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1、The6mInternationalWorkshoponCBM/CMMinChina构造煤结构与储层物性据宜文，侯泉林，姜波，王桂梁，方爱民(中国科学院研究生院，北京100049中国矿业大学，徐州221008中国科学院地质与地球物理研究所，北京100029)摘要:构造煤研究涉及到基础地质理论、煤层气资源、煤矿安全和环境地学等重要领域。本文以两淮地区区域地质与煤储层地质为研究背景，探讨了构造谋形成的低、中、高三种变质变形环境，提出了一套既适合于煤层气开发又适合于煤与瓦斯突出防治的结构一成因分类方案，该方案
2、分为三个变形序列十类构造煤:脆性变形序列包括碎裂煤、碎斑煤、碎粒煤和碎粉煤，片状煤和薄片煤;韧性变形序列为揉坡煤、糜棱煤和韧性结构煤;脆韧性过渡型为鳞片煤;并分别叙述了不同类型构造煤的宏观和微观变形特征。运用X射线衍射、高分辩透射电镜、顺磁共振、核磁共振以及傅立叶红外光谱等现代技术方法系统研究了不同类型构造煤的大分子化学结构特征;利用压汞法、液氮吸附法和扫描电镜研究了构造谋的孔隙结构特征;采用平衡水条件下等温吸附/解吸实验与大直径构造煤原位样品室内渗透率实验研究了不同类型构造煤的吸附一解吸性与渗透性特征
3、。首先建立了构造煤微孔隙结构自然分类系统;在CH4或多元气体吸附一解吸过程中，发现变形较强的构造煤CH4等温吸附曲线不符合五种吸附曲线类型，并且CH4或多元气体吸附一解吸具有不可逆性。在此塞础上，深入探讨了构造煤结构演化及其与储层物性作用机理。然而，构造煤是煤中构造变形和围岩岩石力学性质等共同作用的结果，由此进一步论述了煤层断层、层滑构造、煤层流变和谋层韧性剪切带的变形特征及形成机制。研究认为:一定脆性变形程度的片状煤、碎斑谋与碎裂煤以及较弱韧性变形的揉皱煤并经后期脆性变形叠加形成的构造煤等储层具有较好
4、的煤层气勘探开发潜势，而变形程度较强的脆韧性与韧性构造谋如蜂片煤、糜棱煤等储层恰恰是瓦斯抽采和煤与瓦斯突出防治重点解决的难题。关键词:构造煤大分子结构孔隙结构储层物性煤层气勘探开发引言构造煤与煤层气勘探开发、煤矿瓦斯突出以及大气污染等皆有密切的关系(EvansandBrown,1973;Yuan,1985;Cao,1999;Li,2001;姜波等，2001;据宜文等，2002;据宜文，2003;Juetal.,2004;Juetal.,2005a)。研究表明，构造变形影响到煤的大分子结构(Nishiok
5、a,1992;Caoetal.,2000;Ju,2003)，在某种程度上也能提高煤级(Teichmtlller,1987;FowlerandGayer,1999;Caoetal.,2000;Juetal.2005c)。通过构造剪切作用，可促进或加速石墨化的进行(Wilksetal.,1993;Bustinetal.,1995)。构造变形不同程度的改变着煤的物理结构和化学结构，从而改变着煤的吸附性和孔渗性。己有研究成果显2006第六届国际煤层气研讨会示，以碳结构为主的煤具有较强的吸附性，构造变形增强，其吸
6、附性增强(Caoetal.,2000;Juetal.,2005a,据宜文等，2005)。已有不少研究者利用压汞法对比测试了不同矿区、不同煤级的原生结构煤与构造煤的微米级孔隙特征(王佑安等，1980;张井等，1996;姚多喜等，1996)。这些实验证明，构造煤主要增加了中孔和过渡孔的孔容，但不影响微孔的孔容。也就是说，煤层的构造变形没有影响到小于lonm的微观尺度上。为了更深入地探讨构造作用对微孔的影响，王涛等(1994)用液氮吸附法测试了江西新华煤矿原生结构煤与构造煤的孔隙分布，认为构造作用己经影响到1
7、0nm的微孔，但尚无影响到小于10nm的超微孔，而且其研究过于简单。因此，构造煤纳米尺度微结构孔隙是一个值得研究的问题(Ganetal.,1972;Greggand5ing,1982;GtirdalandYalgin,2001)，同时，构造煤的纳米尺度孔隙也是煤层气的重要吸附空间，其大分子结构是控制煤吸附能力的一个重要因素。而且，构造煤微孔隙的渗透性与煤层气的赋存和开发有极为密切的关系。构造煤在变形过程中，由于应力作用的性质、方式、强度以及变形环境的不同，煤的物理性质、化学结构和化学成分都会呈现出有规律
8、性的演化，储层物性也随之发生重大改变(Juetal.,2005a;据宜文等，2005)。因此，深入进行构造作用、应变环境、构造煤物理化学结构演化、储层物性及其作用机理的综合研究，将会对复杂构造区煤层气资源的寻找和评价、矿井煤与瓦斯突出防治和瓦斯抽放以及环境问题提供理论基础，也是煤层气研究领域具有开创性的工作。2构造煤的形成环境及及其概念的理解本文以两淮矿区的构造煤及煤储层地质为研究背景，探讨了构造煤储层形成的三种变质变形环境(Juetal.
