怎么判断是煤炭学报增刊

煤炭学报终审会退稿吗？

不好说的，每一轮外审好像都有主编决审的过程，没有指向性，外审完之后的的状态就是主编决审，主编决审主要是将外审结果告诉你。主编决审的下一个状态应该是“决审完毕”。状态就有可能是“录用”或者“修完重申”、“退稿”、”增刊录用“、”转投到英文版“等一些列状态关键是，煤炭学报都是两轮外审之后，才进入主编决审，我有个师兄以前也是直接由第一轮外审进入主编决审，感觉很高兴，谁知，第二天就退稿了。不过他从投稿到退稿经历的时间短，就半个月。

第二被EI收录了，详细信息如下

Accession number: 20114614515279

Title: Analysis of strong motion record in bedrock based on Hilbert-Huang transform

Authors: Pei, Qiang1 Hu, Bo1

Author affiliation: 1 Research and Development Center of the Civil Engineering Technology, Dalian University, Dalian 116622, China

Corresponding author: Pei, Q. (pqiem@163.com)

Source title: Meitan Xuebao/Journal of the China Coal Society

Abbreviated source title: Meitan Xuebao

Volume: 36

Issue: SUPPL. 2

Issue date: September 2011

Publication year: 2011

Pages: 268-273

Language: Chinese

ISSN: 02539993

摘 要 为了研究内蒙古准格尔主采煤层中铅和硒的异常，运用电离耦合等离子体质谱( ICP － MS) 、仪器中子活化分析( INAA) 、带能谱仪的扫描电镜( SEM － EDX) 和光学显微镜对主采煤层中铅和硒的含量、赋存状态和地质成因进行了研究。实验结果表明，准格尔矿区主采6 号煤层中铅和硒的质量分数均值分别为 35. 7 × 10－ 6和 8. 2 × 10－ 6，明显高于华北煤、贵州煤、中国煤和美国煤的算术均值，其富集系数分别高达 2. 4 和 68. 1，铅和硒在该煤层中显著富集铅和硒主要赋存在方铅矿、硒铅矿和硒方铅矿中，这 3 种矿物以植物胞腔充填形式出现，属于化学沉积成因。

任德贻煤岩学和煤地球化学论文选辑

硒的氧化物(SeO2)和铅是有毒物质。燃煤排放是大气中铅和硒的主要来源之一［1］。在大量的燃煤地区产生局部的硒和铅的污染是可能的，在我国鄂西和陕南一带曾经因燃烧富硒的石煤而引起硒中毒。然而，煤中硒富集到一定程度，可以作为伴生的矿床开发利用硒在地壳中的克拉克值为0.05～0.09μg/g，在煤中的质量分数一般为2×10－6左右，世界范围内，煤中硒含量相当于探明铜矿中硒含量的80倍，如果经济可行，煤中硒是巨大而长期可利用的资源［2～4］。对煤中铅和硒等微量元素的含量、赋存状态和地质成因等方面已有较多的报道［2～9］。Finkelman［1］、唐修义和黄文辉［10］分别提出了美国和中国煤中铅和硒的平均含量。代世峰等［3］和Dai等［11］提出了中国华北和贵州煤中铅和硒的背景值。Finkelman对煤中铅和硒的赋存状态进行了详细讨论［12］Hower等［13］和Dai等［14］对煤中铅和硒富集机理进行了研究。本文基于对内蒙古准格尔主采煤层中铅和硒硫化物矿物的新发现，对该煤层中铅和硒的含量、赋存状态和地质成因进行了研究。

一、地质背景和样品的采集

内蒙古准格尔矿区地处鄂尔多斯盆地的东北缘，它是鄂尔多斯盆地煤层最富集的地带，也是沉积相变最明显的地带，上石炭统太原组石灰岩在矿区内全部尖灭，逐渐相变为陆源碎屑岩。准格尔矿区的含煤地层包括上石炭统本溪组、太原组和下二叠统山西组，含煤岩系总厚110～160m，之底为中奥陶统石灰岩，之上为下石盒子组、上石盒子组、石千峰组、刘家沟组等非含煤地层。该区主采煤层6号煤位于太原组的顶部，平均厚度为30m，是在三角洲沉积体系的背景下形成的一巨厚煤层［15］。

按照GB482-1995和MT262-91的采样规范，对准格尔矿区黑岱沟矿6号煤层煤样进行了分层样品的采集。煤层自上而下的编号为ZG6-1，ZG6-2，ZG6-3，ZG6-4-1，ZG6-4-2，ZG6-5和ZG6-6，它们所占的厚度比例分别为:9.6%，11.3%，8.2%，24.3%，31.5%，6.4%和8.5%。用电离耦合等离子体质谱(ICP－MS)测定煤中的铅，用仪器中子活化分析(INAA)测定煤中的硒用带能谱仪的扫描电镜(SEM-EDX)和MPV-III显微镜光度计对矿物中的元素含量和形貌特征进行测定和观察。

二、煤中Pb和Se的含量

表1列出了准格尔矿区主采6号煤层各分层的铅和硒的含量，以及根据各分层所占的厚度比例，计算出的加权均值。从中可以看出，6号主采煤层铅和硒质量分数的加权均值分别为35.7×10－6和8.2×10－6，富集系数分别为2.4和68.1。其中铅和硒在ZG6-3分层中含量最高，质量分数分别为62.2×10－6和14.9×10－6。6号煤层铅和硒的含量远高于华北煤、贵州煤、中国大部分煤和美国大部分煤的算术均值(表1)。铅和硒在准格尔主采煤层中显著富集。

表 1 准格尔矿区 6 号煤层中的铅和硒

注:EF为富集系数。

Swaine认为世界大多数煤中铅的质量分数为2×10－6～80×10－6，硒的质量分数的平均值为0.2×10－6～4×10－6［16］。Finkelman统计的美国7469个煤样品中铅的质量分数算术均值为11×10－6，最高值为1900×10－6，7563个煤样品中硒质量分数算术均值为2.8×10－6，最高值为150×10－6［1］。唐修义和黄文辉提出中国多数煤中煤中铅的质量分数为3×10－6～60×10－6，算术平均值为14×10－6煤中硒质量分数范围为0.1×10－6～13×10－6，算术均值为2×10－6［10］。代世峰等认为中国华北晚古生代煤中铅的质量分数背景值为18.32×10－6，硒的质量分数背景值为2.01×10－6［3］。Dai等(2005)估算的贵州西部晚二叠世煤中铅的质量分数算术均值为15×10－6，硒的质量分数的算术均值为1.7×10－6［11］。

三、煤中铅和硒的赋存状态与成因

由于铅具有亲硫性，因此，煤中铅大多与煤中的硫化物矿物(方铅矿、硒方铅矿、黄铁矿、白铁矿、黄铜矿)有关，并且已经被很多的微区分析结果所证实。煤中铅和硫化物相关，这一可信度为8［12］。铅亦具有亲氧性，它能以类质同象形式出现在含K，Ca的造岩矿物之中，也可形成氧化物。6次配位的Pb2+离子半径为118～132pm，与Sr2+离子半径(112～127pm)、Ba2+离子半径(134～143pm)及K1+的离子半径(133pm)相近，可相互置换，也可部分置换Ca2+(离子半径为99～106pm)。铅也能够被黏土矿物、有机质等吸附，因此在黏土矿物、有机组分中以及部分碳酸盐矿物中都可以富集铅。

煤中硒的赋存状态非常复杂。Finkelman(1994)指出，硒的赋存形式主要是有机结合态，其次是硫化物结合态和硒化物，其余部分可为可溶态和可交换态硒，同时提出，当前煤中硒的赋存状态的置信度为8(最高为10)［12］。Swaine和Goodarzi(1995)认为，煤和富硒黑色页岩中，硒主要以有机结合态和硫化物结合态存在［17］。Huggins和Huffman(1996)认为，新鲜煤中硒主要以元素硒和有机结合态存在，而煤一旦暴露于空气中，元素硒易即氧化［18］。另外，煤中硒可以被黏土矿物吸附［19－21］。代世峰等(2003)用逐级化学提取实验方法对峰峰矿区煤样进行研究，发现硒的赋存状态主要以硫化物结合态和碳酸盐结合态为主，硅铝化合物结合态占一定比例，其他状态的含量很低［19］。

在扫描电镜和光学显微镜下，发现在准格尔主采6号煤层中有铅的硫化物矿物存在，光学显微镜和扫描电镜下，这些硫化物矿物呈亮白色(图1和图2)，在SEM-EDX下(4000倍)有空腔结构(图3)。

图 1 硒方铅矿充填在植物胞腔中( SEM)

图 2 硒方铅矿充填在植物胞腔中( 反射单偏光)

图 3 硒方铅矿的内部空腔结构( SEM-EDX)

SEM-EDX成分测试结果表明，在硒方铅矿中(PbSeS)，w(Pb)为71%，w(Se)为19%，w(S)为6%，其他杂质元素占4%在方铅矿中(PbS)，w(Pb)为76%，w(S)为18%，其他杂质元素占6%在硒铅矿中，w(Pb)为72%，w(Se)为20%，w(S)为5%，其他杂质元素占3%。这3种矿物以ZG6-3中含量最高。它们均亦胞腔充填形式存在(图1和图2)。这3种矿物是该煤层中铅和硒的主要载体。Dai等(2005)认为准格尔煤中的这3种矿物属于热液成因［22］，但作者认为，该煤层中的硫化物矿物(方铅矿、硒铅矿和硒方铅矿)应属于化学沉积成因，主要依据如下:

(1)煤中没有发现脉状黄铁矿或其他热液矿物，含铅矿物均为浑圆形或充填胞腔形。古陆区白云鄂博群富铅(35μg/g)，同时局部有方铅矿脉，含铅矿物发生氧化分解后，铅可以被带入到泥炭沼泽中。

(2)煤的镜质组最大反射率(Ro，max)仅为0.6%，表明本矿区难以证明受到高地温或热液作用的影响。在该煤层中亦未发现其他热液成因的矿物和热液证据。

(3)这3种硫化物矿物的赋存状态，即它们充填在植物的胞腔中，可以排除它们属于陆源碎屑成因的可能性。

(4)含铅矿物的元素组成较复杂，存在系列过渡:方铅矿-硒方铅矿-硒铅矿，还有铅、铜、铁的硫化物矿物(Pb0.47Cu0.29Fe0.24)S0.55。

(5)在所有的含铅矿物中都有相当数量的Al，Si等造岩元素，SEM－EDX测试结果表明，硒方铅矿中w(Al)为1.4%，w(Si)为0.40%。杂质元素以Al为主、Si次之的特点与煤中基质镜质体伴生元素组成所反映的泥炭沼泽介质是一致的，也可作为方铅矿等含铅矿物化学沉积成因的佐证。

四、结论

(1)鄂尔多斯盆地东缘准格尔矿区主采6号煤层中铅和硒显著富集，质量分数均值分别为35.7×10－6和8.2×10－6，明显高于华北煤、贵州煤、中国煤和美国煤中铅和硒质量分数的算术均值。

(2)6号煤层中的铅和硒主要赋存在于方铅矿、硒铅矿和硒方铅矿中，这3种矿物以植物胞腔充填形式出现，可能属于化学沉积成因。

(3)硒属于分散元素，但在准格尔6号主采煤层中相对富集，是地壳克拉克值的68.1倍，可能是属于新型的伴生矿床类型，其潜在的工业利用价值值得关注。

致谢:感谢中国矿业大学(北京)代世峰博士对硫化物矿物的深入讨论和对本工作的大力支持。

参 考 文 献

［1］ FINKELMAN R B. Trace and minor elements in coal/ /Engel M H， Macko S A ( Eds. ) ， Organic Geochemistry. Plenum. New York: ［s. n. ］，1993: 593 ～ 607

［2］ 涂光炽，高振敏，胡瑞忠等 . 分散元素地球化学及成矿机制 . 北京: 地质出版社，2003

［3］ 代世峰，任德贻，李生盛，等 . 华北地台晚古生代煤中微量元素及 As 的分布 . 中国矿业大学学报，2003，32( 2) : 111 ～ 114

［4］ 代世峰，任德贻，孙玉壮，等 . 鄂尔多斯盆地晚古生代煤中铀和钍的含量与逐级化学提取 . 煤炭学报，2004，29( 增刊) : 56 ～60

［5］ 秦勇，王文峰，宋党育 . 太西煤中有害元素在洗选过程中的迁移行为与机理 . 燃料化学学报，2002，30 ( 2) :147 ～ 150

［6］ 王文峰，秦勇，宋党育 . 煤中有害元素的洗选洁净潜能［J］. 燃料化学学报，2003，31( 4) : 295 ～ 299

［7］ 代世峰，任德贻，邵龙义，等 . 黔西晚二叠世煤地球化学性质变异及特殊组构的火山灰成因［J］. 地球化学，2003，32( 3) : 239 ～ 247

［8］ 代世峰，唐跃刚，常春祥，等 . 开滦煤洗选过程中稀土元素的迁移和分配特征［J］. 燃料化学学报，2005，33( 4) :416 ～ 420

［9］ 代世峰，任德贻，赵蕾，等 . 贵州织金煤矿区晚二叠世煤地球化学性质变异的硅质低温热液流体效应［J］. 矿物岩石地球化学通报，2005，24( 1) : 39 ～49

［10］ 唐修义，黄文辉等 . 中国煤中微量元素［M］. 北京: 商务印书馆，2004: 1 ～ 22

［11］ DAI S F，REN D Y，TANG Y G，et al. Concentration and distribution of elements in Late Permian coals from western Guizhou Province，China［J］. International Journal of Coal Geology，2005，61: 119 ～ 137

［12］ FINKELMAN R B. Mode of occurrence of potentially hazardous elements in coal: levels of confidence［J］. Fuel Pro- cessing Technology，1994，39: 21 ～ 34

［13］ HOWER J C，ROBERTSON J D. Clausthalite in coal［J］. International Journal of Coal Geology，2003，53: 219 ～ 225

［14］ DAI S F，CHOU C L，YUE M，et al. Mineralogy and geochemistry of a late Permian coal in the Dafang coalfield， Guizhou，China: influence from siliceous and iron-rich calcic hydrothermal fluids［J］. International Journal of Coal Ge- ology，2005，61: 241 ～ 258

［15］ 刘钦甫，张鹏飞 . 华北晚古生代煤系高岭岩物质组成和成矿机理研究［M］. 北京: 海洋出版社，1997: 24 ～ 38

［16］ SWAINE D J. Trace elements in coal ［M］. London: Butterworths，1990

［17］ SWAINE D J，GOODARZI F. Environmental aspects of trace elements in coal［M］. Dordrecht: Kluwer Academic Pub- lishers，1995

［18］ HUGGINS F E，HUFFMAN G P. Modes of occurrence of trace elements in coal from XAFS spectroscopy［J］. Interna- tional Journal of Coal Geology，1996，32: 31 ～ 53

［19］ 代世峰，任德贻，刘建荣，等 . 河北峰峰矿区煤中微量有害元素的赋存与分布［J］. 中国矿业大学学报，2003，32( 4) : 358 ～ 361

［20］ DAI S F，HAN D X，CHOU C L. Petrography and geochemistry of the middle devonian coal from Luquan，Yunnan province，China［J］. Fuel，2006，85( 4) : 456 ～ 464

［21］ DAI S F，LI D H，REN D Y，et al. Geochemistry of the late Permian No. 30 coal seam，Zhijin coalfield of Southwest China: influence of a siliceous low -temperature hydrothermal fluid［J］. Applied Geochemistry，2004，19: 1315 ～ 1330

［22］ DAI S F，REN D Y，CHOU C L，et al. Mineralogy and geochemistry of the No. 6 coal ( pennsylvanian) in the Junger coalfield，Ordos Basin，China［J］. International Journal of Coal Geology，2006，66: 253 ～ 270

Analysis of anomalous high concentration of lead and selenium and their origin in the main minable coal seam in the Junger coalfield

LI Sheng-sheng1，2，REN De-yi2

( 1. State Administration of Work Safety，Beijing 100713，China

2. School of Resources and Safety Engineering，China University of Mining ＆ Technology，Beijing 100083，China)

Abstract: The concentration，occurrence，and geological origin of lead and selenium in the main minable coal seam from the Junger coalfield w ere studied using inductively coupled plasma mass spectrometry ( ICP-MS) ，instrumental neutron activation analysis( INAA ) ，scan- ning electron microscope equipped w ith an energy － dispersive X-ray spectrometer ( SEM - EDX) ，and optical microscope. The results show that the average concentrations of Pb and Se are as high as 35. 7μg / g and 8. 2μg / g，respectively，w hich are much higher than those of coals from North China，Guizhou，China，and USA. In addition，their enrichment factors are up to 2. 4 and 68. 1，respectively. Lead and selenium are significantly enriched in the seam. Lead and selenium mainly exist in galena，clausthalite，and selenio － galena w hich occur as cell － filling of coal － forming plants and are of chemical － sedimentary origin.

Key words: coalleadseleniumsulfide mineralsJunger coalfield

( 本文由李生盛、任德贻合著，原载《中国矿业大学学报》，2006 年第 35 卷第 5 期)

沈慧珍 吴孟杰 刘思秀

（浙江省地质环境监测总站，杭州310007）

摘要：在杭嘉湖平原浅层地下水污染调查的基础上，计算杭嘉湖平原浅层地下水的环境背景值，运用多项指标综合污染指数法对该区浅层地下水进行污染现状评价，其结果表明，杭嘉湖平原浅层地下水已经遭受不同程度的污染。

关键词：浅层地下水；环境背景值；水污染

杭嘉湖平原位于长江三角洲南部，属长江三角洲的重要组成部分，人口稠密，经济发达。近年来，随着工农业生产的迅速发展，频繁、活跃的人类活动造成了浅层地下水环境质量的下降，直接影响了国民经济的发展。因此，充分认识杭嘉湖平原浅层地下水的污染特征和规律，探求其预防措施，显得尤为重要。

水污染评价的目的是根据水体的实际用途，对环境水文监测资料进行统计分析，判断水质污染的状况及其发展趋势。其评判结果的正确与否，直接影响着水污染治理决策的制定和水资源的开发利用。目前的水污染评判方法有对水体感观性状的定性评价、对单一指标的评判以及综合质量指数评价等，其中，综合质量指数评价法综合考虑了地下水中的各项指标的影响作用，是最常用的评价方法。本文根据杭嘉湖平原地下水长期监测资料以及现阶段的水样化验资料，对其污染现状、特征及规律进行了简要的分析，并进行了浅层地下水污染的综合评价。

1 自然地理条件

杭嘉湖平原西起莫干山东麓，北与江苏省，东与上海市接壤，南濒钱塘江河口及杭州湾，地理坐标东经120°00′～121°16′，北纬30°13′～31°02′，面积约6490km2。区内地势平坦，地面高程在1～7m之间。属亚热带季风气候区，气候温和湿润，四季分明。多年平均气温15.7℃～16.2℃，多年来平均降水量1140～1350mm之间，降水年内、年际变化显著。年内降雨集中在梅雨季节（6月峰值）和台风雨期（9月峰值），具有双峰型降水特征和洪涝灾害特点。

区内水网密布，主要有大运河、苕溪、入杭州湾和入黄浦江等河道，其中大运河自杭州经崇福、嘉兴往北接苏州，东、西苕溪在西北部流经本区进入太湖，都属于太湖水系。孔隙潜水主要由全新统海积、冲海积和冲湖积亚粘土、粘土、亚砂土等组成，厚度一般为0.5～5m，水位埋深1.0～2.6m，水动态变化较大，水量贫乏－极贫乏，除了环太湖带和钱塘江附近区域民井涌水量为10～100m3/d外，其他地方涌水量一般都小于10m3/d。主要接受大气降水垂向入渗补给、农田灌溉水的回渗补给及地表水侧向补给，迳流缓慢，蒸发及民井取水为其排泄的主要方式。

2 浅层地下水污染评价

2.1 背景值的确定

在评价之前要先确定地下水化学背景值。地下水化学背景值是指天然状况下（未受或基本未受人为活动污染）的地下水中各种化学组分的含量或其界限。现在已无法找到绝对不受污染的地下水体，因此，地下水化学背景值是与一定的时间、地点相联系的相对概念。地下水的化学背景值系列是确定地下水是否受污染的标准。

对于无机污染来说，地下水化学背景值调查和研究原则上应依据较早时期的较系统的地下水水质分析资料。但是由于本区缺乏系统的早期浅层地下水资料，所以此次选取该区中地下水流经的上方向，且远离污染源，相对无污染区的水样，用来计算环境背景值。

首先运用Grubbs法剔除所选水质点的离群数据，然后确定检验的分布类型，其分布类型主要分为3种：正态分布、对数正态分布和偏态分布，最后依据不同情况按不同的方法确定统计特征值（表1、表2）［1，2］。

表1 不同分布类型统计特征值表

表2 浅层地下水背景值表

注：除了pH值外，单位均为mg/L

2.2 评价方法

地下水污染程度评价，主要考虑对地下水污染影响较明显及对人体危害较大的一些污染指标进行评价［3］，因此本次选取的污染指标为氯化物、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮、氨氮、溶解性总固体、总硬度、高锰酸盐指数、硫酸盐、氟化物、汞、铅、砷、锰、pH等共19项指标。

评价采用多项指标综合污染污染指数法，其计算公式为［4～6］：

华东地区地质调查成果论文集:1999~2005

式中：I为某项污染物的污染指数；C为某项污染物的实测含量；C0为某项污染物的对照值标准监测方法的方法检出限； 为各单项组分评分值I的平均值；Imax为各单项组分评分值I的最大值；n为项数。

根据PI值计算结果，按表3划分地下水污染级别。

表3 地下水污染级别分类表

2.3 评价结果

按上述方法对杭嘉湖平原浅层地下水进行污染现状评价，通过评价发现，杭嘉湖平原浅层地下水存在4个污染级别：未污染、轻微污染、中等污染和严重污染，并且以轻微污染为主，63个取样点中，轻微污染有31个，约占总取样点的50％，其次是未污染、严重污染和中等污染，其中，未污染点13个，严重污染11个，而中等污染点为8个。轻微污染的污染指标主要为 、Cl－，同时有些取样点也分别出现好氧量、总硬度和氟化物的污染以及As、Pb等重金属的污染；中等污染的污染指标主要为“三氮”和好氧量，有些取样点也分别出现Hg、总Fe的污染；严重污染的污染指标主要为 、总Fe、好氧量、As，其次还有氟化物、氯化物的污染。分析其原因，主要为：一方面杭嘉湖平原经济发达，人口稠密，广泛的分散在杭嘉湖平原上，农村、城镇多为洗涤用水，就地排放，污水长期下渗使浅层地下水受到污染；另一方面，杭嘉湖平原地势平坦，农田面积广，灌溉时间较长，而农田灌溉水是杭嘉湖平原浅层地下水的一个重要补给来源，因此，这种非点源污染造成了杭嘉湖平原浅层地下水出现了大面积的轻微污染；同时，由于作为浅层地下水的补给源之一的地表水也受到不同程度的污染，这势必会影响浅层地下水的质量；另外，杭嘉湖平原经济发达，工业化程度较高，局部地区也存在一定的工业污染，垃圾填埋场对浅层地下水也有一定的影响。

3 地下水污染防治对策及建议

在进行浅层地下水防治时，必须依据污染源的特征，结合地下水污染的特点，具体问题具体分析，做到科学防治地下水污染。从杭嘉湖平原浅层地下水的污染源调查分析来看，杭嘉湖平原的污染源形式是多样的，包括点污染源（如垃圾堆放场）、线污染源（如污染河流对地下水的补给和污、废水排泄沟渠对地下水的影响）和面污染源（如污水灌溉和酸雨对地下水的补给）。同时，从杭嘉湖平原的补迳排条件来看，杭嘉湖平原浅层地下水的主要补给源为大气降水垂向入渗补给、农田灌溉水的回渗补给及地表水侧向补给，蒸发和民井取水为其主要的排泄方式，因此，大气降水、农田灌溉水和地表水体的水质好坏在很大程度大决定着浅层地下水的水质情况。因此，在进行杭嘉湖平原浅层地下水防治工作时，应综合考虑以上因素。根据本区的实际情况，本文提出水污染防治建议。

（1）根据点源污染特点，应该强调工业和城市垃圾分类化，选择合理的垃圾填埋场，进行科学的垃圾填埋。

（2）要严格执行城市生活用水、工业废水排放标准，加强地下、地表储罐及管线材料的防渗性能。

（3）由于地表水、大气降水和农田灌溉是浅层地下水的主要补给源，因此，应该开展地表水体的水质调查工作，查明污染物的来源、程度和趋势，改善地表水水质，从根本上解决地表水水质污染问题，保护未受污染的地表水体；严格执行工业废气排放标准，减少空气污染，改善大气降水水质；同时应尽量减少污水灌溉，科学合理施肥，减少化肥、农药对水体的污染；从根本上净化地下水的主要补给来源。

（4）地下水污染一般都是高水位的污染源补给低水位的地下水，从而造成地下水的污染。而现阶段地下水的开采，造成了水位的迅速下降，形成降落漏斗，加大了水位高差，这有利于地下水污染的扩散，因此我们应加强地下水资源开发利用的科学管理和指导，合理开采地下水，严禁过量开采地下水，对部分地区进行回灌，避免沉降漏斗继续扩张。

（5）逐步完善地下水监测网，同时，发挥各部门职能，制定管理条例，对地下水资源的开发进行有效的监督和管理，进一步提高全民的环境保护意识。

参考文献

［1］齐万秋，周金龙.石河子市地下水环境背景值.干旱环境监测，1994，8（1）：14～16

［2］樊丽芳，陈植华.地下水环境背景值的确定.西部探矿工程，2004，98（7）：90～92

［3］郭新体，冯斌.河南省永城市浅层地下水水质污染分区.工程勘察，2005（1）：18～21

［4］黄长军.孝妇河流域淄川区段地下水污染与质量评价.中国给水排水，2004，20（4）：104～106

［5］梁冰，白国良.阜新地区地下水污染现状与评价.煤炭学报（增刊），2004

［6］马志远.抚顺城区地下水污染的现状特征及其综合评价.辽宁城乡环境科技，2003，23（6）：40～45

The Pollution Status Analysis of Shallow Water and Its Prevention and Cure Measures in Hangjiahu Plain

Shen Huizhen, Wu Mengjie, Liu Sixiu

(Zhejiang General Monitoring Station for Geo-environment, Hangzhou 310007)

Abstract: Based on the pollution investigation of the shallow groundwater in HangJiaHu plain, its environment background value was calculated, and the general pollution index method of multi- item index was used to evaluate the pollution status of the shallow groundwater in this area. The evaluation result shows that the shallow groundwater in HangJiaHu plain wa s polluted to the different extent.

Key words: Shallow groundwaterEnvironmental background valueGroundwater pollution

李俊乾 刘大锰 姚艳斌 蔡益栋 张百忍

( 中国地质大学北京能源学院 北京 100083)

摘 要: 寻找煤层气富集高产区是煤层气勘探开发过程中一项重要的工作，通过对煤层气富集成藏的规律及开发潜力进行分析，为煤层气有利开发区的优选提供依据。本文从沉积环境、水文地质条件及地质构造三个方面，对沁水盆地南部郑庄区块山西组 3#和太原组 15#煤层气富集规律进行了分析。结果表明: ( 1) 区块内 3#煤层顶板以厚层泥岩为主，15#煤层顶板为一大套碳酸盐岩沉积，两类顶板封盖性好，有利于煤层气保存( 2) 区块位于滞水洼地附近，水力封闭作用有利于煤层气富集( 3) 煤层气局部富集区主要受地质构造的控制，宽缓背斜部位有利聚气、两翼较陡的向斜和背斜轴部均不利聚气、活动性断层部位最不利聚气，总体上向斜部位要好于背斜部位。最后本文从煤储层参数角度，具体分析了该区块的开发前景。3#和 15#煤层煤级高，含气量、含气饱和度较高，煤层较厚，煤层埋藏适中，储层压力接近或稍高于静水压力，均表明有利于煤层气的开发而煤储层渗透率普遍较低，则是煤层气开发的主要瓶颈，统计表明，该区块渗透率大小主要受最小有效应力 ( 最小主应力与储层压力之差) 的影响。

关键词: 郑庄 富集规律 沉积环境 地质构造 水文地质 渗透率

基金项目: 国家科技重大专项课题 34 ( 2010ZX05034 － 001) ，国家重大基础研究计划课题 ( 2009CB219604) ，国家自然科学基金项目 ( 40972107) ，中石油创新基金资助 ( 2010D －5006 －0101) 。

作者简介: 李俊乾，博士研究生，矿产普查与勘探专业，主要从事煤层气勘探与开发研究。

Email: lijunqian1987@ 126. comTel: 010 － 82320892

Primary Geologic Factors Controlling Coalbed Methane ( CBM) Enrichment and CBM Development Potential in Zhengzhuang Block

LI Junqian LIU Dameng YAO Yanbin CAI Yidong ZHANG Bairen

( School of Energy Resources，China University of Geosciences，Beijing 100083)

Abstract: It is significant to find out the CBM enrichment area during the CBM exploration and develop- ment. It can help select favorable CBM target areas through studying the CBM enrichment regularity and its devel- opment potential. In the paper，the CBM enrichment regularity of the Shanxi Formation No. 3 and the Taiyuan For- mation No. 15 coal seams of the Zhenzhuang Block in northern Qinshui Basin were studied by analyzing sedimenta- ry environment，hydrogeology and geologic structure. Results show that: ( 1) in the study area，the thick mud- stone and carbonate rock are the major lithology of the roof plates of No. 3 and 15 seams respectively. Both roof plates have a good sealing-capping property which are beneficial to preserve the CBM( 2) the study area locates near the center of stagnant water，where a CBM enrichment area is formed resulting from hydraulic sealing( 3) regional CBM enrichment is mainly controlled by geologic structure. The most favorable area for CBM enrichment locates at an anticline with steep wingssecondarily locates in the axial parts of the anticline and syncline with gentle wingsand the worst locates near the activities faults. On the whole，syncline is much more favorable than anticline in CBM enrichment. In the paper，the CBM development potential in the study area was also analyzed based on coal reservoir parameters. Results show that it is promising to develop CBM within No. 3 and 15 coal seams because both seams are characterized by high metamorphic grade，high CBM content and gas saturation， thick seam，moderate coal burial depth and coal reservoir pressure is similar to ( or higher than ) hydrostatic pressure. However，the low coal reservoir permeability is a main unfavorable factor in CBM development. Statistical results show that the coal reservoir permeability is mainly affected by the difference between minimum principal stress and coal reservoir pressure.

Keywords: Zhengzhuangenrichment regularitysedimentary environmentgeologic structurehydrogeol- ogypermeability

自20世纪80年代美国成功实现地面煤层气商业性开发以来，煤层气的勘探和开发越来越受到世界各主要产煤国的重视。煤层气的抽采利用不仅能缓解常规油气资源短缺带来的能源危机，而且对于煤矿安全生产以及保护环境都具有重要意义。我国煤层气资源丰富，据最新一轮全国煤层气资源评价结果(孙茂远等，2008)，埋深2000以浅的煤层气资源总量达36.8×1012m3，仅次于俄罗斯和加拿大，居世界第三位。截至2008年，在沁水盆地南部已建成1.5亿m3产能的煤层气生产基地，成功实现了高煤级、中低渗透煤的煤层气开发，打破了国外高煤级储层是煤层气开发禁区的理论(高远文等，2008)。

虽然我国高煤级煤炭资源丰富(占总煤炭量29%)，赋存煤层气资源量巨大(占总含气量15.42%)，但开采难度较大，单井产量也通常较低。这是由于我国的聚煤盆地形成演化历史复杂，后期构造破坏严重，以及盆地原型及构造样式多变(孙茂远，2001饶孟余等，2005)，使得煤层气富集规律难以把握，而且我国的高煤级煤储层多阶段演化和多热源叠加变质作用明显(杨起，1999)，使得我国煤层气藏的储层物性具有极强的非均质性，增加了煤层气的开采难度。因此，研究煤层气富集成藏的地质控制因素以及分析煤层气藏的开发潜力，对于寻找煤层气富集、高产高渗区具有重要现实意义。本文以沁南郑庄区块煤层气藏为研究目标，对这一问题进行了初步探讨分析。

1 区域背景及地质概况

郑庄区块位于晋城市西北约80km处，行政区划属于沁水县郑庄镇。1999年，中国石油华北油田公司在郑庄区块取得982.76km2的探矿权，并于2006年探明含气面积74km2在2008年取得了135.2km2的采矿权截至2009年，在该区块累计探明煤层气地质储量达到843亿m3，和毗邻的樊庄区块一起构成我国首个整装千亿立方米的煤层气田(探明地质储量为1152亿m3)，具有广阔的商业开发前景。

郑庄区地块质构造上位于沁水盆地东南部的马蹄形斜坡构造背景之上，其东南及东部以寺头断裂带为界，区内以宽缓褶曲为主，局部发育小规模正断层(如图1)。区块内自下而上发育有奥陶系，石炭系中统本溪组、上统太原组，二叠系下统山西组、下石盒子组、上统上石盒子组、石千峰组，三叠系下统刘家沟组以及第四系等地层，其中山西组和太原组为主要含煤层段，发育多套煤层。山西组3#煤层和太原组15#煤层在沁水盆地南部广泛分布，为两个主力煤层，厚度较大且稳定可采，是煤层气勘探开发的主要目标层位。

图1 郑庄区块地质构造及3#煤层埋深等值线图

2 煤层气富集成藏的地质控制因素

2.1 沉积环境

结合前人研究(任海英，2004邵龙义等，2006)及钻井剖面分析，郑庄区块15#煤层形成于太原组早期第一次特大型海侵之前，聚煤作用发生在泻湖被逐渐淤浅的滨岸沼泽之上，在稳定的构造背景下，聚煤作用持续时间较长，形成较厚的15#煤层(2.4～7.9m)。长期的海侵之后，在15#煤层之上沉积了10m左右的大套石灰岩。在太原组末期，海水开始退去，海陆交互相沉积转换为三角洲沉积体系，在下三角洲平原分流涧湾内发育了厚度较大的3#煤层(5.3～6.2m)。3#煤层顶板发育厚层分流涧湾泥岩，局部夹有分流河道砂体。

沉积环境控制着煤层气的储盖组合、煤层气储层的几何形态以及煤层厚度(王红岩等，2004)，从而影响煤层气的赋存及三维空间分布特征。在不同沉积环境，煤储层围岩条件好坏各异，这直接影响着煤层气的保存。围岩条件的好坏主要取决于煤层顶底板岩性、厚度及其透气性。顶底板岩性越致密、厚度越大、透气性越弱，越有利于煤层气保存富集反之则利于煤层气体向其他岩层扩散，使气体含量降低。如图2所示，在郑庄区块，3#煤层直接顶、底板均为厚达10多米的泥岩，由于泥岩具有气体排驱压力高、透气性弱的特点，因此对煤层气的封闭能力较好15#煤层直接顶板为大套的石灰岩，虽然灰岩易受地下水溶蚀作用而使其透气性能增加，但溶蚀性灰岩常分布于构造变动强烈地段，而研究区内构造变形简单，石灰岩遭受溶蚀可能较弱。再加上该灰岩层厚度较大，因此对煤层的保存亦较为有利，但总体较3#煤层围岩封闭性差。

图2 郑庄区块3#和5#煤层顶底板岩性图

总之，在郑庄区块，稳定的沉积环境下发育厚度大、稳定性好(其中3#>15#)的两主力煤层，为煤层气大量储集提供了物质基础同时，煤层顶、底板具有良好的封闭性能，保证了煤层气的有效保存富集。

2.2 水文地质条件

水文地质条件对煤层气的富集及运移起重要作用，影响煤层气的赋存和分布。通常，水文地质条件控气具有双重性，既可导致煤层气逸散，又能起到保存聚集煤层气的作用。叶建平等(2001)将水文地质控气作用概况为3种类型，即水力运移逸散作用、水力封闭作用和水力封堵作用，其中后两种类型有利于煤层气保存。傅雪海等(2007)在研究沁水盆地水文地质条件对煤层气富集的影响时，提出从盆缘到盆地中心依此出现水力封堵控气作用、水溶携带控气作用、径流逸散控气作用和水力封闭控气作用，最终导致盆缘煤层气含量低、斜坡带含量较高和盆地中心含量高的结果。

研究表明，沁水盆地南部地区山西组含水层主要由底部砂岩和3#煤层上部砂岩组成，两者之间没有水力联系，后者通过裂隙与3#煤层有一定的水力联系(傅雪海等，2007)15#煤层与顶板石灰岩没有水力联系。可见两煤层本身基本是独立的水动力系统，受其他含水岩层影响较弱，外部水动力对煤层气保存影响较小。

郑庄区块边界的寺头断裂，现今状态下属于一条封闭性断裂，导水、导气能力极差，是盆地内部的一个水文地质单元边界。山西组砂岩含水层和太原组灰岩含水层水位在寺头断层东侧附近达到最低值，是地层水的滞水洼地位于寺头断裂西侧的郑庄及其附近地区，水位也较低，地下水径流强度也可能较弱，较有利于煤层气保存(王红岩等，20012004傅雪海等，2007)。通常，地下水滞水地带也是矿化度较高区域，郑庄区块煤层水矿化度非常高(如表1)，远高于弱径流区地层水矿化度(1823.61mg/L)，由此推测郑庄区块亦位于地下水滞流区，地下水以静水压力的形式将煤层中的煤层气封闭起来，导致煤层含气量较高。

表1 郑庄区块煤层水矿化度 单位:mg/L

2.3 地质构造条件

构造作用是影响煤层气成藏最为重要和直接的因素，不仅控制着含煤盆地及含煤地层的形成和演化，而且控制着煤层气生成、聚集和产出过程的每一环节。在聚煤期，构造控制着煤系地层形成发育的特征，影响到煤层气的生成、储集和封盖能力在聚煤期后，构造特征及其演化通过对构造变形和热历史的限定，不仅对煤层气的生、储、盖性能产生影响，而且直接控制了煤层气的运移、聚集和保存特征，从而决定着特定地区煤层气资源开发潜力的大小(秦勇，2003)。

在沁水盆地东南部(包括郑庄区块)，煤层气成藏经历了三个演化阶段(王红岩等，2008林晓英等，2010):第一阶段，三叠纪末期，煤层达到最大埋深，煤岩镜质组反射率达1.2%，此阶段为深成变质作用生气阶段，累计生烃量达到81.45m3/t第二阶段，晚侏罗世开始至白垩纪末，地层开始抬升，但由于燕山中期的构造热事件影响，煤层长期处于异常高古地温阶段，引起二次生烃，累计生烃量大，可达359.10m3/t第三阶段，喜山期的煤层气藏调整与改造，最终形成了现今格局。在第二阶段，由于异常热事件的影响，地层的抬升并没有破坏煤层气藏，反而增加了煤储层储集气体的能力。两次生烃作用为煤储层大量聚气提供物质基础。

在盆地形成演化过程中，郑庄区块受构造作用影响较弱，构造形迹相对简单。对煤层气富集具有控制作用的主要为寺头断层及区内局部背、向斜，在不同的构造部位煤层含气量具有明显差异。从图3上可以看出，在宽缓背斜部位有利聚气(如Js8井)、两翼较陡的向斜和背斜轴部(如Js5和Zs31井)均不利聚气、断层部位最不利聚气(如Zs39井)，总体上向斜部位要好于背斜部位(如Js5>Zs31井)。

图3 区域地质构造与煤层含气量关系图

这主要包括以下几个方面的原因:(1)通常处于活动期的断层具有开放性，是气体运移的有利通道而活动比较微弱或不活动的断层具有封闭性则有利于气体的保存。在煤层气成藏演化过程中，寺头断层在喜山晚期之前一直处于活动状态，具有强开放性，导致断层附近煤层气体沿断层大量逸散，煤层含气量极低。(2)两翼较陡的向、背斜，均为挤压应力下形成的地质构造。对于向斜，轴部煤层的底部及其底板岩层张性裂隙易于发育，部分煤层气扩散损失，而两翼部位则为煤层气富集区对于背斜，轴部煤层含气量低则是由于煤层顶部及其顶板张性裂隙的发育，同时两翼部位有利于煤层气富集。总体而言，向斜要比背斜更有利于聚气。(3)宽缓背斜也是在挤压应力环境下形成的，属于局部小构造，亦为应力集中区，因此有利于煤层的吸附。

3 煤层气开发前景分析

煤层气有利开发区主要包括两层含义，它既是煤层气的富集区又是高产高渗区。在查明煤层气富集规律的基础上，寻找煤层气高产高渗区是实现煤层气大规模商业开发的关键。文章从煤储层参数角度，具体分析了郑庄区块3#和15#两主力煤层的开发潜力以及瓶颈问题。

煤层气在煤储层中的渗流特征与常规天然气差异很大，影响煤层气高产的因素复杂而多样，主要包括:煤层气含量、含气饱和度、煤层埋深、煤层厚度、煤级、煤储层渗透率、煤储层压力、临界解吸压力(娄剑青，2004万玉金等，2005陈振宏等，2009)以及煤体结构等。在研究区内，煤层气开发的有利储层参数主要包括以下几个方面:(1)煤储层含气性较好(表2)，3#煤层平均含气量19.11m3/t、甲烷含量18.35m3/t、含气饱和度69.58%15#煤层平均含气量16.30m3/t、甲烷含量15.42m3/t、含气饱和度62.80%。较高的含气量和含气饱和度是煤层气高产稳产的物质基础。(2)煤层埋藏适中，降低开采难度及开采成本，3#煤层埋藏深度512～1215m15#煤层605～1310m。(3)煤层厚度较大，3#煤层厚度5.3～6.2m15#煤层厚度2.4～7.9m。(4)煤变质演化程度高，最大镜质组反射率Ro，max=3.55%～3.98%，高变质程度使煤的吸附能力强，含气量高。(5)3#煤储层压力梯度接近于静水压力梯度15#煤储层压力梯度略高于静水压力梯度。煤层气储层为常压或接近常压均有利于煤层气的开发。

表2 郑庄区块煤层含气性特征

注:下标ad代表空气干燥基。

在郑庄区块，开发煤层气存在的主要瓶颈问题是煤储层渗透率较低，平均低于1mD，其中3#煤层试井渗透率为0.013～0.430mD15#煤层试井渗透率为0.022～0.920mD。通过镜下观察显微裂隙，两煤层均以B型(宽度>5μm，1mm<长度<10mm)裂隙为主，A型(宽度>5μm，长度>10mm)裂隙较少，裂隙密度较小，且连通性中等至差。裂隙不发育和连通性较差是导致煤储层渗透性差的主要原因。但两煤层的煤岩类型主要为光亮煤，煤体结构以原生结构和碎裂为主，这使得改善煤储层渗透能力成为可能。从煤层气开发的角度来讲，原生结构的煤体，裂隙虽然相对较少，但经过压裂后，煤层气容易抽放，属较好类型的煤体碎裂结构的煤体，裂隙相对发育，抽放条件优越，属于极好的煤体类型。

表3 郑庄区块煤储层宏观和微观裂隙发育特征

另外从图4上可以看出，在郑庄区块煤储层渗透率主要受最小有效应力(最小主应力与储层压力之差)的影响，随着该应力的增加，渗透率值明显降低但埋深和最小主应力对渗透率的影响不明显。因此，可以通过研究最小有效应力分布规律，在研究区低渗透率背景上寻找渗透率高值区，为选取煤层气高产高渗区提供科学依据。

图4 3#(a)及15#(b)煤层渗透率与应力、埋深关系图

4 结论

文章从沉积环境、水文地质条件和地质构造三个方面，分析了郑庄区块3#和15#煤层煤层气富集成藏的地质控制因素。结果表明:稳定的聚煤沉积环境和封闭的水动力系统是煤层气的保存的有利条件，而局部煤层气富集则受控于地质构造条件:在宽缓背斜部位有利聚气、两翼较陡的向斜和背斜轴部均不利聚气、断层部位最不利聚气，总体上向斜部位要好于背斜部位。另外，文章从储层参数角度分析了该区块煤层气的开发潜力。3#和15#煤层煤级高，含气量、含气饱和度较高，煤层较厚，煤层埋藏适中，储层压力接近或稍高于静水压力，均表明有利于煤层气的开发。然而该区块煤储层渗透率极低，使煤层气的商业开发增加了难度，但可以通过压裂等增产措施适当的改善煤储层，提高气产量。

参考文献

陈振宏，王一兵，杨焦生等.2009.影响煤层气井产量的关键因素分析———以沁水盆地南部樊庄区块为例，石油学报，30(3)，409～416

傅雪海，秦勇，韦重韬等.2007.沁水盆地水文地质条件对煤层含气量的控制作用，煤层气勘探开发理论与实践，61～69

高远文，姚艳斌.2008.我国煤层气产业现状及开发模式探讨，资源与产业，10(2)，90～92

林晓英，苏现波，郭红玉.2010.沁水盆地东南部寺头断层对煤层气藏的封闭性评价，天然气工业，30(4)，20～23

娄剑青.2004.影响煤层气井产量的因素分析，天然气工业，24(4)，62～64

秦勇.2003.中国煤层气地质研究进展与述评，高校地质学报，9(3)，339～352

饶孟余，杨陆武，冯三利等.2005.中国煤层气产业化开发的技术选择，特种油气藏，12(4)，1～4

任海英.2004.沁水煤田晋城矿区煤层的沉积环境与煤层气，煤矿现代化，(6)，18～19

邵龙义，肖正辉，何志平等.2006.晋东南沁水盆地石炭二叠纪含煤岩系古地理及聚煤作用研究，古地理学报，8(1)，43～52

孙茂远，刘贻军.2008.中国煤层气产业新进展，天然气工业，28(3)，5～9

孙茂远，杨陆武.2001.开发中国煤层气资源的地质可能性与技术可行性.煤炭科学技术，29(11)，45～46

万玉金，曹雯.2005.煤层气单井产量影响因素分析，天然气工业，25(1)，124～126

王红岩，万天丰，李景明等.2008.区域构造热事件对高煤阶煤层气富集的控制，地学前缘(中国地质大学(北京)北京大学)，15(5)，364～369

王红岩，张建博，李景明等.2004.中国煤层气富集成藏规律，天然气工业，(5)，11～13

王红岩，张建博，刘洪林等.2001.沁水盆地南部煤层气藏水文地质特征，煤田地质与勘探，29(5)，33～36

杨起.1999.中国煤的叠加变质作用，地学前缘(中国地质大学，北京)，6(增刊)，1～7

叶建平，武强，王子和.2001.水文地质条件对煤层气赋存的控制作用，煤炭学报，26(5)，459～462