6］。也就是说，区内形成石英脉、方解石脉的热液中的水主要来源于雨水(大气降水)。以水的来源划分，这种热液被称为地下水热液，它是大陆地壳最上部2～4英里(约3～6.5km)最常见的热液系统，日益受到矿床学家的重视［7，8］。当然，单一来源的热液水是难以想象的，我们也不排除少量的深部变质作用或岩浆作用产生的水加入到这一热液系统的可能性。

表2列出的包裹体化学成分没有岩浆热液通常所具有的复杂成分。包体水中的阴离子有SO42－、HCO－3和Cl－，济源的样品中还有微量F－，阳离子有K+，Na+，Ca++，Mg++，以阴阳离子总和表示的总矿化度也是较低的，为26.6～53.1mg/g，属HCO3－SO4－NaCa和Cl－Na型水，表现出砂页岩及煤系分布区受深大断裂控制的深循环型地下热水的某些性质［8］。这种富含氧、二氧化碳和硫酸根离子的地下水溶液具有较强的侵蚀能力，在其渗滤过程中能逐渐溶取围岩中富含的各种元素，成为含矿溶液，沉淀出各种脉石和金属矿物。

图3 包裹体水的稳定同位素组成图|Fig.3 Stable isotope composition of the inclusion liquid|虚线表示热水-岩石间同位素交换引起的δ18O迁移 Broken linedenotestheδ18O migration cause by isotopic exchange between thermal waters and rocks

很显然，大气降水是进入地下渗流过程中被加热，演变成热液的。地热学和水文地质学的研究都证明，地下水的运动是影响岩石圈上部温度场分布的最活跃的因素，循环于地壳的地下水具有较大的热容量和很好的对流传热性能，是地壳中理想的载热流体，是将地下热能从深部传递到地表的重要媒介［8，9］。由地下水深循环加热作用形成的地热异常，无论是板块内部的地壳隆起区，还是沉降区都有广泛分布。

理所当然，这种地下水的升温主要依赖于地下的供热系统。我们注意到，地下水热液活动范围的广泛，是由于区域发生热活化，热流和地温梯度普遍提高，而象这种活化现象不可能是由一个个侵入体释放的热造成的。区内缺乏岩浆活动的实际情况，也使得把区域热活化归因于岩浆侵入的依据不足。初步分析认为，使地下水升温的“供热站”可能和华北地区南部晚中生代大地构造格局变化及莫霍面起伏变化在深部形成的热源有关。

图1煤变质带的走向和分布明显受一些深大断裂的控制，同时，在重要的区域性断裂近侧，反射率等值线发生畸变。其他煤级参数，如挥发分、H/C原子比等都从两侧向断裂方向规律变化，表明了断裂有可能作为深部热流上涌以及地下水活动的宏观通道。地下水热液实质上是深部热源和含煤岩系之间的传热媒介，它与围岩的相互作用，包括了在渗流过程中的蚀变作用及与围岩的热交换，对含煤系加温，促成煤的热变质。这样，河南石炭二叠纪煤的热变质作用时期，也就是地下水热液形成和活动时期，相当于晚中生代华北地区南部的大地构造格局及上地幔顶界面起伏态势的变化时期。

采用多种手段研究区内煤的显微变质特征，岩层、煤层孔隙作为地下水热液渗流的微观通道的可能性得到了证实［4，10］。

(三)围岩后生变化阶段与煤变质阶段的关系

黏土矿物的变化是地下水热液影响的异常古地温作用的一种效应。与区内无烟煤带岩石相似的后生变化，国外也有报道［11，12］。如法国洛林附近Belledonne的上石炭统、美国宾夕法尼亚无烟煤矿区和联邦德国下萨克森盆地Bramche地区的中石炭统和下白垩统。它们都与异常古地温有关。

在岩石浅层变质作用(anchimetamorphism)阶段存在下列平衡［11］:

任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑

在水分压为0.1GPa的条件下，叶蜡石的生成温度约350℃，这一平衡中Si的活性增加，水的逸度减小，平衡温度会更低些。

自生伊利石结晶度的增加主要取决于温度，而与岩石的变形程度无关。区内岩石的伊利石结晶度Hbrel值反映出从平顶山矿区向热液活动强烈的济源、偃龙等矿区结晶度增高的趋势。根据上述分析，初步划分了围岩后生变化阶段(表4)。

区内无烟煤带含煤地层岩石已经进入浅层变质作用阶段。叶蜡石发育，蒙脱石、伊利石－蒙脱石不规则混层的消失以及在碎屑沉积岩中伊利石、绿泥石等矿物占优势，都是浅层变质作用的标志。

浅层变质作用阶段的温度范围200～350℃，是与热液矿物包体测温确定的最高古地温范围一致的，说明有可能利用伊利石结晶度Hbrel划分岩石后生变化阶段和判断古地温。区内Hbrel<250与浅层变质作用阶段和200～350℃的最高古地温对应。

表 4 围岩后生变化阶段与煤变质阶段的关系

*R°max为油浸介质中镜质组最大反射率R°min为油浸介质中镜质组最小反射率**波浪线表示界线不是整齐划一的。

此表据Teichmüller等(1979)的表改编。表中的伊利石结晶度Hbrel均采用小于2μm黏土矿物的X射线衍射数据。

六、几点认识

(1)河南石炭二叠纪含煤岩系在较大范围发生了热液蚀变矿化，它是曾经存在过异常古地温作用的直接证据。热液矿物包裹体测温确定，热液作用的最高温度达200～350℃。这一温度范围对于区内无烟煤的形成是合适的，从热液强烈活动地区与高变质带分布的吻合可以得到证实。

(2)应用氢氧稳定同位素分析方法研究热液矿物包裹体水，包裹体水的δD和δ18O值组成特征表明，热液中的水主要来源于大气降水。大气降水无疑是进入地下深处之后被加热而演变成地下水热液的。

(3)在河南石炭二叠纪煤的热变质作用中，地下水热液作为载热流体，是联系深部热源与含煤岩系的媒介，它在沿岩层、煤层孔隙渗流过程中与围岩发生热交换，通过对流方式把异常地热传递到岩层、煤层，促成煤的变质。

受深大断裂格局控制的地下水热液变质作用决定了河南煤变质带的取向和分布。

( 4) 粘上矿物组合的变化、伊利石结晶度的增加，同样是热液作用下异常古地温的效应。利用黏土矿物变化和伊利石结晶度划分岩石后生变化阶段，进而确定煤化作用的古温度是可能的。

以往煤的热变质作用研究，比较强调岩浆热直接烘烤的传导传热方式，忽视了传热效率更高的载热流体介质以对流方式的影响。以河南为实例，从地热异常形成机制方面考虑，我们提出了一种以地下水热液为传热媒介的煤热变质作用方式，为求进一步讨论和研究。

本文的研究工作得到了韩德馨教授的热情指导和河南省煤田地质勘探公司以及河南省许多煤矿的大力协助。承蒙石油勘探开发科学研究院实验中心、河南地矿局实验室、核工业部北京铀矿地质研究所和中科院贵阳地球化学研究所的有关实验室帮助进行了样品的测试，对此，作者表示诚挚的谢意。

参 考 文 献

［1］ 张文佑、张抗、赵永贵、王信和、徐贵忠、吴海威、韩贝传、曾湘山，1983，华北断块区中新生代地质构造特征及岩石圈动力学模型。地质学报，第 57 卷，第 l 期，第 33 页

［2］ 周兴熙、袁容，1984，华北盆地南部三叠系分布探讨。石油实脸地质，第 6 卷，第 2 期，第 87 页

［3］ Weper，K，1972，Notes on determination of illtle crystallity，—N. Jb. Mineral，Mh，2，PP. 267 ～ 276

［4］ 任德贻 . 钟宁宁、肖贤明，1987，区域热变质煤的显微煤岩特征及其地质意义。中国石炭二叠纪含煤地层及地质学术讨论会论文集，第 359 页。科学出版社

［5］ Sheppard，S. M. F. ，1977，Identification of the origin of ore － forming solutions by the use of stable isotopes，Volcanic Process in ore genesis( Special publication No. 7 of the Geological Society of London)

［6］ 刘云从主编，1985，矿床学参考书( 上册) 。第 206 页。地质出版社

［7］ Taylor，H. P. ，1974，The application of Oxygen and Hydrogen isotope studies to problerns of hydrothermal alteration and ore depesition，Economic Geology，Vol. 69，pp. 843 ～ 883

［8］ 沈照理主编 . 1985，水文地质学。第 723 ～ 778 页。科学出版社

［9］ 黄尚瑶、郑克棪，1982，地热基础理论研究。第 1 ～ 30 页。地质出版社。

［10］ 钟宁宁、秦勇，1989，电子探针方法在煤岩学研究中的初步应用。煤田地质与勘探，第 2 期，第 17 页

［11］ Kasch，I. J. ，1983，Mincralogy and Petrology of Burial Diagenssis ( Burial Metamorphism) and Incipient Metamorphism in Clastic Rocks. Development in Sedimentology. Vol. 25B

［12］ Teichmüller，M. ，Teichmüller，R. ，Weber，K. ，1979，Inkohlung and illit kristallitat，Veraleichende Untersuchungen im Mesozoikum and Palaozoikum von Westfalen. Portschr. Geol. Rheinld. u. Westf. 27，pp. 201 ～ 276

The alteration of the Permo-Carboniferous coal-bearing series in Henan resulting from the coal thermal metamorphism

—A Preliminary Approach to the Influences of Thermal Groundwater on Coal M etamorphism

Zhong Ningning

( Jianghan Petroleum Institute，Shashi，Hubei)

Ren Deyi

( Beijing Gradute School，China University of Mining and Technology，Beijing)

Abstract: Some changes have taken place in the coal and its surrounding rocks of the Per- mo-Carboniferous coal-bearing series in Henan affected by hydrothermal activity. Having inves- tigated the characteristics of the alteration of the surrounding rocks and the properies of the hy- drothermal solutions，the authors considered that the hydrothermal solutions may be thermal groundw ater derived from meteoric w aters. With the formation mechanism of the thermal groundw ater system as the focus and by applying the relevant view -points in hydrogeology to the study of coal metamorphism，the authors point out that thermal grondw ater acts as a heat transfer ( convection) medium in the process of coal thermal metamorphism. Furthermore，the alteration characteristics of the clay minerals in the surrourding rocks are used to distinguish the alteration stages of the surrounding rocks，w hich are made to correspond w ith the stages of coal metamorphism.

( 本文由钟宁宁、任德贻合著，原载《地质论评》，1990 年第 36 卷第 2 期)

7.6.1 多分支井技术

多分支井技术是20世纪90 年代中后期在常规水平井和分支井的基础上发展起来的一项新的钻井技术，该项技术可以大大提高油藏的采收率，降低油藏开采综合成本，经济效益十分显著，应用前景广泛，是21世纪油气田开发的主体工艺技术之一。多分支井技术吸收了石油领域的精确定位和穿针、定向控制与水平大位移延伸、多分支侧钻和欠平衡钻井等尖端技术成果，形成了一种兼具造穴、布缝和导流效果的煤层气开发应用技术。通过在煤层中部署水平分支井眼，扩大井筒与煤层的接触面积，有效地克服了储层压力和导流能力不足的缺陷，对低渗和低压储层增产效果显著。与常规直井技术相比，具有服务面积广、采收率高、投资回收快和综合成本低等优势。开发煤层气的多分支水平井与低渗透油藏的最大区别在于，煤层多分支水平井要追求更长的水平位移和更多的分支数。

多分支井能够改善低渗透储层的流动状态，煤层段分支或水平井眼以张性和剪切变形形成的裂纹为主，并且由于钻采过程中煤层应力状态的变化，导致原始闭合的裂纹重新开启，原始裂纹与应力变化产生的新裂纹形成网状结构，所以煤层气多分支井技术突破了原来直井点的范围局限，实现了广域面的效应，可以大范围沟通煤层裂隙系统，扩大了煤层气降压范围，降低煤层水排出时的阻力，大幅度提高了煤层气的单井产量和采收率，煤层气单井产量可提高10～20倍，最终煤层气采收率可高达70%～80 %。

7.6.1.1 多分支水平井类型

多分支井水平井按水平段几何形态可分为集束分支水平井、径向分支水平井、反向分支水平井、叠状分支水平井和羽状分支水平井（图7.12）。集束分支水平井是在一垂直井段钻多个辐射状分支井眼；径向分支水平井是在一垂直段钻出多个超短半径分支井眼；反向分支水平井，即一个分支井眼下倾，另一个分支井眼上倾，且井眼方向相反；叠状分支井，用于开采两个不同产层或在一个低渗透阻挡层之上或之下开采油气；羽状分支水平井，即在一主水平段两侧钻出多个分支井眼。

图7.12 多分支水平井分类图

（据邢政，2007）

a—集束分支水平井；b—径向分支水平井；c—反向分支水平井；d—叠状分支水平井；

e—羽状分支水平井

7.6.1.2 单煤组井身结构设计模型

在单个煤组厚度大于等于8m时采用此模型，当煤组中有夹矸时，施工时井眼要同时穿过夹矸上下的煤层（图7.13）。图中的动力洞穴指靠应力释放形成的洞穴，机械洞穴指仅靠扩孔工具形成的洞穴，洞穴用于扩大水、气供给范围，施工时要考虑欠平衡钻井技术。

7.6.1.3 多煤组井身结构设计模型

在煤组厚度均小于8 m时采用此模型，一般应以两个主要煤组为目标层（图7.14）。

可在两个煤组同时钻多分支井以增加产量，这样就可以弥补单组煤厚不足的缺陷。

图7.13 单煤组井身结构设计模型

（据邢政，2007）

图7.14 多煤组井身结构设计模型

（据邢政，2007）

7.6.2 影响煤层气多分支水平井产能的主控因素

多分支水平井能够大幅度提高煤层气单井产量，但其影响因素也较多，要分析具体的影响因素还要从分支水平井的产量函数入手。煤层水平方向的渗透率存在着各向异性，对煤层气井的产能有较大影响。煤层气分支井产量模型也属于多目标函数，其与煤层地质条件及分支井眼几何结构密切相关。根据煤层的物理特性，煤层气多分支水平井产能主要受以下与工程有关的因素控制。

7.6.2.1 煤层厚度

煤层厚度对煤层气井的产量影响较大。煤层厚度增加，煤层气产量会有所增加，但薄煤层的气产量提高的幅度更大。

7.6.2.2 分支水平井的井筒长度

根据产能模拟结果，分支水平井产量随井筒长度增加而增加。从图7.15可见，当水平段长度较短时，产量增加幅度越来越大；当分支水平段长度增长到一定程度时，产量增加幅度并没有明显的变化，即并不是分支水平井长度越长越好，具体的合理长度需要优化。

图7.15 供给半径Reh＝400 m 时分支井产量与分支段长关系曲线

（据鲜保安等，2005）

图7.16 供给半径Reh＝400 m 时分支井产量与分支数关系曲线

（据鲜保安等，2005）

7.6.2.3 水平分支数

水平井筒长度一定时，增加水平井井筒数，可以提高产量。但从图7.16可见，当水平分支数较少时，产量随分支数增加而大幅度增加；当井筒数增加到一定程度时，产量的增加幅度逐渐减小。另外，随着分支数的大幅度增加，钻井成本必然大幅度增加。由此可见，并不是井筒数越多越好，井筒数也存在一个经济合理值。

7.6.2.4 煤层的非均质性

煤层的非均质性包括煤层渗透率、深度、厚度、含气量及饱和度的区域性差异。煤层的各向异性对煤层气井的产能有一定影响，当井筒数减少时，煤层非均质性的影响会更大。另外，煤层中的泥岩夹层和断层是钻多分支水平井的最大障碍。

7.6.2.5 水平段位置

水平段在煤层中的位置对水平井产能有一定的影响，井筒数较少时，水平段位置对产能影响会更大。

7.6.2.6 分支水平井眼的方向

根据水平井渗流机理，在各向异性气藏中，水平井筒与最大渗透率方向的夹角越大，水平井产能指数越大，所以水平井眼应垂直于综合渗透率方向（K），见图7.17。综合渗透率是指最大与最小水平渗透率的矢量叠加。

图7.17 非均质煤层水平井眼走向图（据鲜保安等，2005）

煤成（型）气地质学

图7.18 水平井沿不同渗透率方向钻井的波及面积对比

（据鲜保安等，2005）

经过计算分析，采用综合渗透率模拟的产能比采用最大水平渗透率模拟产能高出11.8%，从而证实，采用综合渗透率是合理的。

7.6.2.7 面割理方向对产能的影响

裂缝方向对水平油井产能的影响主要取决于裂缝与水平井方向（鲜保安等，2005）。对于面割理和端割理不明显的煤层，水平段的走向对水平井的开采效果和产能影响不大，但对于面割理渗透率远高于端割理的煤层来说，沿着高渗方向钻水平井是非常不利的。其结果为：①沿高渗方向钻井，即平行面割理方向钻水平井，其结果导致水平井对面割理的钻遇率降低；②沿高渗方向钻水平井，井眼波及面积小，既不利于水平井产能的发挥，也降低了采收率。相反，沿低渗方向钻水平井，有利于水平井最大限度地贯穿面割理，沟通更多的渗透率较高的面割理（图7.18），这就大大提高了水平井的波及程度和采收率。因此，单一水平井眼应垂直于面割理方向。

多分支水平井技术特别适用于开采低渗透储层的煤层气，与采用射孔完井和水力压裂增产的常规直井相比，具有不可替代的优越性。其优点主要有：

1）增加有效供给范围：水平钻进400～600 m是比较容易的，然而要压裂这么长的裂缝几乎是不可能的，而且，造就一条较长的支撑裂缝要求使用大型的压裂设备。多分支水平井在煤层中呈网状分布，将煤层分割成很多连续的狭长条带（图7.19），从而大大增加了煤层气的供给范围。

图7.19 不同类型井煤层气的供给范围比较

（据鲜保安等，2005）

a—直井供给范围（r为井眼半径，R为供给半径）；b—单一水平井供给范围；c—多分支水平井供给范围

2）提高了导流能力：压裂的裂缝无论长度多长，流动的阻力都是相当大的，而水平井内流体的流动阻力相对于割理系统要小得多。分支井眼与煤层割理的相互交错，使煤层割理与裂隙更畅通，提高了裂隙的导流能力。

3）减少了对煤层的损害：常规直井钻井完钻后要固井，完井后还要进行水力压裂改造，每个环节都会对煤层造成不同程度的损害，而且煤层损害很难恢复。采用多分支水平井钻井完井方法，就避免了固井和水力压裂作业，这样只要在钻井时设法降低钻井液对煤层的损害，就能满足工程要求。

4）单井产量高，经济效益好：采用多分支水平井开发煤层气，单井成本比直井高，但在一个相对较大的区块开发，可大大减少钻井数量，降低钻井工程、采气工程及地面集输与处理费用，从而降低综合成本。而且产量是常规直井的2～10倍，采出程度比常规直井平均高出近2倍，提高了经济效益，最为重要的是更充分地开发了煤层气资源。

5）具有广阔的应用前景：多分支水平井不仅可用于开发煤层气资源，还能应用于开发稠油或低渗透油藏和地下水资源，另外，还可以用于地下储油和储气工程。

建议进一步阅读

1.苏现波，陈江峰等.2001.煤层气地质学与勘探开发.北京：科学出版社，84～149，195～209

2.邢政.2007.多分支井技术在大城区煤层气勘探开发中的应用研究.中国煤层气，4（2）：40～42

3.鲜保安，高德利等.2005.多分支水平井在煤层气开发中的应用机理分析.煤田地质与勘探，33（6）：34～37