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发布时间:2020-06-20 17:28:55

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作者:吾满江·艾力,姚亚明,张俊敏

出版社:陕西科学技术出版社

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能源科学知识概论

能源科学知识概论试读:

前言

改革开放以来,特别是进入21世纪以后,随着我国国民经济的飞速发展和人民生活水平的日益提高,人们对能源的需求越来越大。尽管我国能源生产规模一再扩大,但仍然难以满足人们生产、生活对能源质和量的需求。

从量的方面来看,以石油为例:自1993年起,我国成为原油纯进口国;2004年我国的原油进口量超过日本,成为世界第二大进口国;2009年进口石油约2.04亿t,比上年增长约14%。目前我国石油消费的进口依存度已达52%,进口石油首次超过舆论认为的50%这个心理防线,严重威胁到国家能源战略安全。

从质的方面来看,以煤炭为例:2011年我国能源构成中,原煤依然占据77.8%的高比例。大家知道,在煤炭利用方面,我国煤炭80%是原煤直接燃烧,由此造成的环境污染问题已经严重影响到了国民经济的可持续发展和人民群众的身体健康。2011年,我国全社会烟尘和二氧化硫排放量分别为1059万t和2217万t,名列世界各国之首,其中由燃煤产生的排放量分别占70%和90%。

为了保证量的需求,一方面,国家需要直接向国外进口能源,另一方面,国内许多企业走出国门到国外进行勘探、开发;为了保证质的需求,我们需要调整能源结构,不但要增加石油、天然气等常规能源的比例,而且要增加非常规能源的额度,特别是要增加可再生能源的规模。

作者长期从事常规能源(石油、天然气、煤炭)和非常规能源(煤层气、致密砂岩气)以及页岩气等的形成条件、分布规律研究,资源量计算,有利区块评价以及勘探、开发生产工艺探索,对国内外多种能源资源潜力及其分布均有一定的认识。为了给非专业公司进入能源勘探、开发行业,或者是已经或准备跨行业经营的专业公司提供帮助,为他们的管理、技术和一线工作人员和全社会关心能源的人们进行能源基本知识传播普及,特编著了这本常规能源、非常规能源和新能源科普读物。内容包括:(1)地质矿产知识100问;(2)煤炭煤层气知识100问;(3)石油天然气知识100问;(4)非常规能源知识100问;(5)可再生能源知识100问。

本书在整个酝酿、收集资料和编写过程中,得到国家“973”项目首席科学家、西北大学含油气盆地研究所所长刘池阳教授,中国保利集团公司董事、保利科技有限公司张连生董事长,保利科技有限公司姜连祥副董事长,中国保利集团公司副总经理、保利科技有限公司王林总经理,中控国际能源投资有限公司董事长、北京大学邓旭教授,中非发展基金王勇副总裁等的热情指导和大力帮助,在此向他们一并表示诚挚的感谢!作者2013年元月

一、地质矿产知识100问

1.地质学的研究对象是什么?

地质学的研究对象是地球。地球包括固体地球及其外部的大气。固体地球包括最外层的地壳、中间的地幔及内层的地核三个主要的层圈。目前,主要是研究固体地球的上层,即地壳和地幔的上部。2.人类与地球是什么样的关系?

人们生活在地球上,要开采矿物资源,要适应大自然的环境和条件,要与地球上发生的各种自然灾害做斗争。衣食住行都离不开地球。因而,在人们长期的实践中逐步认识了地球,并形成了地质学(geology)。3.地质学的相关学科有哪些?

除地质学以外涉及地球科学的还有地理学(geography)、生物学(biology)、气象学(meteorology)、天文学(astronomy)等。地质学着重研究地下,地理学着重研究地表,生物学着重研究地表有机界,气象学着重研究地球的大气圈,天文学着重研究天体,并从天体的角度研究地球及地球的起源。地球——包括固体地球以及环绕着它并与其密切联系、相互影响的水、生物与大气——是一个复杂的天体,人类要认识所居住的地球,就需要不同学科从不同侧面对它进行研究,各学科的研究成果都有着密切的联系。4.地质学研究的理论意义是什么?

天体的起源与生命的起源属于当代自然科学的基本理论问题,这些问题的最后解决都离不开地质学的研究。5.地质学研究的实践意义是什么?

地质学研究的实践意义主要是指导人们寻找矿产资源、能源和水资源。众所周知,各种金属及非金属矿产是工业的原料,它们与发展国民经济、科学技术以及国防建设都密不可分。如:磷、钾等矿产是发展农业所不可缺少的肥源;金、银等除工业用途外,还是国库的必要储备;石油、天然气、煤炭是主要的能源,尤其具有重要意义;地下水是工农业生产与人民生活不可或缺的资源。上述所有矿产资源、能源与水资源的开发利用都需要用地质学的理论和实践去指导。6.地质学的研究内容有哪些?(1)研究组成地球的物质

目前着重研究的是地壳和上地幔。元素、矿物、岩石(包括矿石和矿床)、建造、地壳是地壳物质分类的不同级别,各级物质的存在形式、特征、形成条件、分布规律及其利用是研究的基本内容。研究这方面的有地球化学、结晶学、矿物学、岩石学、矿床学、地质建造学等分支学科。(2)研究岩石或建造在地壳中以及在整个地球内部的空间分布

即阐明地壳以及地球的构造特征,阐明这些构造的形成条件与演变规律。这方面的分支学科有构造地质学、区域地质学、地球物理学等学科。(3)研究地球的历史

地球形成至今已有约46亿年,其中30多亿年以来的地球历史是重点研究对象。研究这方面的有古生物学、地史学、岩相古地理学以及第四纪地质学等学科。(4)研究地质学的应用问题

其中水文地质学研究地下水的分布、找寻、开发和利用。工程地质学研究工程建设所需要的地质条件,以保证工程的稳固与安全。地震地质学研究地震发生的地质背景,为预报地震服务。环境地质学研究环境质量的地质因素,为提高环境质量、保护环境和人民的健康服务。由于研究的深入和专门化不同,还可分为煤田地质学、石油地质学、铀矿地质学等。(5)研究地质学的方法与手段

在这一领域中有同位素地质学、数学地质学、遥感地质学、实验地质学等学科。(6)综合性研究

现代科学发展的一个趋势是由分科走向综合,许多重大科学问题只有通过综合性研究才能解决。地质学也正在经历着这一过程。从全球角度将物质研究、地壳与整体地球构造研究以及地球历史研究融为一体的板块构造学是这一趋势的重要体现。此外,行星地质学及新一代的海洋地质学都是进行综合性地质研究的新领域。7.地质作用都包括哪些作用?

地质作用(geological process)就是形成和改变地球的物质组成、外部形态特征与内部构造的各种自然作用。它分为内力(endogeneous)地质作用与外力(exogeneous)地质作用两类。前者主要以地球内热为能源,并主要发生在地球内部,包括岩浆作用、地壳运动、地震、变质作用;后者主要以太阳能以及日月引力能为能源,并以大气、水、生物等因素为媒介,包括风化作用、剥蚀作用、搬运作用、沉积作用、固结成岩作用。8.地质作用特点如何?(1)地质作用的地区特色

地质作用的发生与发展虽然具有共同规律,然而在不同地方会出现不同的地质作用现象,而且同一类地质作用在不同地方往往具有其特殊性。因此,人们要全面、系统和直接地观察到所有地质作用是困难的,甚至是不可能的。(2)地质现象复杂

从性质上看,包括物理的、化学的、生物的;从规模上看,大到全球的宏观现象,小到原子和离子的微观过程。同时地质学涉及生物、气象、天文、地理等一系列学科,知识领域极其广阔。(3)地质作用发生和延续的时间一般很长

例如海陆的变迁,山脉的隆起,海底的扩张等过程。需时很长,一般以百万年为单位计算。如喜马拉雅山脉,从海底隆起至今约有25百万年,大西洋的形成至今约200百万年。有些地质作用看起来其表现时间很短,如地震、火山爆发等,但其发生之前能量的聚集过程则很长。因而,人们难以对正在进行的地质作用的全过程做完整的观察,对于地质历史中的地质作用更不可能直接去了解。9.地质作用的研究方法是什么?(1)观察地质现象

地质现象是地质作用的结果或产物,观察地质现象就可以找出地质作用的特点与规律。因此,野外调查便是研究地质作用的前提和基础。大自然是最好的地质博物馆,在某种意义上也是实验室。(2)运用分析、实验手段

用物理的、化学的、数学的及生物的方法提高对物质的分辨能力、穿透能力、鉴定能力、模拟能力、遥感能力。(3)进行理论研究

理论研究建立在丰富的地质事实和数据的基础之上,这是一个由表及里、由此及彼、去粗取精、去伪存真、由感性认识上升到理性认识的过程,在这一过程中要进行地质思维。(4)将今论古

地质思维就是运用地质学知识和原理去分析问题、研究问题,其中还要运用“将今论古”的方法论。这一方法论的基本思想是“现在是认识过去的钥匙”,即用现在正在发生的地质作用去推测过去,类比过去,认识过去。10.什么叫矿物?

固体地球的最外圈是地壳,它是地质学最直接的研究对象。地壳由岩石组成,岩石由矿物组成,矿物由各种元素组成,所以研究地质学首先要从元素与矿物入手。(1)元素

由同种原子组成的物质称为元素。目前已知元素有108种,其中在自然界存在的为92种。(2)矿物

矿物(mineral)是自然产出且内部质点(原子、离子)排列有序的均匀固体。其化学成分一定并可用化学式表达。如黄铁矿(FeS)、石英(SiO)、钾长石(KAlSiO)等。2238(3)晶体

晶体(crystal)是内部质点(原子、离子)在三维空间周期性重复排列(即有序排列)的固体。所以矿物都属于晶体。11.矿物的主要性质有哪些?

由于化学成分与内部结构不同,不同矿物具有不同的性质与特征,根据其性质与特征就能够识别和鉴定它们。(1)矿物的形态A.矿物单体的形态

矿物的单晶体,有的沿一个方向生长,成为柱状或针状等;有的沿两个方向沿展,成为板状或片状等;有的三向等长,如立方体或八面体等。B.矿物集合体的形态

矿物晶粒的聚集体称为集合体(aggregate)。矿物集合体往往具有某种习惯性的形态。(2)矿物的光学性质

矿物的光学性质是指矿物在可见光作用下所表现的性质。包括透明度、光泽、颜色、条痕。A.透明度(transparency)

矿物透过可见光的能力。矿物薄片能透过光线者,称为透明矿物;基本上不能透过光线者,称为不透明矿物。广义地说,所有非金属矿物都是透明矿物,所有金属矿物都是不透明矿物。B.光泽(luster)

矿物对可见光的反射能力。根据反射能力的强弱可分为:

a.金属光泽。反射很强,类似镀有铬的金属平滑表面的反射光。

b.半金属光泽。反射较强,似一般金属的反射光。

c.非金属光泽。这是透明矿物所具有的光泽,按其对光反射能力的强弱与特征可以进一步区分,如似玻璃表面的反光者称玻璃光泽,似珍珠的反光者称珍珠光泽等。C.颜色与条痕(color and streak)

颜色是矿物吸收了白光中某种波长的色光后所表现出来的互补色。如果矿物对各种色光都均匀吸收,则表现为黑色或灰色,如基本上都不吸收则表现为白色。(3)矿物的力学性质A.硬度(hardness)

矿物抵抗外力机械作用的强度。在肉眼鉴定中,主要指矿物抵抗外力刻划的能力。硬度的大小主要由矿物内部质点联结力的强弱所决定。通常用摩氏硬度计(Mohs scale of the hardness)作为标准进行测量。摩氏硬度计由10种硬度不同的矿物组成(见下表)。摩氏硬度计B.解理(cleavage)

晶体受到外力打击时能够沿着一定结晶方向分裂成为平面(即解理面)的能力。这种性能受内部结构的特征所制约。因为晶体内部沿不同方向质点间距离不一样,质点间的引力大小不同,解理面的方向总是代表面网之间联结力最弱的方向。质点密度最大的面网之间的距离最大,其联结力最弱,因而解理面往往就易沿这种面网发生。C、断口(fracture)

断口是矿物受外力打击后不沿固定的结晶方向断开时所形成的断裂面。断裂面方向是任意的。断口的形态不会是平滑的。根据形态特征有贝壳状断口、参差状断口、锯齿状断口、平坦状断口等。12.火成作用与岩浆岩有哪些特点?

岩石(rock)按其形成方式有火成岩、沉积岩和变质岩等三大类。

火成岩(igenous)又称岩浆岩(magmatic rock),它是三大类岩石的主体,占地壳岩石体积的64.7%。它由岩浆冷凝形成,是岩浆作用的最终产物。岩浆作用(magatism)是指岩浆的发育、运动及其固结成岩的作用。它包括喷出作用与侵入作用两个方面。13.喷出作用与喷出岩有哪些特点?(1)岩浆

地下高温熔融物质称为岩浆(magma)。它的温度一般在800~1200℃。可以低到650℃,也可高达1400℃。其成分除硅酸盐外,常含有1%~8%以水为主的挥发性物质。岩浆一般发生于地下数公里到数十公里,在岩石的强大压力下,其中挥发性物质主要呈溶解状态,部分呈气泡状态存在。(2)喷出作用

岩浆喷出地表的作用称喷出作用(eruption),又称火山作用(volcanism)。它伴随着地下大量物质在很短时间内被释放出来。喷发物有气体、固体和液体三类。14.侵入作用与侵入岩有哪些特点?(1)侵入作用

深部岩浆向上运移,侵入周围岩石而未到达地表,称为侵入作用(intrusion)。岩浆在侵入过程中变冷、结晶而形成的岩石叫侵入岩(intrusive rock)。侵入岩是被周围岩石封闭起来的三维空间的实体,故又称侵入体(intrusive rock)。包围侵入体的原有岩石称围岩(country rock)。(2)侵入岩的产出状态

侵入岩的产出状态即产状(occurrence),指其形态、大小及其与围岩的关系。由于岩浆冷凝的深度、岩浆的规模与成分以及围岩的产出状态不同,故侵入岩有多种产状。15.外力地质作用与沉积岩有哪些特点?

沉积岩(sedimentary rock)占地壳岩石总体积的7.9%。它主要分布在地壳表层,在地表露出的三大类岩石中,它的面积占75%,是最常见的岩石。沉积岩中赋存有煤、石油、天然气以及其他许多金属及非金属矿产,具有重要的经济价值。16.外力地质作用的一般特征是什么?(1)引起外力地质作用的因素

引起外力地质作用的因素是大气、水与生物,可简称为外因。(2)引起外力地质作用的能源

太阳能是地球外部能量的来源。重力能来源于地球的引力。日月引力能来源于太阳与月球对地球的引力,它是产生海水潮汐现象的原因。(3)外力地质作用的类型

大气、水与生物引起地质作用的具体形式不同,同种因素引起地质作用的形式也有许多种。外力地质作用可分为以下诸类:风化作用(weathering)、剥蚀作用(denudation)、搬运作用(transportation)和沉积作用(sedimentation)。17.变质作用与变质岩有哪些特点?

变质岩是组成地壳三大岩类之一,占地壳总体积的27.4%。它在地面的分布范围较小,也不均匀。它是由火成岩或沉积岩或先成的变质岩经变质作用所形成的岩石。(1)变质作用

岩石在基本上处于固体状态下,受到温度、压力及化学活动性流体的作用,发生矿物成分、化学成分、岩石结构与构造变化的地质作用,称为变质作用(metamorphism)。(2)变质作用类型及其代表性岩石

由于引起岩石变质的地质条件和主导因素不同,变质作用类型及其形成的相应岩石特征也不同。A.接触变质作用

发生在火成岩(主要是侵入岩)与围岩之间的接触带上,并主要由温度和挥发性物质所引起的变质作用,称为接触变质作用(contact metamorphism)。接触变质作用所需的温度较高,一般在300~800℃,有时达1000℃;所需静压力较低,仅在(1~3)×810Pa。B.区域变质作用

区域变质作用(regional metamorhism)是在广大范围内发生的、并由温度、压力以及化学活动性流体等多种因素引起的变质作用。区域变质作用影响的范围可达数千到数万平方公里以上,影响深度可达20km以上。C.混合岩化作用

混合岩化作用即超深变质作用,它是由变质作用向岩浆作用转变的过渡性地质作用。当区域变质作用进一步发展,特别是在温度很高时,岩石受热而发生部分熔融并形成酸性成分的熔体,同时由地下深部也能分泌出富含钾、钠、硅的热液,这些熔体和热液沿着已形成的区域变质岩的裂隙或片理渗透、扩散、贯入,甚至和变质岩发生化学反应,形成新的岩石,这就是混合岩化作用(migmatization)。混合岩化作用所形成的岩石称为混合岩(migmatite)。D.动力变质作用

动力变质作用(dynamic metamorphism)又称破裂变质作用(cataclastic metamorphism),它的形成与地壳发生断裂(主要是由剪切力造成的断裂)有关。出现在断裂带的两侧:在地壳的上层,表现为岩石的破碎,形成构造角砾岩;在地壳的较下层位,因具备较高温度和静压力等条件,能发生矿物的塑性变形、重结晶以及出现新矿物,形成糜棱岩(mylonite)。18.岩石的演变都经历怎样的过程?

三大类岩石具有不同的形成环境和条件,而环境和条件又随地质作用的发生而变化。因此,在地质历史中,总是某些岩石在形成,而另一些岩石在消亡。如火成岩(变质岩、沉积岩的情况相同)通过风化、剥蚀而破坏,破坏产物经过搬运、堆积而形成沉积岩;沉积岩受到高温作用又可以熔融转变为火成岩。火成岩与沉积岩都可以遭受变质作用而转变成变质岩,变质岩又可再转变成沉积岩或熔融而转变成为火成岩。19.什么是地质年代?

地质年代系指地质体形成或地质事件发生的时代。它有两层含义:地质体形成或地质事件发生的先后顺序及地质体形成或事件发生距今有多少年。前者称为相对年代(relative age),后者称为绝对年代(absolute age)。在描述地质体或地质事件的年代时,两者都是不可缺少的。20.什么是地层层序律?

地层(stratum)是在一定地质时期内所形成的层状岩石(含沉积物)。层状岩石泛称为岩层。地层形成时是水平的或近于水平的,并且,较老的地层先形成,位于较下部位,较新的地层后形成,覆于较上部位。简而言之,原始产出的地层具有下老上新的规律。这就是地层层序律(law of superposition)或称叠置原理。它是确定地层相对年代的基本方法。21.什么是化石?

埋藏在岩层中的古代生物遗体或遗迹称为化石(fossil)。动物的骨骼、甲壳、足迹、蛋、粪以及植物的根、茎、叶或其痕迹均可成为化石。一般,保存为化石的生物实体,都已不同程度地受到地质作用改造,如被某种矿物质(如碳酸钙、二氧化硅、黄铁矿等)充填或交代而石化。或生物遗体中所含不稳定成分挥发逸去,仅留下碳质薄膜等。尽管如此,生物遗体的结构可以保持不变。22.地质年代表都有哪些内容?

按年代先后把地质历史进行系统性编年,列出地质年代表(geologic time scale)。它的内容包括各个地质年代单位、名称、代号和同位素年龄值等。它反映了地壳中无机界(矿物、岩石)与有机界(动、植物)演化的顺序、过程和阶段。地质年代表的建立,是根据对世界各地的地层进行系统划分对比的结果。地质年代表中具有不同级别的地质年代单位,最大一级的地质年代单位为“宙”(aeon),次一级单位为“代”(era),第三级单位为“纪”(period),第四级单位为“世”(epoch)。与地质年代单位相对应的年代地层单位为:宇(eonothem)、界(erathem)、系(system)、统(series),它们是在各级地质年代单位内形成的地层。23.什么是岩石地层单位?

在一个新的地区进行地层工作时,首先应根据地层的岩性特征在垂直方向上的差异,将地层分层,建立起地层系统和层序。这样划分出来的地层单位,称为岩石地层单位(rock-stratigraphic unit),又称地方性地层单位,它可分为群、组、段等不同级别。24.何谓地震?

地震(earthquake)是大地的振动。它发源于地下某一点,该点称为震源(focus)。振动从震源传出,在地球中传播。地面上离震源最近的一点称为震中(epicentre),它是接受振动最早的部位。大地振动是地震最直观、最普遍的表现。强烈的地震能导致山崩地裂,地面沉陷和隆起,地表错位,河水堵塞或决堤,建筑物倒塌或堤毁,电路走火,水道断裂等。所有这一切都发生在顷刻之间。25.构造运动有哪些特征?

构造运动(tectonic movement)主要表现为地壳的机械运动,以往称为地壳运动(crustal movement)。但是在很多情况下,这类运动不只限于地壳,还涉及岩石圈(lithosphere),所以改称为构造运动。(1)水平运动

水平运动(horizontal movement)是地壳或岩石圈块体沿水平方向移动。其有三种基本形式:①相邻块体分离;②相邻块体相向聚汇;③相邻块体剪切、错开。剪切、错开的相邻块体既不分裂,也不聚汇。(2)垂直运动

垂直运动(vertical movement)是相邻块体或同一块体的不同部分作差异性上升或下降,使某些地区上升成为高地或山岭,另一些地区下降为盆地或平原。

同一地区构造运动的方向随着时间的推移而不断变化,某一时期以水平运动为主,另一时期以垂直运动为主。水平运动的方式可以改变,垂直运动的方向也可以变化。26.岩石的变形与地质构造有什么特点?

沉积岩与火山岩形成之初呈水平状态,而且在一定范围内是连续分布的;只在沉积盆地及岛屿的边缘,或火山锥的附近等局部地区岩层呈原始倾斜状态。侵入岩则具有整体性,经过构造运动以后,岩层由水平状态变为倾斜或弯曲,连续的岩层被断开或错动,完整的岩体被破碎等。它们原有的形态和空间位置就发生改变,称为构造变形。

岩石变形和变位的产物称为地质构造。最基本的地质构造有褶皱和断裂。27.岩石的空间位置如何确定?

为了研究地质构造,首先要确定岩石的空间位置。岩层的空间位置取决于岩层层面的走向、倾向、倾角以及岩层的厚度。(1)走向(strike)

层面与假想水平面交线的方向,它标志着岩层的延伸方向。(2)倾向(dip)

层面与走向垂直并指向下方的直线,称为倾斜线,它的水平投影所指的方向即为倾向。它代表层面倾斜的方向,恒与走向垂直。(3)倾角(dipangle)

层面与假想水平面的最大交角,沿倾向方向测量,称为真倾角。沿其他方向测量的交角均较真倾角为小,称为视倾角。视倾角所包含的岩层倾斜方向,称为视倾向。28.什么是褶皱?

褶皱是岩层的弯曲。单个弯曲称为褶皱(fold)。岩层褶皱后原有的空间位置和形态均已发生改变,但其连续性未受到破坏。褶皱的存在是构造运动的直观反映。29.什么是断裂?

断裂是岩石的破裂,是岩石的连续性受到破坏的表现。当作用力的强度超过岩石的强度时,岩石就要发生断裂。断裂的存在是构造运动的另一直观反映。

断裂包括断层与节理两类。岩石破裂,并且沿破裂面两侧的岩块有明显相对滑动者,称为断层(fault),无明显滑动者称为节理(joint)。30.地层接触关系如何划分?

同一地区在不同地质时期可能遭受不同性质的构造运动,形成不同特征的地质构造,其结果就造成新老地层(或岩石)之间具有多样的接触关系。

概括说来,地层(或岩石)的接触关系有以下三种:(1)整合接触(conformable contact)

相邻的新、老地层产状一致,它们的岩石性质与生物演化连续而渐变,沉积作用没有间断。它表明该两地层是在构造运动处于持续下降或持续上升(如果是在水体中沉积的,则水深越来越浅)的背景下由沉积物连续沉积而成的。(2)假整合接触(disconformitity)

又称平行不整合接触。相邻的新老地层产状一致,它们的分界面是沉积作用的间断面,或称为剥蚀面(erosional syrface),剥蚀面的产状与相邻的上、下地层的产状平行。剥蚀面是岩石遭受过风化剥蚀的表面,具有一定程度的起伏,故在凹下部位常常堆积有砾岩,称为底砾岩(basal conglomerate),其砾石来源于下伏岩层。(3)不整合接触(unconformity contact)

又称角度不整合接触(angular unconformity contact)。相邻的新、老地层产状不一致,其间有剥蚀面相分隔,剥蚀面的产状与上覆地层的产状一致,与下伏地层的产状不一致。不整合接触表示地层形成以后因受强烈的构造运动而褶皱隆起并遭受剥蚀,形成剥蚀面,然后地壳下降,在剥蚀面上接受沉积,形成新地层。31.什么是构造运动的旋回性?

在地质历史中,构造运动的剧烈时期与其缓和时期是交替出现的,即构造运动的演化具有旋回性特点。这就决定了地壳的演化具有旋回性特点。构造运动大致可以分为以下旋回(称为构造旋回)(tectonic cycle):①太古代旋回;②元古代旋回;③震旦—加里东旋回;④海西(华力西)旋回;⑤印支旋回;⑥燕山旋回;⑦喜马拉雅旋回。32.何谓大陆漂移?

大陆漂移说是1915年由德国魏格纳(Wegener)正式提出来的。他发现大西洋两岸大陆的轮廓非常吻合,似乎大陆沿大西洋发生过裂开和漂移。他从地质上作了进一步的研究后发现,相邻大陆在地质上有许多相似性与可拼合性。33.何谓海底扩张?

在大量事实的推动下,于20世纪60年代初,美国地震地质学家迪茨(Dietz,1961)正式提出“海底扩张”的概念,接着赫斯(Hess,1962)加以深入阐述。

迪茨提出:由地幔中放射性元素衰变生成的热,使地幔物质以每年数厘米的速度进行大规模热循环,形成对流圈(convection cell),它作用于岩石圈,成为推动岩石圈运动的主要动力。洋壳的形成与地幔对流有关。洋脊轴部是地幔物质的上涌部位(对流圈的上升部位),即离散带(divergent zone)。海沟是地幔物质的下降部位(对流圈的下降部位),即敛合带(convergent zone)。在离散带,洋壳不断形成、撕开,并缓慢地向两侧的敛合带方向扩张。总的看来,洋底构造是地幔对流的直接反映。34.何谓板块构造?

板块构造的含义是:刚性的岩石圈分裂成为许多巨大块体——板块(plate),它们驮在软流圈上作大规模水平运动,致使相邻板块互相作用,板块的边缘便成为地壳活动性强烈的地带。板块的互相作用,从根本上控制了各种内力地质作用以及沉积作用的进程。板块构造说就是关于板块互相作用的理论。35.什么是风化作用?

暴露在地面的岩石处在和它们形成时不同的物理、化学环境,即由较高的温度和压力的成岩环境变为具有常温常压的地面环境,便能受到氧、二氧化碳、水以及生物的作用,因而会产生变化。变化的性质可以是机械的,表现为由整块岩石变为碎块或碎屑;也可以是化学的,表现为岩石的化学成分和矿物成分发生改变,从而使坚硬的岩石最终变成松散的碎屑和土壤。36.什么叫风化壳?

风化的产物成为一个不连续的薄壳覆盖在基岩上,称为风化壳(crust of weathering)。风化壳包括残积物及其上覆的土壤。风化壳的厚度一般为数厘米至数十米。37.矿产资源(mineral resource)有哪些种类?

泛指由地质作用形成于地壳中以固态、液态和气态形式存在、具有重要经济价值的自然资源。包括:

1)石油、天然气、煤炭等能源资源;

2)铁、锰、铬等黑色金属矿产;

3)铜、铅、锌、钴、镍等有色金属矿产;

4)金、银、铂、钯等贵金属矿产;

5)铀、镭、钍等放射性金属矿产;

6)铊、铟、镧、铈等稀有金属矿产;

7)菱镁矿、滑石等冶金辅助矿产;

8)钾盐、硫、磷等化工矿产;

9)高岭石、膨润土、蒙脱石等非金属材料矿产;

10)各种石料、石灰岩、石膏、石棉等建筑材料矿产;

11)红宝石、蓝宝石、翡翠、玛瑙等宝玉石矿产;

12)地下水(热)资源等。

矿产资源为人类提供了95%以上的能源来源,80%以上的工业原料,70%以上的农业生产资料,是人类社会赖以生存和发展的重要物质基础。但是,由于矿产资源的地质属性,其在世界各国、各地区的分布是不均衡的,矿产资源的开发利用也是有限的。38.矿产资源的全球分布特点是什么?

目前,全球已经发现矿产资源200余种,矿产资源空间分布受地质规律控制。液态和气态的石油、天然气主要分布在大型沉积盆地内,铁、铜、铝等金属矿产主要分布在造山带中,煤则兼而有之。39.我国矿产资源的基本特征有哪些?

中国矿产资源总的特点是:总量大,但人均拥有量低;种类齐全,但结构不合理;分布相对集中,但与经济区域不匹配;在部分用量大的支柱性矿产中贫矿和难选矿多,开发利用难度大,利用成本高。

截至2005年,我国已发现矿产173种,探明有储量的矿产155种,其中能源矿产8种,金属矿产54种,非金属矿产90种,水气矿产3种,矿床、矿点20多万处,经详细工作的近2万余处,是全球矿产资源种类比较齐全的国家之一。已探明矿产资源总量较大,约占世界的12%。40.什么叫矿产勘查?

是指对矿床的普查与勘探的总称。矿床普查是在一定地区范围内以不同的精度要求进行找矿或发现矿床的工作,通常分为概查和详查两个阶段或两类工作。41.矿产勘查、开发各阶段及其工作内容和流程如何划分?(1)找矿——遥感、航空测量、区域填图、物化探;(2)详细找矿——地质制图、物化探、有效钻探、获取样品;(3)储量勘探——密集钻探、全巷取样、有限冶炼试验;(4)设计——钻探、先导厂、选择采矿方法、设备购置、设计与工程评价;(5)建矿——筑路、基建、剥离、开建竖井或平巷、地下/地面建筑;(6)采掘——矿石生产、废石堆放、排水、通风;(7)加工——碎矿与研磨、分选、富集、尾矿堆放、水处理;(8)闭矿——清理、复垦、封锁巷道、废石堆等、复植。42.矿产勘查的核心是什么?

矿产勘查的核心是预测,预测不同于猜测,其区别就在于预测是有理论指导的。除预测理论外,勘查方法的理论原理也均属于理论基础的范畴。勘查的理论基础包括地质基础、数学基础、经济基础及技术基础等四个基本方面。43.矿产勘查工作的主要内容有哪些?

包括查明地质特征和矿床特征。(1)地质特征

可分为基本特征和成矿地质条件两部分。(2)矿床特征

矿床特征则可分为矿体特征、矿石物质组成、矿石质量三部分。

矿床勘查过程是一个分阶段依次进行的动态过程。每一阶段都包括预测、设计、实施及评价四部分内容。44.什么是成矿预测?

成矿预测是在科学预测理论的指导下,应用地质成矿理论和科学方法综合研究地质、地球物理、地球化学和遥感地质等方面的地质找矿信息,剖析成矿地质条件,总结成矿规律,建立成矿模式,圈定不同级别的预测区域或三维空间内的找矿靶区,正确指导不同层次、种类找矿工作的布局,提出勘查工作的重点区段或布置具体的勘查工程,达到提高找矿工作的科学性、有效性和提高成矿地质研究程度的一项综合性工作。45.成矿预测工作的一般程序有哪些?

成矿预测工作的一般程序可以大致归纳如下:(1)确定预测要求

确定预测的目的任务、预测区范围、预测的资源种类、具体的比例尺等。(2)全面收集地质资料

全面搜集研究地区的各种地质报告和图件、物化探、重砂测量等工作成果及有关专著,并尽可能进行矿产预测所必需的地层、构造、岩浆岩、矿床等各项地质资料的系统整理,使之条理化和图表化,为进一步研究成矿规律和预测打下基础。(3)研究成矿规律和建立矿床成矿模式

在深入研究区域地质背景的基础上,通过一系列典型矿床的控矿因素和成矿机制及对区域控矿条件的分析,找出在时、空和物质来源方面直接控制矿床形成和分布的规律。根据不同比例尺成矿预测工作的需要,建立区域成矿模式、矿床成因模式、找矿模型。(4)编制预测图

通常以成矿规律图为底图。要突出各种控矿地质因素和矿化信息。在综合分析控矿因素和矿化信息的基础上,确定预测评价的准则,圈出矿产预测区,划分远景区级别,以反映预测的可靠程度,并进行相应的预测储量估算。(5)重点工程验证

对复杂地质体的评价预测,必然有个实践—认识—再实践—再认识的不断深化过程。地质现象常常具有多解性,相互干扰很大,造成分辨“矿”与“非矿”的重重困难。因此必须用信息论的观点,把预测找矿过程看成是一个多因素影响的不断修正、不断调整的动态过程。要使这样一个过程科学化,信息反馈是不可缺少的。信息反馈能使预测方案的验证过程中产生的各种信息,及时送回到我们的手中,帮助适时地改进和调整决策,以达到“有效最佳”预测的目的。因此,在预测方案拟订以后,应当选择典型地段,布置少量工作(一般以钻探为主)予以揭露,及时验证预测矿产的可靠性。(6)编写报告

成矿预测报告应根据不同比例尺预测的主要任务,以能说明情况、问题和预测成果为原则进行编写。其内容一般应包括:概况、工作和研究程度、地质背景、成矿规律与成矿预测、对地质工作部署建议等部分。

概况部分应简要说明任务、工作范围及其划定的依据、地质工作简史、研究程度、已取得的成果,对边远交通不便的地区应说明自然经济地理情况。

成矿规律与预测部分是报告的重点,应说明:①区域地质,地质建造,地球物理和地球化学等特征;②已知典型矿床的控矿因素,成矿规律,矿床成矿模式,进一步找矿的可能性,成矿区(带)的划分及预测地区,资源量预测方法选择及预测结果。46.科学找矿的定义是什么?

找矿又称矿产普查,是指在一定的地区内为寻找和评价国民经济需要的矿产而进行的地质调查研究工作。所谓科学找矿则是以现代成矿理论做指导、以地质为基础并采用各种先进的科学技术方法的矿产普查工作。

科学找矿的具体内容可以概括为理论找矿、综合找矿、立体找矿、定量找矿和智能找矿五个方面。47.综合找矿包括哪些内容?

综合找矿有多重涵义,包括综合手段、综合信息和综合矿种。根据地质环境和找矿对象的不同,以及找矿范围和比例尺的不同,可以采用各种不同的合理综合找矿模式。例如:①地质—地球物理法;②地质—地球化学法;③地质—地球化学—地球物理法;④地质—地球物理—地球化学—遥感法;⑤地质—物探—化探—遥感—数学地质法。48.控矿因素都有哪些?

一般是指控制矿床形成和分布的各种地质因素,如构造、岩浆活动、地层、岩相、古地理、区域地球化学因素,变质因素,岩性、古水文、风化因素等。一个矿床的形成往往是多种控矿因素共同作用的结果,但针对具体的某一类矿床,则控矿因素对成矿的贡献是有主次之分的。49.找矿标志都有哪些?

是指能够直接和间接地指示矿床存在或可能存在的一切现象和线索。找矿标志按其与矿化的联系一般可分为直接找矿标志和间接找矿标志。前者如矿体露头、铁帽、矿砾、有用矿物重砂、采矿遗迹、煤层露头、煤屑、煤泥、煤华、油苗、气苗、地蜡、地沥青、石沥青、碳沥青;后者如蚀变围岩、特殊颜色的岩石、特殊地形、特殊植物、特殊地名、地球物理异常等。50.什么是成矿规律?

是指矿床形成和分布的时间、空间、物质来源及共生关系诸方面的高度概括和总结。成矿规律既是进行成矿分析的向导(基础),又是成矿分析的结晶,它对预测找矿工作具有重要的指导作用。51.什么是矿床谱系?

矿床谱系是成矿规律在时间、空间和成因演化上的具体体现,是矿床在时间、空间和成因上的有规律的系列,在找矿过程中,注意建立不同的矿床谱系对找矿具有预测和指导意义。52.矿床时间分布规律有哪些?

矿床在时间上的分布是不均匀的,某些矿种或矿床常在某一地区的某一地质时代内集中出现。例如:世界上70%的金矿、62%的镍和钴、60%以上的铁矿形成于前寒武纪,80%的钨矿形成于中生代,85%以上的钼矿形成于中、新生代,50%的锡矿形成于中生代末,40%以上的铜矿形成于新生代等。53.地壳成矿演化的特点有哪些?

概括地讲,有以下四个方面:①成矿的多旋回(多阶段)性;②成矿的继承性;③成矿的长期性;④成矿的方向性。54.矿床的空间分布规律有哪些?

矿床的空间分布规律可分为三个大类,即矿床的丛聚性分布、矿床的带状分布和矿床的等距性分布。

矿床的丛聚性分布又可分为两类,分别是矿化集中区和成矿区域。矿床的带状分布也可分为4类:①全球成矿带;②区域分带;③矿区分带;④矿体分带。55.什么是矿床共生规律?

矿床共生是指不同矿种或不同类型的矿床在空间上集中在一起产出的自然现象。大量的勘查实践揭示,矿床共生是一种普遍现象。研究和总结矿床共生规律,对于综合找矿、综合评价和综合利用都有重要指导意义。56.什么是矿床共生机理?

基础在矿物共生和元素共生。关于造成矿床共生的原因,大体上是由于:①元素的地球化学性质相近或相似;②一定的物理化学平衡因素起重要作用,促使相近的元素可以同时晶出,可以类质同象置换,也可以形成固溶体;③矿质来源、围岩岩性及成矿作用的综合影响;④叠加矿化作用,包括同生作用和后生作用的重叠矿化。后两者对区域矿床共生而言,比较重要。57.什么是矿床共生组合?

根据矿种组合和矿床成因类型把矿床共生组合分为四类:①单矿种同类型矿床组合;②单矿种不同类型矿床组合;③多矿种同种类型矿床组合;④多矿种不同类型矿床共生组合。58.找矿技术方法有哪些?

找矿技术方法是泛指为了寻找矿产所采用的工作措施和技术手段的总称。找矿技术方法实施的首要目的是获取矿化信息,并通过对矿化信息的评价研究最终发现欲找寻的矿产。

找矿技术方法按其原理可分为地质方法、地球化学方法、地球物理方法、遥感方法、工程技术方法五大类。各类方法对地质体从不同的侧面进行研究,提取矿产可能存在的有关信息,并相互验证,以提高矿产的发现概率。59.什么是找矿技术方法的综合应用?

从以上各种找矿方法的简单介绍中可以看出,各种找矿方法各有其自己的具体研究对象及应用前提,各有所长及不足,多数方法只能从某一方面去研究地质体的特征,从某一方面反映找矿信息。如物探是研究地质体的某种物性异常,化探是研究成矿元素的地球化学分散晕等,但矿床则是各种特征密切联系的统一整体,只有合理地选择、综合运用不同的找矿方法,使其相互补充、验证,才能去粗取精、去伪存真,全面客观地认识各种地质现象,更有效地寻找和评价矿床。60.找矿方法怎样选择?

一般来说,找矿方法的选择搭配应从以下3个方面进行考虑:①勘查工作阶段及任务;②研究区地质条件和矿产特征;③研究区内自然条件。61.找矿的基本图件有哪些?

1)与找矿模型相匹配的矿床成矿模式图;

2)代表矿床(体)不同埋深赋存地质环境的综合剖面图(包括物探、化探资料);

3)典型剖面的物性分层图和综合平面图;

4)找矿模型图。62.如何进行矿床(田)地球物理场特征描述?

1)勘查目标物和目的物的地质特征(若与成矿模式重复可以不描述);

2)矿床(田)内岩石物性参数的分级(一般据物性参数分高、中、低、甚低等);

3)物理场及物探异常特征(强度及形态等);

4)干扰因素及其影响;

5)与成矿有密切关系的岩石在覆盖条件下呈现的地球物理场解释和推断(对其产状)。63.如何进行矿床(田)地球化学场特征描述?

1)成矿元素和指示元素种类;

2)化探原生晕或次生晕的组合关系及其元素分带性;

3)矿床(体)的头晕、矿体晕和尾晕元素的种类、组合及空间变化特征;

4)同类矿体(床)在同埋深条件下成矿元素或指示元素的分布特征及其变化规律;

5)同类矿床的地化元素在覆盖和出露条件下的推断解释;

6)化探数据中包含的干扰成分。64.什么是找矿靶区优选?

找矿靶区优选是在找矿靶区(找矿远景区、找矿有利地段)已圈定的前提下,应用经验的、数学的或计算机方法,据相对的成矿可能性大小(成矿有利度),结合经济、地理、交通、市场供需关系等诸方面因素的综合比较,对找矿靶区所进行的评价和优劣排序,即找矿靶区的分级。找矿靶区一般分为A、B、C三级。65.什么是找矿目标定位?

找矿目标定位或称之找矿对象的确定,是在找矿靶区优选的基础上,对优选出的A级靶区(高级别靶区)经靶区查证及有关的地质研究工作,最终确定值得展开进一步找矿工作的具体地段及具体对象(寻找的矿种、矿床类型等)的评价工作。66.可行性论证包括哪些内容?

可行性论证或称可行性研究,是西方国家在第二次世界大战以后发展起来的一种分析、评价各种建设方案和生产经营决策的科学方法。它通过对欲上项目建成后或实施后可能取得的技术经济效果进行预测,从而提出该项目是否值得投资和怎样进行建设的意见,为项目决策提供可靠的依据。

可行性论证贯穿于矿产勘查与开发的各个不同阶段。可行性论证据其目的、任务及与地勘工作阶段的对应性分为概略研究(普查阶段)、预可行性研究(详查阶段)和可行性研究(勘探阶段)。67.矿床(区)地质特征有哪些?

研究矿床地质特征首要的是研究与查明矿体各参数的变化规律,预测矿体变化性、矿床可能储量、质量、矿体形态及开采条件变化的地质依据,这是指导勘探施工、影响矿山建设和生产的重要因素。在矿床勘探过程中,对矿区的地层、岩石、构造和岩浆岩等特征要详加研究。对破坏矿体、划分井区范围及确定开拓井巷有影响的较大断层、破碎带,要用探矿工程实际控制其产状和断距;对较小的断层、破碎带应根据地表实测,结合地下探矿工程的资料,着重研究其分布范围和规律。68.矿体的外部形态特征是什么?

矿体的外部形态是由矿体在矿床三维空间上的延展情况、赋存位置、构形特征及其形状、厚度、产状变化特点等要素构成的,是影响矿床勘探难易程度的主要因素,也是确定矿山开拓方案和选择开采方法的重要依据。在地质勘探期间,尤应对主矿体总的形态和空间位置进行详细的勘探和研究,并在控矿条件研究的基础上,注意查明矿体外部形态的变化规律。矿体尖灭、转折和构造破坏等处应加密工程,用以指导矿体的正确圈定和连接,为开拓方案设计提供较为准确的地质资料。69.矿体内部结构特征有哪些?

是指矿体边界范围内矿石的自然类型、工业类型、工业和非矿夹石的种类、形态、空间分布特征及其相互关系。它反映了矿体内部物质成分的宏观组合形式及其变化特点,是评价矿床工业利用价值和采矿方法的重要质量指标,也是正确确定矿山产品方案与矿石选冶工艺流程的主要依据。在勘探期间,必须根据矿山建设与生产的需要和可能,对它们进行必要的勘探和研究,并分别进行圈定与计算储量。70.勘探工作程序怎样划分?

勘探工作顺序包括以下4个方面:①勘探基地的确定;②勘探计划与设计的编制;③勘探施工与管理;④勘探报告的编写。71.勘探计划如何编制?

勘探计划是勘探工作正式开展以前预先拟定的具体内容和步骤。它是勘查公司圆满完成矿床勘探任务的战略决策,是领导者综合平衡人力、物力、财力与时间的总体安排,是项目设计的基础与原则的要求。勘探计划的编制一般要经过以下工作阶段:①收集已有资料并批判地接受与继承;②野外初步地质调查;③室内综合分析与研究;④制订具体勘探计划;⑤编制勘探计划任务说明书。72.矿区勘探总体设计书包括哪些内容?

矿区勘探总体设计书的内容一般包括:①区域自然经济与地理概况;②区域及矿区地质特征;③矿区勘探工程的总体布置方式及工程间距;④采用的主要勘探手段与工作量;⑤预计勘探投资费用;⑥预期储量及各级储量的年增长计划;⑦提交勘探报告的性质及期限等;⑧附有地形地质图、勘查研究程度图、勘探工程总体布置图、主要矿体勘探设计剖面图;⑨有关勘探设计工程和施工顺序、成本核算表格等。73.勘探阶段怎样划分?

矿产勘查与矿产开发可泛称为矿业系统工程。矿产勘查既是矿产开发的先行基础,又贯穿于矿产开发的始终。这是遵循循序渐进原则、分阶段进行的地质调查研究过程。大体上可根据其时间顺序、任务、性质、风险(地质、技术、经济)或建矿可行性研究程度等的不同,人为将矿产勘查划分为不同的5个矿产地质工作阶段:①区域矿产地质调查;②普查;③详查;④矿床勘探;⑤矿山地质工作阶段。74.矿床勘探类型如何确定?

根据矿床地质特点,尤其按矿体主要地质特征及其变化的复杂程度对勘探工作难易程度的影响,将相似特点的矿床加以归并而划分的类型,称为矿床勘探类型。

在划分勘探类型和确定工程间距时,遵循以最少的投入获得最大效益,从实际出发,突出重点抓主要矛盾,以主矿体为主的原则。因此应依据矿体规模、主要矿体形态及内部结构、矿床构造影响程度、主矿体厚度稳定程度和有用组分分布均匀程度等5个主要地质因素来确定。75.矿床勘探类型划分的依据是什么?(1)按矿体规模划分

矿体规模分为大、中、小三类。(2)按矿体形态复杂程度划分

矿体形态分为简单、较简单、复杂三类。(3)按构造影响程度划分

分为小、中、大三类。(4)按矿体厚度稳定程度划分

矿体厚度稳定程度大致分为稳定、较稳定和不稳定三种。(5)按有用组分分布均匀程度划分

可根据主元素品位变化系数划分为均匀、较均匀、不均匀三种。76.什么叫勘探精度?

勘探精度,简言之,是指通过矿床勘探工作所获得的资料(如矿床地质构造,矿体形态、产状、厚度、品位、储量等)与实际(真实)情况相比的差异程度。差异越大,即误差越大,则精度越低;反之,则勘探精度越高。77.矿体取样如何进行?

矿体取样是指从矿体或近矿围岩采集一部分有代表性的样品,经过加工处理,用以进行各种分析、测试、鉴定与试验,研究确定矿产质量、物化性质及开采加工技术条件的专门性工作。

严格地讲,此为材料(样品)取样。随着现代测试技术的发展,不必采集样品而在现场测定矿石质量的非材料取样方法有着广阔的应用前景。

材料取样中,根据具体采样位置不同可分为自然露头、钻探工程、坑探工程及矿石堆、矿车取样等。根据矿种不同、用处不同,则各类样品的采集和加工方法等也往往不同;根据取样目的任务不同可分为化学取样、岩矿鉴定取样、加工技术取样和开采技术取样等。

取样的一般程序是:样品的采集→加工处理→化学分析、测试鉴定、试验等→结果的检查与评定。78.矿石类型划分的标志有哪些?

1)矿石的致密程度,可分为致密的、不致密的、疏松的矿石。

2)矿石中有用组分的种类,如多金属矿石可分为铅矿石、铅锌矿石、锌矿石等,对具体矿石应具体划分。

3)矿石中有用组分的含量可分为贫矿石、中等矿石、富矿石。

4)矿石的结构构造,如块状矿石、浸染状矿石、角砾状矿石等。

5)矿石的氧化程度,如硫化物矿床中的氧化矿石、混合矿石、硫化矿石。79.矿体空间位态怎样确定?

矿体空间位态是指矿体产状和埋藏状况。(1)矿体产状

一般常以其总体走向、倾向、倾角三要素表示,故其实质往往是具有代表性的平均值;而要反映矿体产状在局部地段的细节变化,则必须进行详细的加密测量。对于一向延长和某些二向延长矿体,当延伸方向与倾向不一致时,还必须考虑矿体的侧伏方向及倾伏角大小,以便准确确定矿体空间位置和正确有效地布置勘探工程。(2)矿体埋藏状况

矿体埋藏深度分为出露的、隐伏的或深埋的等;矿体与其他地质体(如围岩)的关系,即同生或后生、包裹或并列、界限渐变或截然、整合或非整合等;与地质构造的关系,包括与断裂、褶皱、层理、片理等构造的空间位置关系;矿体间的空间关系,如排列形式有平行、侧列、尖灭再现,间距有大小或各种交叉、复合等等。80.勘探剖面图件的资料包括哪些内容?

勘探线剖面图和中段地质平面图是最基本的两种勘探剖面(断面)图件。按其编制时依据资料的真实程度和作用可分为设计(预测)勘探剖面图和实际勘探剖面图。其基本内容可归纳为如下四类:(1)控制性测量内容

包括坐标线、网,控制点及地质测点、地形地物等。(2)地质构造内容

地层、岩性、岩体、岩相界线、各类构造线及其产状;矿体、夹石,矿石类型、品级边界及其分布等。(3)勘探工作及工程

包括勘探线、基线、探(采)矿工程、采样工程位置、编号及测试结果等。(4)专门性内容

指某些专门用途需要的特殊内容。储量计算用的有关参数内容,数学特征分析的等值线,水文地质、工程地质研究所用的某些专门测试项目内容。其他规定内容:如图例、比例尺、责任表等。81.矿产储量如何定义?

矿产储量,简称储量,一般是指具有一定地质研究与控制程度的已查明的矿产资源。

在实际工作中,矿产储量多以质量单位(t、kg),少数以体积单3位(m)表示其数量。其中有色金属又多以吨表示;贵金属矿床以千克表示,多要求分别计算矿石和金属储量;黑色金属(如铁)和某些非金属矿产如煤、磷灰石、耐火黏土等则只要求计算矿石储量;某些有色金属、稀有金属和特种非金属矿产有时需计算有用组分或有用矿物储量。所以,一般金属矿产储量是矿体体积与矿石质量(如类型、体重、品位)的函数,即其间存在着内在的辨证联系。82.什么叫可利用储量?

可利用储量,又称表内储量,是指符合当前的工业技术经济条件和相关法规、政策,可以被工业开采利用的矿产储量。它是矿床勘探中所要探明的主要储量,只是未扣除设计与开采损失的地质储量或称为原地储量。83.什么叫暂不可利用储量?

暂不可利用储量,又称表外储量,或尚难利用储量,是指不符合当前的工业技术经济条件和相关法规、政策,暂时不能被经济开采利用的矿产储量。84.什么叫可采储量?

可采储量,或称开采储量,是指能利用储量中扣除开采设计损失的那部分储量后,可以实际经济开采利用的那部分储量。它是矿床开发勘探中为采掘计划编制所提供的高级别储量依据,也应该是地质勘探阶段所探明的、为所拟定的采矿方式、方法提供的最主要储量。85.储量的可靠程度(地质可信度)如何确定?

主要是指储量的工程控制和地质研究程度所决定的储量精确程度,或称为地质保证程度,应以储量的误差大小来表示其可靠程度或衡量其精度。86.资源量如何定义?

指所有查明与潜在(预测)的矿产资源中,具有一定可行性研究程度,但经济意义仍不能确定或属次边际经济的原地矿产资源量。可分为三部分:①内蕴经济资源量;②次边际经济资源量;③可行预测资源量。87.什么是基础储量?

经过详查或勘探,地质可靠程度达到控制的和探明的矿产资源,在进行了预可行性或可行性研究后,经济意义属于经济的或边际经济的,也就是在生产期内,每年的平均内部收益率在0以上的那部分矿产资源。基础储量又可分为两部分:经济基础储量和边际经济基础储量。88.储量的概念是什么?

经过详查或勘探,地质可靠程度达到了控制或探明的矿产资源,在进行了预可行性研究或可行性研究,扣除了设计和采矿损失,能实际采出的数量,经济上表现为在生产期内每年平均的内部收益率高于国家或行业的基准收益率。储量是基础储量中的经济可采部分。

根据矿产勘查阶段和可行性评价阶段的不同,储量又可分为可采储量(111)、预可采储量(121)预可采储量(122)三个类型。89.如何进行储量计算?

1)确定矿床工业指标。

2)圈定矿体边界或划分资源/储量计算块段。

3)根据选择的计算方法,测算求得相应的资源储量计算参数:矿体(或矿段)面积S,平均厚度M,矿石平均体重D,平均品位C,等等。

4)计算矿体或矿块的体积V和矿石资源量/储量Q:Q=VD

或金属量P:P=QC

5)统计计算各矿体或块段的资源量/储量之和,即得矿床的总资源量/储量。90.原生金属矿床的最低工业指标(品位、吨位)是多少?

原生金属矿床的最低工业指标见下表:91.固体矿产资源/储量分类情况如何?

固体矿产资源/储量分类情况见下表:续表92.国外矿产勘查阶段是怎样划分的?

在联合国1997年推荐的矿产资源量/储量分类框架中,勘查阶段划分为:①预查(reconnaissance);②普查(prospecting);③一般勘探(general exploration);④详细勘探(detailed exploration)。世界各国的矿产勘查总的说来也都相应地大致遵循这几个阶段。93.我国矿产勘查阶段是怎样划分的?

1999年,我国首次颁布了《固体矿产资源/储量分类》国家标准(GB/T17766-1999),其中把矿产勘查阶段划分为预查、普查、详查、勘探4个阶段,与联合国1997年的分类框架完全一致。(1)预查

依据区域地质和(或)物化探异常研究结果、初步野外观测、极少量工程验证结果、与地质特征相似的已知矿床类比、预测,提出可供普查的矿化潜力较大地区。有足够依据时可估算出预测的资源量,属于潜在矿产资源。(2)普查

是对可供普查的矿化潜力较大地区、物化探异常区,采用露头检查、地质填图、数量有限的取样工程及物化探方法,大致查明普查区内地质、构造概况;大致掌握矿体(层)的形态、产状、质量特征;大致了解矿床开采技术条件;矿产的加工选冶性能已进行了类比研究。最终应提出是否有进一步详查的价值,或圈定出详查区范围。(3)详查

是对普查圈出的详查区通过大比例尺地质填图及各种勘查方法和手段,比普查阶段密的系统取样,基本查明地质、构造、主要矿体形态、产状、大小和矿石质量,基本确定矿体的连续性,基本查明矿床开采技术条件,对矿石的加工选冶性能进行类比或实验室流程试验研究,作出是否具有工业价值的评价。必要时,圈出勘探范围,并可供预可行性研究、矿山总体规划和作矿山项目建议书使用。对直接提供开发利用的矿区,其加工选冶性能试验程度,应达到可供矿山建设设计的要求。(4)勘探

是对已知具有工业价值的矿床或经详查圈出的勘探区,通过加密各种采样工程,其间距足以肯定矿体(层)的连续性,详细查明矿床地质特征,确定矿体的形态、产状、大小、空间位置和矿石质量特征,详细查明矿床开采技术条件,对矿产的加工选冶性能进行实验室流程试验或实验室扩大连续试验,必要时应进行半工业试验,为可行性研究或矿山建设设计提供依据。94.对区域矿产资源如何进行远景评价?

区域矿产资源远景评价是指对工作程度较低地区,在系统收集和综合分析已有资料基础上进行的野外踏勘、地球物理勘查、地球化学勘查、三级异常查证,圈定可供进一步工作的成矿远景区的预查工作,条件具备时,估算经济意义未定的预测资源量(3342)。其工作内容包括:

1)全面收集预查区内各类地质资料,编制综合性基础图件。

2)全面开展区域地质踏勘工作,测制区域性地质构造剖面,实地了解成矿地质条件。

3)全面开展区域矿产踏勘工作,实地了解矿化特征,并开展区域类比工作。

4)择优开展物探、化探异常三级查证工作。

5)运用GIS技术开展综合研究工作,对区域矿产资源远景进行预测和总体评估,圈定成矿远景区。

6)条件具备时对矿化地段估算3342资源量。

7)编制区域和矿化地段的各类图件。95.如何进行成矿远景区矿产资源评价?

成矿远景区矿产资源评价是指对工作程度具有一定基础的地区或工作程度较高地区,运用新理论、新思路、新方法,在系统收集和综合分析已有资料的基础上,对成矿远景区所进行的野外地质调查、地球物理和地球化学勘查、三级至二级异常查证、重点地段的工程揭露,圈出可供普查的矿化潜力较大地区的预查工作。条件具备时,估算经济意义未定的预测资源量(3341)。其工作内容包括:

1)全面收集成矿远景区内的各类资料,开展预测工作,初步提出成矿远景地段。

2)全面开展野外踏勘工作,实际调查已知矿点、矿化线索,蚀变带以及物探、化探异常区,了解矿化特征,成矿地质背景,进行分析对比,并对成矿远景区资源潜力进行总体评价。

3)在全面开展野外踏勘工作的基础上,择优对物探、化探异常进行三级至二级查证工作,择优对矿化线索开展探矿工程揭露。

4)提出成矿远景区资源潜力的总体评价结论。

5)提出新发现的矿产地或可供普查的矿产地。

6)估算矿产地3341和3342预测资源量。

7)编制远景区及矿产地各类图件。96.矿石品位如何定义?

矿石品位是指矿石中有用成分含量的多少,金属矿物一般用金属的质量分数表示。少数金属以其氧化物的质量分数表示,如铬矿石以CrO含量、钨矿石以WO含量表示。贵金属矿石用g/t表示,即百万233分之几。非金属矿石情况各有不同,除以有用组分质量分数表示以外,33还用一定体积内所含有用物质质量表示,如kg/m,mg/m等。矿石品位是衡量矿石品质的最重要依据。根据矿石品位的高低,可以分出贫矿和富矿。97.地质矿产勘查标准有多少种?

我国地质矿产勘查标准化工作始于20世纪50年代,按照统一和协调的原则,分别由各部门制定了一系列关于地质矿产勘查的标准和规范规程,初步统计已达上百种,其中固体矿产勘查规范已达45种,涉及84个矿种,形成了一个独立的体系,并且已进入了国家的标准化管理体系。大部分的这些标准都可以在中国地质调查局、中国矿业网,以及中国矿业联合会地质矿产勘查分会等相关网站上查询。98.怎样进行矿床经济评价?

矿床经济评价的基本方法有两种,即不计时评价法和计时评价法,通常用不计时评价法。

不计时评价法(总利润原理)一般采用以下基本公式计算总利润:总利润=1t矿石的利润×可采矿石储量(t),1t矿石的利润=1t矿石的提取价值-1t矿石地质勘探费偿还额-1t矿石的开采成本,1t矿石的提取价值=矿产品价格×矿石平均品位×回采率×选矿回收率。99.矿区矿产资源储量规模划分标准是怎样的?

矿区矿产资源储量规模划分标准见下表:100.地质年代表包括哪些内容?

地质年代表包括内容见下表:

二、煤炭煤层气知识100问

1.什么是煤?

煤(coal)是地质时期植物遗体经过生物化学作用和物理化学作用而转变成的沉积有机矿产,是多种高分子化合物和矿物质组成的混合物。煤主要由碳、氢、氧、氮、硫和磷等元素组成,碳、氢、氧三者总和约占有机质的95%以上,是非常重要的能源,也是冶金、化学工业的重要原料,有褐煤、长焰煤、气煤、肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤和无烟煤这几种分类。2.什么是煤层气?

煤层气作为具有特定含义的专业术语已被广泛认可。煤层气是以甲烷(CH)为主要成分的可燃气体,以吸附状态赋存在沉积盆地的4煤层之中,利用现代探采技术可以将煤层中的气体排采、储集和利用。煤层气是一种洁净的气态燃料和化工原料。煤层气的开发利用可以减少煤矿开采中的灾害,可以减少甲烷向大气中排放的温室效应所造成的环境污染,是可以变害为宝的新型能源矿种。3.煤炭资源的分布及其特点如何?

煤炭是地球上蕴藏量最丰富、分布地域最广的化石燃料。世界煤炭资源非常丰富,煤炭是世界储量最丰富的化石燃料。目前,世界煤4炭可采资源量达4.84×10亿t标准煤,按目前的煤炭消费水平计算,可供开采200多年。世界各地的煤炭资源分布并不平衡,煤炭主要集中在北半球,世界煤炭资源的70%分布在北半球北纬30°~70°之间。其中,以亚洲和北美洲最为丰富,分别占全球地质储量的58%和30%,欧洲仅占8%;南极洲数量很少。世界煤炭可采储量的60%集中在美国(25%)、前苏联(23%)和中国(12%),此外,澳大利亚、印度、德国和南非4个国家共占29%。2007年,上述7国的煤炭产量占世界总产量的80%。4.我国及世界是何时开始使用煤的?

煤为不可再生的资源。煤是古代植物埋藏在地下,经历了复杂的生物化学和物理化学变化,逐渐形成的固体可燃性矿产——一种固体可燃有机岩,主要由植物遗体经生物化学作用,埋藏后再经地质作用转变而成,俗称煤炭。中国是世界上最早利用煤的国家,辽宁省新乐古文化遗址中,就发现有煤制工艺品,河南巩义市也发现有西汉时用煤饼炼铁的遗址。《山海经》中称煤为石涅,魏、晋时称煤为石墨或石炭。明代李时珍的《本草纲目》首次使用煤这一名称。希腊和古罗马也是用煤较早的国家,希腊学者泰奥弗拉斯托斯在公元前约300年著有《石史》,其中记载有煤的性质和产地;古罗马大约在2000年前已开始用煤加热。5.煤形成的主要年代有哪些?

在整个地质年代中,全球范围内有三个大的成煤期:

1)古生代的石炭纪和二叠纪,成煤植物主要是孢子植物。主要煤种为烟煤和无烟煤。

2)中生代的侏罗纪和白垩纪,成煤植物主要是裸子植物。主要煤种为褐煤和烟煤。

3)新生代的第三纪,成煤植物主要是被子植物。主要煤种为褐煤,其次为泥炭,也有部分年轻烟煤。6.我国的主要煤炭基地和煤城有哪些?(1)煤炭基地

①大同基地;②神府基地;③太原基地;④晋东南基地;⑤陕西基地;⑥河南基地;⑦兖州基地;⑧两淮基地;⑨贵州基地;⑩黑龙江东部基地。(2)主要煤城

河北省的开滦、峰峰,山西省的大同、阳泉、西山,辽宁省的阜新,黑龙江省的鸡西、鹤岗,江苏省的徐州,安徽省的淮北、淮南,河南省的平顶山,山东的兖州。7.国外煤层气开发和利用状况怎样?3

世界煤层气资源量260万亿m,90%的煤层气资源分布在12个主要产煤国,其中俄罗斯、加拿大、中国、美国和澳大利亚的煤层气资3源量均超过10万亿m。世界范围内,美国、加拿大、澳大利亚、中国、印度、欧盟等国家的煤层气勘探开发活动最活跃。美国是世界上煤层气商业化开发最早取得成功的国家,也是迄今为止煤层气产量最高的国家,加拿大是目前煤层气商业化开发速度最快的国家,澳大利亚和中国的煤层气产业方兴未艾。8.我国煤层气资源怎样?

我国煤层气资源丰富,资源量巨大。据国土资源部2005年最新一轮全国煤层气资源评价成果,全国煤层埋藏深度2000m以浅的煤层33气总资源量为36.81万亿m,其中可采资源量为10.87万亿m。

我国煤层气资源勘探起步于20世纪90年代,受美国煤层气产业发展的启示,我国在一些重点煤矿区进行了煤层气资源勘探和地面开发试验,并获得一定的工业性煤层气产量和煤层气地质、工程、生产参数,为开展全国煤层气资源评价奠定了基础。9.我国煤层气利用现状如何?“九五”期间,山西省沁水盆地南部高阶煤地区煤层气勘探取得了重大突破,发现了大型沁水煤层气田;“十五”、“十一五”中联公司和中国石油勘探开发公司通过地震勘探、钻井、排采生产和计算模3拟,在沁水盆地南部共获得煤层气探明地质储量754.4亿m,可采储3量394.5亿m;煤矿企业在阳泉矿区和铁法矿区,通过井下抽采试验,33获取煤层气探明储量268.6亿m,可采储量75.1亿m。至2008年年底33我国煤层气探明地质储量1610亿m,可采储量760亿m。使我国煤层气产业的商业性开发具备了基础条件。10.什么是沉积有机质?

沉积岩或沉积物中的有机质统称为沉积有机质,是形成化石能源矿产的物质基础。沉积有机质本身具有生物学、化学和岩石学的三重属性,因此,了解生物组成及其基本化学特征,是进一步研究沉积有机质形成、转化过程及在地壳中聚集分布规律的必备基础。11.沉积有机质有哪些主要来源?

沉积有机质来源于活的有机体及其新陈代谢产物,包括煤、沥青等聚集有机质以及泥岩、灰岩等中的分散有机质。有机体死亡后遭受降解,一部分降解产物通过生物作用进行再循环,一部分通过某些物理化学作用被转化为简单分子逸入大气或水体,另一部分与分解后的生物残体一道,随同矿物质混入沉积物被埋藏下来,形成了所谓的沉积有机质。生物质的原始物质组成以及生物质向沉积有机质转化中的种种物理化学过程,对沉积有机质性质和分布起到了至关重要的控制作用。12.沉积有机质的聚集条件是什么?

沉积有机质的聚集受控于多种地质边界条件,一是要有足够生物量的供给,二为存在生物聚合物向沉积聚合物转化提供环境条件,三是要保证沉积有机质不被无机沉积物过分“稀释”而相对集中,四是能使沉积有机质形成后得以妥善保存,且在一定地质历史中不被再次破坏。只有这些地质边界条件得到满足,沉积有机质才能聚集起来。地质条件的不同或变化,决定了沉积有机质在地壳中的分布状况。13.沉积有机质的分布状况如何?

地壳中碳物质的赋存形式具有多样性,例如沉积有机碳、生物有机碳、碳酸盐碳、大气碳、水中溶解碳、元素碳等。沉积有机碳只占6所有碳物质的很小一部分,总量约为1.3×10t,并以不溶有机碳为主。其中:不溶沉积有机碳所占比例接近总量的96%,可溶有机碳不到4%;黏土岩和页岩中沉积有机碳占71%,碳酸盐岩中为14%,煤层中小于0.2%。据估计,每年生物原始有机碳的生产量在海洋中为66(1.5~7.0)×10t,在陆地为(1.4~7.8)×10t,其中只有0.01%~10%可避免生物循环或地面变化而进入沉积物。14.沉积有机质演化的地质因素——受热温度有何意义?

沉积有机质在地下的受热温度为地壳某一深度处地热场的温度。地热场的两个要素为地温梯度和岩石热导率,温度由大地热流造成。地温梯度为单位深度条件下地温的变化幅度,一般用℃/100m表示。地温梯度与岩石热导率之间的乘积即大地热流值,用大地热流单位2(HFU)或mW/m表示。地温梯度乘以埋藏深度再加上地表浅处恒温带温度,就是沉积有机质在地下所受的地热场温度。15.沉积有机质演化的地质因素——受热时间有何意义?

沉积有机质形成距今的时间不等于其演化时限。广义而言,演化时限系指沉积有机质在地质历史中达到最高受热温度之前经受不断增温的持续时间。狭义上来讲,演化时限是在某一温度段下演化发生进展的时间,为有效受热时间。时间与温度同为沉积有机质演化的重要因素,演化程度与它们之间互呈函数关系,目前世界上已为此建立了多种数学模型或图解模型。16.沉积有机质演化的地质因素——演化压力有何意义?

沉积有机质演化过程中的压力效应是客观存在的,起因于静压力和动压力两种类型。静压力是由上覆岩柱的重力所引起,动压力分别起源于构造挤压应力和构造剪切应力。不同来源的压力或应力,对沉积有机质演化的作用效果有所差异。17.沉积有机质演化类型有哪些?

沉积有机质演化类型是根据地质因素的不同或影响程度,对演化成因所做的划分,对煤而言称为煤化作用类型,对烃源岩则可叫做有机质成熟作用类型。一般而言,依据主要热源和古地热场类型的不同,划分出深成热演化作用、岩浆热演化作用、动力演化作用、燃烧热演化作用、热液热演化作用等类型。18.什么是沉积有机质的深成演化作用?

深成演化作用是在正常地热场条件下、埋藏深度不断加大的过程中进行的,故也成为深埋热演化作用或正常热演化作用。地热场的热源来自地壳深部放射性元素蜕变热,热场的影响范围较大,故常常被称为区域热演化作用。严格来说,所有其他类型的地热场都是在正常地热场背景上的叠加,因此沉积有机质的演化不可避免地要经历深成演化阶段。换言之,深成演化作用是沉积有机质热演化的一种基本作用类型。19.沉积有机质的区域岩浆热演化作用有何意义?

岩浆热演化作用是在异常高热地热场条件下发生的,岩浆上涌带来的热流与正常地热场背景的叠加,为演化提供了较为强大的热源。根据岩浆侵位与煤系或煤层之间的关系,可区分出区域岩浆热演化作用和岩浆接触热演化作用两种类型。作用类型的不同,导致作用结果出现明显差异。

区域岩浆热演化作用起源于岩浆向地壳浅部侵入,但岩浆体未能进入煤系地层。岩浆体往往规模较大,直径可达几至几千平方公里,热能高,热影响半径大,导致异常高热地热场具有区域性分布的基本特征。这种类型的热演化作用,在沉积有机质的等演化带展布、岩石学和地球化学以及围岩等方面均有明确显示。20.沉积有机质的岩浆接触热演化作用有何意义?

岩浆接触热演化作用起源于岩浆与含沉积有机质岩系或有机质的近距离或直接接触。致使接触演化发生的一般是小型的浅成侵入体,如岩脉、岩墙、岩床等,也有大型的岩株岩瘤或岩基出现,岩浆高温的热传导、气水热液以及岩浆期后残余释放热导致沉积有机质发生演化,岩浆侵位时对地层造成的压力也对演化起到了重要推动作用。因此,岩浆接触热演化作用对沉积有机质具有短时高温的作用特征,且影响范围与深成热演化和区域岩浆热演化作用相比,一般较为狭窄。21.能源资源与沉积体系的关系如何?

含有能源资源的沉积岩系是一套在成因上有共生关系并含有油、气、煤层(或煤线)或油页岩等的沉积岩层,常根据所含的不同资源简称为含油、气岩系,煤系或含油页岩系等。这些沉积岩体在一定的构造条件、古气候和古生物条件及沉积古地理环境下,就形成含能源资源的沉积盆地的沉积充填。沉积盆地的沉积古地理环境特征是决定能源聚集的重要条件。22.煤的沉积体系特征有哪些?

在煤系的形成过程中,泥炭堆积以前、堆积同期及其以后的沉积环境,都直接影响煤层的厚度和形态、煤层的侧向分布以及煤岩的组成和煤质特征。成煤的泥炭沼泽形成以前的沉积环境,塑造了煤层聚集的地形、地貌条件,因而影响煤层的厚度变化及形态与分布。与泥炭沼泽同期存在的沉积环境配置,不仅直接影响煤层的形态及分布,而且与泥炭沼泽内部的环境共同控制了煤的组成,即煤岩、煤质的变化。成煤后的沉积环境,将影响泥炭层的保存条件及其后期剥蚀,而且间接影响煤质。23.煤层及其演变特征怎样?

煤层是地壳中由植物遗体转变而成的成层可燃沉积矿产,由有机物质和混入的无机矿物质所组成。煤层是含煤岩系中有机质集中分布的部分,在含煤岩系中常常赋存于一定的层位,煤层与其他共生的岩石类型构成特定的沉积序列。煤层的层位和层数、煤层的顶底板、煤层形态和煤层厚度变化等是制订矿区开发规划和矿井建设的重要依据,也是影响煤矿正常生产过程的重要地质因素。在煤田普查勘探和煤矿生产中,煤层是主要勘探和开采的对象。24.煤层是怎样形成的?

煤层是由泥炭层转化而来的,泥炭沼泽可以发育于各种各样的沉积环境,形成的煤层也可以赋存于各种不同的沉积序列中。泥炭的堆积必须具备下列条件:首先是植物的大量繁殖,这是泥炭的物质来源;其次是沼泽水位的逐步抬升,以避免有机质的氧化分解;再次,在沼泽生存的过程中碎屑沉积物的注入必须是贫乏的,以保证泥炭的质量。

只有当泥炭层堆积界面的增高和沼泽水面的抬升保持均衡,泥炭层才会不断增厚。这种均衡状态一旦遭到破坏,泥炭的堆积过程就随之终止了。25.煤炭的主要分布层位有哪些?

沉积有机碳的地史分布在一定程度上决定了化石能源矿产的层位分布。从全球来看,煤炭资源主要分布于石炭系、二叠系、侏罗系、白垩系和第三系,石油和天然气资源明显集中在侏罗系和白垩系,石油资源在第三系也较丰富,天然气资源在志留系也占较高比例。我国化石能源矿产资源的分布与全球大致相似,但煤炭资源在第三系明显减少,在侏罗系相对集中,绝大部分石油资源分布在第三系、白垩系、侏罗系,天然气资源在奥陶系更为丰富一些。尽管石油天然气存在“新生古储”或“古生新储”的地质现象,但资源量与沉积有机碳之间的大致对应趋势是客观存在的。26.煤炭的地域分布特征怎样?

就地域上来看,世界煤炭资源主要分布在俄罗斯、北美、中国、澳大利亚、印度等国家或地区,石油天然气资源在中东、俄罗斯、北美等地区较为集中。我国已发现的煤炭资源主要赋存于华北、西北,其次为东北、西南,滇藏的资源量很小,预测煤炭资源量主要集中在西北地区。我国石油资源以东北、华北、西北最为丰富,天然气主要分布在西北、西南地区。27.煤的组成情况怎样?

煤不是一种简单的化合物,而是由十分复杂的有机质和无机质组成的混合物。不同地区、不同地质时代的煤,其物质组成差别很大。研究煤的物质组成可以从以下方面进行。(1)研究煤的岩石组成

①宏观方法:主要是利用煤的物理性质不同,如颜色、光泽、硬度、密度等的不同,划分出煤的宏观煤岩成分和宏观煤岩类型。②微观方法:主要是利用显微镜研究煤的岩石组成,常用的方法是把煤磨成薄片,在光学显微镜下观察。可定量确定煤的显微组成、煤化程度。(2)研究煤的化学组成

通过化学的方法,如煤的工业分析、元素分析、煤的化学工艺性质测试等来了解和研究煤的化学组成。(3)其他研究方法

研究煤的物质组成,还有许多新的方法,如核磁共振、红外光谱、气相色谱、X射线光电子能谱等。这些方法在研究煤的分子结构、煤的化学组成和性质等方面起到独特的作用。28.煤的有机显微组分是如何划分的?

煤的有机显微组分可分为三大组,即镜质组、壳质组和惰质组,每组中可根据形态和结构的不同再分出若干显微组分和显微亚组分。29.何为镜质组?

镜质组是煤中最常见的显微组分,其含量约占50%~80%以上。镜质组与壳质组和惰质组相比,氧含量较高,氢含量中等,挥发分中等,碳含量较低,加热时能熔融黏结,具有最好的黏结性,是结焦的主要成分。加氢液化时,镜质组的转化率高。煤化过程中,镜质组可生成少量的油和较多的甲烷气。30.何为壳质组?

壳质组分由于化学性质比较稳定,不易被细菌等微生物破坏、分解,故又称稳定组。壳质组分含大量脂肪族成分,故有人称为类脂组。在三大显微组分中,壳质组的氢含量、挥发分和发热量最高,在热解时,能产出大量的液态烃和气态烃,固态产物少。液化时几乎可全部转为液态产物,煤炼焦时,壳质组分能产生大量的焦油和气体,可改善煤的黏结性。壳质组在油源岩中是生油的组分。31.何为惰质组?

惰质组是煤中常见的显微组分,因其在结焦过程中不软化,呈惰性,故名惰质组,惰质组分的成因有多种。惰质组分的碳含量高,氢含量低,氧含量中等,挥发分低,热解时不具黏结性,煤中惰质组分含量高对炼焦不利。惰质组分不生油,生气的数量也较少。我国西北地区中生代的煤中,惰质组分含量高,华北地区古生代煤中惰质组含量少一些,新生代多数煤中惰质组分含量很少。32.什么是煤的宏观组成?

煤是由植物变化而来,其中含有一些矿物杂质。由高等植物变成的煤称为腐植煤类,由低等植物藻类形成的煤称为腐泥煤。自然界中,腐植煤类占绝大多数,也是工业开采的主要对象,腐泥煤类数量少。(1)腐植煤的宏观煤岩成分

宏观煤岩成分是用肉眼可以区分出的基本组成单位,包括镜煤、丝炭、亮煤和暗煤。镜煤和丝炭是简单的煤岩成分,亮煤和暗煤是复杂的煤岩成分。(2)腐植煤的宏观煤岩类型

宏观煤岩类型可划分为四种,即光亮煤、半亮煤、半暗煤和暗淡煤。宏观煤岩类型的划分是根据煤中光亮成分,即镜煤和亮煤在分层中的含量及其反映出来的总体光泽强度来确定的。33.什么是煤的结构和构造?(1)煤的宏观结构

煤的宏观结构是指宏观煤岩成分的形态、大小所表现的特征。常见煤的宏观结构有下列几种:条带状结构、线理状结构、透镜状结构、均一状结构、粒状结构、叶片状结构、木质状结构、纤维状结构。(2)煤的次生结构

煤的次生结构是指煤层形成后受到构造应力作用而产生各种次生的宏观结构。主要有以下几种:碎裂结构、碎粒结构、糜棱结构。(3)煤的构造

煤的构造是指煤岩成分空间排列和分布所表现出来的特征。它与煤岩成分自身的大小、形态无关,而与成煤物质聚集时的环境有关。煤的原生构造分为层状构造和块状构造。34.煤的化学组成特点是什么?

煤的化学组成可分为有机质和无机质两大部分,有机质主要由C、H、O、N、S等元素组成,是复杂的高分子有机化合物,是煤的主要组成部分。不同的煤,元素组成是不同的。煤中的无机质包括矿物杂质和水分,它降低了煤的利用价值,不同的煤,无机质的数量和性质各不相同。35.煤的物理性质有哪些?

煤的物理性质包括颜色、光泽、反射率、硬度、脆度、密度、表面积、孔隙性、导电性等。煤的物理性质是煤的化学组成和分子结构的外部表现,受到煤岩组成、煤化程度和风化作用的影响。根据煤的物理性质,可以确定煤的煤岩成分、成因类型、煤化阶段,并初步评定煤质。在研究煤的成因、煤的加工利用途径等方面也具有实际意义。36.煤相的概念和分类如何?

关于“煤相”概念,一部分研究者强调环境因素,一部分研究者强调物质因素。Stach等(1975)指出,煤相应为一定的形成环境下所沉积的泥炭物质的表现,是煤的原始成因类型。它通过显微组分和矿物含量及某些结构特征来表示。早期的煤相划分主要依据占优势含量的显微组分以及其他组分与矿物含量,现在国际上流行对由显微组分构成的参数进行计算,实现煤相划分的量化结果,可称为量化参数法。主要利用三个参数即依据凝胶化指数(GI)、植物保存系数(TPI)和镜惰比(V/I),将煤相划分为干燥泥炭沼泽相、森林(覆水)泥炭沼泽相、活水泥炭沼泽相和开阔水体相四个相类型。37.煤岩的岩石力学特征有哪些?

煤岩是带有孔隙和裂缝的双重介质,面割理和端割理发育,因为介质的微观结构与砂岩(孔隙性多孔介质)差异较大,岩石的力学特征参数也与砂岩差异较大。研究中收集大量的前期研究成果,得到了煤岩样品杨氏模量、泊松比、体积压缩系数、孔隙弹性系数以及抗张/抗压强度等力学参数。(1)杨氏模量远远低于砂岩地层,泊松比普遍高于砂岩

煤的杨氏模量在1135~4602MPa之间,大部分在3000MPa左右,较常规砂岩小一个数量级,煤的静态杨氏模量小于动态杨氏模量,与其他岩性规律相同;煤岩的泊松比在0.18~0.42之间,平均为0.33,明显高于常规砂岩。(2)煤的抗张强度较小并随煤阶降低而减弱

煤的抗张强度较小,普遍在0.06~1.66MPa,平均在1.1MPa,明显低于砂岩;抗张强度随煤阶降低而减弱,无烟煤2号平均值为1.73MPa,无烟煤3号平均值为1.15MPa,焦煤平均值仅为0.25MPa。(3)煤的抗压强度低,压缩系数大

煤的抗压强度从28~104MPa,大部分在40~60MPa之间,明显低于砂岩强度;煤的体积系数在0.198~20.710之间;煤的孔隙弹性系数在0.11~0.96之间,变化较大。38.为什么煤岩的裂缝启裂与展布特征之煤层杨氏模量低?

煤岩裂缝的岩石结构特征和力学特征决定了裂缝发育和展布特征。

裂缝宽度大而缝短。岩石中水力压裂裂缝宽度与杨氏模量成反比,由于煤岩杨氏模量较小,由此形成的裂缝宽度较大。由于宽度的增加,在相同的压裂规模条件下,裂缝的长度增加将受到限制。39.为什么煤岩的裂缝启裂与展布特征之裂缝割理发育?

出现多裂缝和裂缝曲折,降低有效缝长。煤层割理发育,如大宁—吉县地区石炭—二叠系煤层内天然裂缝密度大于300条/m。

由于天然裂缝的存在,人工裂缝启裂除受地应力影响外,还受天然裂缝影响。当水平应力差异较小时,裂缝会沿天然垂直于最小主应力方向发展,即水平应力差越大越容易控制裂缝几何形态,人工裂缝几乎不受天然裂缝的影响。

煤岩实验结果证实裂缝型岩石的裂缝扩展方向取决于水平应力和天然裂缝的双重作用结果。分析认为:低围压时,煤岩的天然割理多在开启状况,有很强的渗流能力,而且是介质中强度较弱的地方,所以裂缝会沿天然裂缝的方向发展。高围压时,煤岩的天然割理多在关闭状态,裂缝面之间的结合能力在围压作用下得到加强,相当于裂缝被黏合,水力裂缝的发展向垂直于最小主应力方向接近。40.为什么煤岩的裂缝启裂与展布特征之抗压(张)强度低?

支撑剂潜入严重,裂缝启裂和延伸过程中产生的大量煤粉返排后堆积在裂缝中,实验结果发现,支撑剂在裂缝中潜入严重,程度高于砂岩,对裂缝导流能力伤害严重;由于煤层强度低,嵌入部分的煤多被压成煤粉,对裂缝内流体渗流有阻碍作用,同时使裂缝导流能力进一步下降。压裂后的煤岩裂缝表面极其不规则,裂缝或平行于煤层的割理或垂直穿越割理,裂缝面不光滑,呈阶梯状态。形成裂缝的延伸压力很大,有时会大于破裂压力,一方面是由于压裂形成大量煤粉使流动阻力增加,另一方面是裂缝的不规则性和裂缝面的不光滑增加了流动阻力。41.煤的化学工艺性质如何?

煤的化学工艺性质是指煤在加工利用过程中表现出来的化学工艺特性,包括煤的发热量、煤的黏结性和结焦性、煤的可磨性、煤的热稳定性、煤对二氧化碳的反应性、煤的灰熔点和结渣性、煤的着火点和自燃、煤的可选性等。影响煤化学工艺性质的因素是煤岩成分、煤级、煤的风氧化程度和还原程度,而煤的化学工艺性质则决定了煤的利用方向。42.什么是煤的自燃?

煤炭在堆放、储存过程中会发生自燃,矿井中的煤层也会发生自燃。每年由于煤的自燃,要损失上千万吨宝贵的煤炭资源。煤发生自燃的原因,是煤被空气中的氧气氧化,生成可燃的CO、CH及其他4烷烃物质,煤的氧化又是放热反应,如果氧化产生的气体和热量不能及时散发,在煤堆或煤层中就会越积越多,使煤的温度升高,温度升高会加速煤的氧化,而放出更多的可燃气体和热量,当达到一定温度后,这些可燃气体就会燃烧,因而引起煤的自燃。43.影响煤可选性的因素有哪些?(1)煤中矿物的成分、颗粒大小、数量及分布特点对煤的可选性影响很大

如果矿物呈结核状、团块状,粒度大,尤其是黄铁矿、菱铁矿的密度大,则易选出;如果矿物呈细分散状散布煤中,粒度小,尤其是细分散状黏土矿物,如其泥化性强,易形成悬浊液,则煤难选。(2)煤岩组成也影响煤的可选性

镜煤、亮煤多的煤,一般易选,而暗煤、丝炭多的煤一般较难选。(3)可选性与煤的粒度有关

大粒级煤一般较易选,而小粒级煤较难选,焦煤、瘦煤脆度大,易碎,一般可选性较差。(4)可选性与分选密度有关

采用不同的分选密度,煤的可选性差别很大。考虑分选密度时,既要考虑精煤的回收率,又要考虑精煤灰分的高低,还要考虑可选性的好坏。44.煤是怎样分类的?

煤的分类按目的不同,分类方法也不同。按成煤的原始物质和堆积环境的不同进行分类,称为煤的成因分类,如腐植煤、腐泥煤、腐植腐泥煤等;按煤的化学工业性质和利用途径进行分类,称为煤的工业分类。目前世界各国煤的分类多属工业分类,分类方案差别很大。45.煤的用途及对煤质的要求有哪些?

各国的能源构成不同,消费构成也不同。我国能源以煤为主,约占70%,煤炭的消费构成大体如下:火力发电31%,各种工业锅炉31%,民用20%,炼焦8%,蒸汽机车4%,化工3%,出口3%。不同部门对煤质的要求不同。46.为保证焦炭的质量,对炼焦用煤有哪些要求?

①有较强的结焦性和黏结性;②煤的灰分要低;③煤的硫分要低;④配煤的挥发分要合适;⑤其他指标:要求配煤总水分Mt在7%~10%之间;炼焦配煤的粒度要求小于3mm者占80%以上;配煤的黏结性较差时,可用捣固的办法增加堆密度,减少颗粒间的间隙,改善煤的黏结性。47.什么是气化用煤?

煤直接燃烧效率低,热能利用率仅15%~18%,且污染大气。我国每年燃烧煤炭,排入大气的烟尘量达1200万t,SO达1800万t,占2排入大气污染物总量的60%~80%。全国有几十个城市出现酸雨,近40%的国土受酸雨的污染,酸雨中的酸主要是硫酸(90%),其次为3硝酸和弱酸。大气中含硫0.8mg/m就会使人致病,酸雨使湖泊酸化,鱼藻死亡,农作物枯萎,土壤中养分流失,还破坏金属构件,建筑物、文物古迹、油漆、衣物也受腐蚀。酸雨给国民经济造成巨大损失,它已成为国际上重大的环保问题。用煤生产煤气作为燃料称为煤的气化,是减少对大气和环境污染的办法。48.什么是液化用煤?

煤的液化就是将煤中的有机质转化成液态产物的加工过程。煤炭液化的主要目的是为了获得液体燃料,如汽油、柴油、煤油等,也可将液态产物加工成无灰焦炭,用以制造电极、碳纤维、黏结剂、生产有机化工产品,煤液化的副产品——煤气可作为气体燃料。

煤液化的方法可分三类:即煤直接加氢液化(如高压加氢法,溶剂精炼煤法),煤间接液化(即先将煤气化为水煤气,然后合成液态产物),煤的部分液化(即低温干馏法)。49.什么是制活性炭用煤?

活性炭是一种带有活性的碳制品,具有强吸附作用,活性炭是黑色、无味、无臭的固体,不溶于一般有机溶剂。它具有发达的微孔结2构,具有巨大的比表面积,每克活性炭比表面积可达500~1500m,2最高可达2500m,使活性炭具有很高的吸附能力。活性炭的化学稳定性高,可在很广的酸碱度范围内使用。

活性炭是一种疏水性的吸附剂,能在气体和污水净化中发挥作用。它能从被污染的潮湿空气中吸附SO、NO、CO、HS、氯、汞2222蒸气以及苯、醇、醛、酚、汽油等多种气态烃,多种细菌、病菌、臭气,还能吸附污水中各种化学物质、石油和细菌、病毒等,使水净化至地面水标准。50.工业锅炉的用途与用煤量如何?

锅炉是生产水蒸气和热水的设备,按用途可分为动力锅炉(火力发电厂)、工业锅炉和采暖锅炉、废热锅炉。动力锅炉产生高温、高压过热蒸汽,工业锅炉产生饱和蒸汽或中、低压过热蒸汽,采暖锅炉只产生低压饱和蒸汽和热水。工业锅炉广泛用于化学工业、造纸、印染、纺织等行业。我国工业采暖锅炉有几十万台,年耗煤近4亿t。约占我国煤产量的30%。工业锅炉分三类:层燃炉、悬燃炉、沸腾炉。51.什么是煤层的结构?

煤层包含煤分层和岩石夹层,不含夹石层的成为简单结构煤层;反之,含有夹石层的则成为复杂结构煤层。煤层中的岩石夹层俗称夹矸,夹矸一般为黏土岩、碳质泥页岩或粉砂岩,有时为石灰岩、硅质岩、油页岩、细砂岩或砾岩。如我国广西晚二叠世含煤岩系的煤层中见有灰岩透镜体,富集海相动物化石。一些中、新生代煤盆地的煤层中含有油页岩夹层,个别煤层中还见有厚1m多、长100多m的砾岩透镜体,可能是洪水期的泥石流堆积。52.什么是煤层的顶底板?

在正常地层层序情况下,直接位于煤层之下的岩层,称为煤层底板;而煤层的直接上覆岩层,称为煤层顶板。

煤层底板以泥岩、黏土岩最为常见,通常呈团块状,富含植物根茎化石和不规则滑面,俗称根土岩。根土岩常含有伊利石、蒙脱石、高岭石和其他黏土矿物,尤以高岭石最富集,可形成具有工业价值的耐火黏土矿层。

煤层顶板的岩石类型多种多样,最常见的是泥岩、粉砂岩、砂岩和石灰岩,这主要取决于泥炭沼泽所处的沉积环境。53.什么是煤层中的结核、包体和化石?

煤层中常常含有各种不同矿物成分的结核,亦称煤核。煤核的形态、大小不一,基质成分也各不相同,主要是钙质、黄铁矿质侵入植物(或动物)残体内部而成。

煤核首先发现于英国,随后在美国、前苏联亦有发现。世界上一些石炭纪以海相沉积物为顶板的煤层中,常常含有钙质、白云石质或铁白云石质结核,其中含有大量结构清晰的植物遗体化石。

前苏联学者研究了煤层中的黄铁矿结核,这种结核出现在煤层的一定层段,延续可达几十公里,结核平行层理分布,黄铁矿化有机碎片的细微结构保存完好。除结核和包体外,煤层中还发现动物化石。54.煤层厚度是如何定义的?

煤层厚度是指煤层顶、底板岩层之间的垂直距离。依据煤层结构可将煤层分为总厚度、有益厚度和可采厚度。煤层总厚度是煤层顶、底板之间各煤分层和夹石层厚度的总合;有益厚度是指煤层顶、底板之间各煤分层厚度的总和;可采厚度是指在现代经济条件下适于开采的煤层厚度。按照国家目前有关技术政策,依据煤种、产状、开采方式和不同地区的资源条件所规定的可采厚度的下限标准,称为最低可采厚度。最低可采厚度是煤田地质勘探和煤矿设计、开采的一项重要经济技术指标,达到和超过最低可采厚度的煤层称为可采煤层。煤层的厚度差别很大,薄者仅数厘米,俗称煤线;厚者可达200余m。考虑到开采方法的不同,一般将可采煤层的厚度区分为五级:①极薄煤层,煤厚0.3~0.5m;②薄煤层,煤厚0.5~1.3m;③中厚煤层,煤厚1.3~3.5m;④厚煤层,煤厚3.5~8.0m;⑤大于8m者为巨厚煤层。55.煤层厚度和形态变化及其控制因素有哪些?

煤层形态和煤层厚度多种多样,习惯上根据引起煤厚变化的地质因素区分为原生变化和后生变化两大类。其中,原生变化是指在泥炭堆积过程中,由于各种地质作用而引起的煤层形态和煤层厚度的变化;泥炭层被新的沉积物覆盖以后,由于构造变动、河流冲蚀等后期地质作用所引起的煤层形态和煤层厚度的变化,则称为后生变化。56.目前我国煤层气田开发状况及前景如何?

我国煤层气资源丰富,根据最新资源评价,埋深2000m以浅的煤123层气资源约36.81×10m。截至目前全国探明煤层气地质储量2000×8310m左右。主要分布在鄂尔多斯盆地、沁水盆地、准噶尔盆地、滇东黔西盆地、二连盆地、吐哈盆地等。目前煤层气大规模开发主要集83中在沁水盆地和鄂尔多斯盆地,其产气量15×10m/a左右。直井与丛343式井单井采气量2000~3000m/d,水平井单井(1.7~2.2)×10m/d。20世纪90年代以来,我国煤层气勘探开发越来越活跃,多家国有企业、民营企业、国外公司等积极参与,据不完全统计,目前国内已钻各类开发和试验井4000余口,登记区块上百个,总面积近7×4210km。控制了一批大型含气区,在沁水盆地、阜新盆地和鄂尔多斯盆地等建立了开发试验区8个。目前,国内外煤层气开采技术只能在埋深1200m以浅层面,大于1200m煤层气的开采技术正处在技术攻关阶段。57.煤层介质特征怎样?

煤层介质是由割理和基质构成的典型天然裂缝系统,割理是主要的流动通道,基质是煤层气的主要储集空间。与常规天然气藏不同的是,大部分煤层气吸附在基质孔隙内表面上,只有少量的甲烷处于游离状态存在于裂缝或溶解于地层水中。煤层气的产出过程涉及解吸、扩散和渗流三种机制。分别用Langmuir等温吸附公式、Fick扩散定律和Darcy定律来描述。这些特点使得描述煤层气渗流的数学模型更加复杂。由于煤层气藏存在低压、低饱和、低渗透的特征,绝大多数煤层气井需要经过大规模水力压裂或者钻水平井才能投产,其效果的试井评价在煤层气开采中就显得特别重要。58.煤层气储层有哪些特点?

煤层气藏是指在地层压力(水压和气压)作用下保有一定数量气体的同一含煤地层的煤岩体,并具有独立的构造形态。储层所具备的三个特点:

1)煤层气在煤层中的储集方式主要是吸附在煤基质的表面上。

2)在采气的同时伴随有地层水的产出。煤层吸附气的产出过程包括三个阶段,即:①从煤基质孔隙的表面解析;②通过基质和微孔隙扩散到裂隙中;③以渗流方式从裂隙向井筒运移。这也决定了煤层气井气、水产量变化大致分出三个阶段:排水降压阶段;稳定生产阶段;气产量下降阶段。

3)水锁效应。由于外来侵入液的影响,使得近井带储层的含水饱和度急剧增加,最终导致了油气渗透率的降低。从而使毛细管力增大,阻碍油气的通过,使得采收率下降。59.煤层气的赋存方式与低煤级煤含气性——固溶气有什么特点?

煤层气由吸附气、游离气、水溶气三部分组成已得到煤层气工作者的公认。但煤与瓦斯突出时的相对瓦斯涌出量是煤层含气量的数倍至近百倍也是不争的事实,就是煤层采动影响区的煤层气和围岩中的煤层气也不可能达到如此高的程度。显然艾鲁尼提出的固溶体是客观存在的,甚至在煤层气总量中的比例远高于艾鲁尼认为的替代式固溶体2%~5%、填隙式固溶体5%~12%这一比例。固溶气(体)可能与天然气水合物——可燃冰类似,在煤与瓦斯突出时被释放出来,由此可见固溶气(体)亦是煤层气的一种重要赋存方式。60.煤层气的赋存方式与低煤级煤含气性——超临界吸附有什么特点?

平衡水条件下,煤对甲烷的吸附性呈“两段式”演化模式,即朗氏体积先随煤级的增大而增加,后随煤级的增大而降低,其拐点(即极大值点)大约在镜质组最大反射率3.5%~4.5%这一区间内,在褐煤和低煤化烟煤阶段,受煤岩组分的影响波动性较大。

地层条件下,煤层甲烷超临界吸附的现象是存在的。但只有当煤层甲烷压力(气压)超过4.6MPa时才真正出现超临界流体,实际上在我国煤矿瓦斯实测压力中超过此压力的矿井是比较少的。但对于原位且处于封闭系统的煤储层,储层中水压等于气压,只要煤层埋深超过500m,煤层甲烷就可能成为超临界流体。61.煤层气的赋存方式与低煤级煤含气性——低煤级煤含气量的测试有什么特点?

我国煤层含气量现场测试大多是基于MT-77-84解吸法标准得出的,对中、高煤级煤适应性较好,但对于分布在我国东北、西北地区的低煤级煤而言,实测含气量明显偏低,由于低煤级煤孔裂隙发育,取心过程在地层温度条件下快速解吸,到地面由于温度降低,解吸速度变慢,有的甚至没有解吸气,由解吸气推算的损失气也就明显偏低。大多基于褐煤平衡水等温吸附实验来推算褐煤的含气量,从而计算出资源量。因此,低煤级煤储层中的煤层气资源量大小是造成我国各单位和个人计算煤层气资源量差异的根本原因。

基于低煤级煤层的含水性、孔裂隙特点、温度、压力条件,分别进行吸附气、水溶气和游离气的数值模拟,厘定低煤级煤含气量是我国下一步的研究方向之一。62.煤层气多级压力降与多级渗流有什么特点?

煤储层是由气、水、煤基质块等多种物质组成的三相介质系统。其中气组分具有多种相态,即游离气(气态)、吸附气(准液态)、吸收气(固溶体)、水溶气(溶解态);水组分也有多种形态,即裂隙、大孔隙中的自由水,显微裂隙、微孔隙和芳香层缺陷内的束缚水,与煤中矿物质结合的化学水;煤基质块则由煤岩和矿物质组成。在一定的压力、温度、电、磁场中各相组分处于动平衡状态。在排水降压或外加场干扰作用下开发煤层气的过程中,三相介质间存在一系列物理化学作用,其储层物性亦相应发生一系列变化,单一相态的实验研究很难模拟煤储层的真实物性状态。

煤储层系由宏观裂隙、显微裂隙和孔隙组成的三元结构系统。在排水降压开发煤层气的过程中,各结构系统压降程度不同,客观上存在着三级压力降,煤层气—水的运移也相应地存在着三级渗流场,即宏观裂隙系统(包括压裂裂缝)—煤层气的层流—紊流场、显微裂隙系统—煤层气的渗流场、煤基质块(孔隙)系统—煤层气的扩散场。63.储层压力中的水压与气压的关系如何?

煤储层流体压力由水压与气压共同构成。美国煤储层压力以水压为主,气、水产能稳定、持续;我国煤储层压力构成复杂,气压占有较大比例,不同压降阶段,煤层气、水产能不同,在总体衰减的趋势下呈跳跃性、阶段性变化。

水动力势是煤层气富集和开发的最活跃因素,是储层压力或地层能量的直接反映和主要贡献者;水的不可压缩性对裂隙起支撑作用,水动力又是煤储层渗透率的维持者。我国中、高煤级煤层为相对隔水层,煤层本身的水体弹性能较低,气体弹性能较高。

美国以单相水流作为介质测试煤储层压力和渗透率的试井方法应用到我国以气饱和为主的煤储层肯定会存在较大缺陷,也就是说,用美国的试井方法得出的我国煤储层压力和渗透率是不确切的,由储层压力、含气量和等温吸附曲线计算的含气饱和度、临界解吸压力、理论采收率同样是不确切的。

处于封闭系统的煤储层,其水压等于气压,处于开放系统的煤储层,其储层压力等于水压与气压之和。煤储层压力构成及其传导、煤储层中气、水介质之间的相互关系控制了煤层甲烷的解吸、扩散和渗流特征,是目前煤层气开发急待解决的关键科学问题。64.煤储层动态渗透率——有效应力效应有什么特征?

煤储层在排水降压过程中,随着水和甲烷的解吸、扩散和排出,其渗透率存在有效应力效应、煤基质收缩效应和气体滑脱效应,三种效应综合作用使煤储层渗透率呈现出动态变化。

有效应力是裂隙宽度变化的主控因素。有效应力增加会使裂隙闭合,使煤的绝对渗透率下降。渗透率越低,相对变化越大,有的减少两到三个数量级。在排水降压开发煤层气的过程中,随着水和气的排出,煤储层的流体压力逐渐降低,有效应力逐渐增大,煤储层渗透率呈现出快速减少、缓慢减少的动态变化过程。65.煤储层动态渗透率——煤基质收缩效应有什么特征?

气体吸附或解吸导致煤基质膨胀或收缩,可用朗格缪尔形式来描述,笔者用CO作为介质对不同煤级圆柱体煤样(每点只平衡12h)2进行过吸附膨胀实验,结果表明煤基质收缩系数随煤级的增大而减少。煤层气开发过程中,储层压力降至临界解吸压力以下时,煤层气开始解吸,煤基质出现收缩,由于煤储层侧向上受到围限,煤基质的收缩不可能引起煤储层的整体水平应变,只能沿裂隙发生局部侧向应变,使煤储层原有裂隙张开,裂隙宽度增大,渗透率逐渐增高,且中煤级煤增加的幅度大于高煤级煤。66.煤储层动态渗透率——气体滑脱效应有什么特征?

在煤这种多孔介质中,由于气体分子平均自由程与流体通道在一个数量级上,气体分子就与流动路径上的壁面相互作用(碰撞),从而造成气体分子沿通道壁表面滑移。这种由气体分子和固体间相互作用产生的滑移现象,增加了气体的流速,使煤的渗透率增大,且随着储层压力的降低,先缓慢增加,到低压时快速增大。67.煤层气利用——煤层气发电主要有哪几个方面?

煤层气发电是一项多效益型煤层气利用形式,是煤层气资源利用的最佳途径之一。目前,我国煤层气发电装机容量92万kW,跟煤电相比,减少二氧化碳的排放效果比较明显。近年来,我国煤层气发电发展迅速。寺河电厂号称世界上最大的煤层气电厂,拥有60台发电机组,装机容量为12万kW。但是,我国煤层气发电规模较小,大部分是公司自备煤层气发电厂,总装机容量还很少,仅相当于一个燃气发电厂。由于煤层气发电成本较高,目前煤层气发电上网难。68.煤层气利用——煤层气工业利用主要有哪几个方面?

煤层气的工业利用主要是用作工业、汽车燃料和生产化工产品。煤层气等同于天然气,是一种清洁燃料,可以替代汽油作为汽车燃料,不仅气价便宜,而且更加环保。煤层气作为一种优质的化工原料,可以用来生产炭黑、合成甲醇、合成氨和生产乙炔等,具有投资省、成本低、占地少、不污染环境等优点。目前,国内的煤层气工业利用项目主要有:铁法煤层气供法库县陶瓷城项目,阳泉煤层气氧化铝焙烧项目。69.煤层气利用——煤层气民用主要有哪几个方面?

目前,我国煤层气利用主要以民用为主,煤层气民用量占总利用量的70%以上,2009年民用瓦斯用户超过87万户。井下抽采的煤层气中CH浓度平均为30%~50%,可直接供给矿区居民用户以及食堂、4医院和学校等用户。如重庆中梁山煤电气公司,目前拥有瓦斯用户近39万户,已为城乡居民供气5.95亿m,瓦斯供气管网长达300多km,横跨重庆主城区九龙坡、沙坪坝、大渡口三区,年利用瓦斯量达到34000多万m。70.为什么说我国煤层气的开发利用有良好的资源优势和优惠政策支撑?

开发利用煤层气,是一举多得的民生工程,具有广阔的发展前景。它不仅商业价值巨大,而且对保障煤矿安全生产、缓解常规油气供应紧张状况、改善我国的能源结构、节约资源、保护大气环境、实施国民经济可持续发展战略都具有重要意义。

我国煤层气资源十分丰富,是世界上继俄罗斯、加拿大之后的第三大煤层气储量国,与陆上常规天然气资源量相当。另外,我国煤层气在区域分布、埋藏深度等方面也有利于规划开发,其开发前景极为广阔。

近年来,国家相继出台了一系列促进煤层气抽采利用的优惠鼓励政策,已基本形成了国家支持煤层气抽采利用的政策体系,并且支持力度不断加大,各地和企业的积极性空前高涨,煤层气抽采利用的政策环境、社会环境十分有利。随着这些政策的进一步落实和完善,煤层气的抽采利用将取得较快的发展。71.为什么说煤层气的开发利用是变害为利?

随着煤炭工业的快速发展,国家高度重视煤矿安全生产。瓦斯是“煤矿第一杀手”,当空气中瓦斯浓度达到5%~16%时,遇到明火就会爆炸,瞬间形成高温高压冲击波,并产生大量一氧化碳。煤矿一旦发生瓦斯爆炸或煤与瓦斯突出事故,就会造成人员伤亡。有数据显示,中国近八成的重大煤矿事故都祸起瓦斯。据各地瓦斯办上报数统计,2009年,全国26个产煤省(区、市)煤矿共发生瓦斯事故143起、死亡710人。新中国成立以来,全国共发生23起一次死亡百人以上的煤矿事故,其中21起是瓦斯事故。煤层气的抽采利用,可以有效降低煤层中的甲烷含量,实现煤炭在低瓦斯状态下开采,保障煤矿的生产安全,减少矿难的发生。近几年,煤层气开发利用量不断增加,煤矿瓦斯防治体系建设得到加强,瓦斯事故和死亡人数随之不断下降。72.煤层气的开发利用市场需求状况如何?

目前,在中国的一次性能源消费结构中,煤炭约占74.6%,处于主导地位,石油占17.6%,而天然气仅占2%,远低于23%的世界平均水平。随着终端能源需求逐步向优质高效洁净能源转化,天然气的需求迅速增长,市场供应缺口较大。据预测,2010年我国燃气缺口将33达300亿m,2020年将达到1000亿m。煤层气可以与天然气同输同用,这为煤层气的发展提供了巨大的空间。开发利用煤层气,可以节约资源,有效弥补我国常规天然气供用量的不足,优化能源结构。另外,我国煤层气利用市场潜力也很大。我国煤矿大多分布在偏远地区,广泛采用煤层气作为居民生活燃料、发电和工业锅炉燃料,可以保障矿区和周边地区的能源供给,改善消费结构。同时,随着煤层气抽采利用技术的不断进步,应用更加广泛,如变压吸附煤层气提纯技术,低浓度瓦斯发电技术。73.为什么说煤层气的开发利用是适应低碳经济与环境保护的要求?

煤层气的主要成分甲烷是产生温室效应主要气体之一,其温室效应为CO的21倍、NO的7倍,对生态环境破坏极强。我国仅采煤集2283中排放的甲烷量就达194×10m,占世界煤层甲烷排放量的35%,并83以每年1.7×10m的速度增加。煤层气与石油、煤炭相比,同样热值释放到大气中的CO比石油少50%,比煤炭少75%。据计算,每利用231亿m甲烷,相当于减排150万tCO。2009年,我国利用煤层气19.323亿m,共减少排放二氧化碳2880万t。煤层气的开发利用不仅可以有效降低甲烷的排放量,而且能够大大减排温室气体CO,保护大气环2境,这正是目前低碳经济所倡导的以最小的温室气体排放量来获得相对较高的经济产出。74.煤层气作为化工原料可以生产什么?

煤层气还是一种优质的化工原料,可以用来生产许多化工产品。(1)煤层气可合成甲醇、合成氨、生产乙炔,而甲醇、氨、乙炔是化学工业中重要原料

与其他生产甲醇、氨、乙炔原料相比较,煤层气的优点如下:投资省,占地少;运行费用低,人员定员少,生产成本低;操作简便,系统、设备维护方便;生产过程基本不产生污染,对区域环境基本没有影响。(2)煤层气可生产炭黑

炭黑主要应用于轮胎橡胶工业、塑料工业、油墨、电池、合金工业、冶炼等领域。随着汽车等工业的发展,炭黑的需求量也越来越大。随着石油、煤焦油、天然气价格的上涨,使用其生产炭黑的企业越来越少。75.煤层气综合利用有哪几种途径?

1)利用煤层气进行发电;

2)利用煤层气作民用燃料;

3)利用煤层气除氧脱氧技术,瓦斯提纯后加压作为汽、柴油的替代品;

4)利用煤层气作为其他工业燃料;

5)利用煤层气锅炉进行供热;

6)CDM技术。76.煤层气开发有哪些难点?

1)煤层节理和天然微裂缝发育,压裂施工时,近井地带液体滤失量很大,在施工设备满足不了排量的情况下,人工裂缝难以形成,无法实现多缝网结构。

2)与常规天然气藏相比,其地质构造均有很大不同,煤层低温、易吸附、易受伤害,保护储层难度大,因此对所使用的压裂液提出了要求,目前常规的压裂方式为:低黏液、大前置、粉砂降滤失、低砂比施工;采用了氮气泡沫液压裂体系后,施工现场砂浓度能提高到33900kg/m,泡沫液量降低到1.0m/min以下,能顺利施工,一次放喷完成多段压裂,大大地缩短了占采时间,实现了有效的排液采气。77.煤层气如何平衡开发?

煤储层由多元孔裂隙结构组成,煤层气排采时存在多级压力降和多级扩散/渗流场,由于前期受急功近利的思想支配,煤层气井排采常打破煤储层气—水相渗平衡,没有处理好套压、液面降深和井底压力三者之间的关系,因气、水产能的过度增加,势必加速原始储层内能的消耗,使生产的持续时间缩短。因此,在试气排采阶段,针对不同的储层物性条件,多开展关井测压工作,绘制压力恢复霍纳曲线图,求出压力恢复曲线的斜率,再进一步据关井测压前的平均日产量折算成储层内的体积流量,并结合储集系数和压缩系数来估算气井现实条件下储层内的气体流动系数和气相有效渗透率,从而确定该储层的平衡产能。据沁南TL007井和铁法DT3井产能历史分析,沁南3TL007井的平衡产能为2000m/t左右,铁法DT3井的平衡产能为33000m/t左右。因此,在排采工作制定时,不断调整套压、液面降深和井底压力,维持气、水产能平衡开发,增长井孔服务年限,是下一步煤层气勘探开发所要关注的问题之一。78.煤层气井有哪些特点?

与常规天然气储层不同,煤储层具有双重功能,煤层既是甲烷气的生气层又是储集层。和一般油气井相比,煤层气井具有以下特点:

1)储藏埋深较浅,井底的温度及压力低,远远小于油气井的井底温度与压力。煤储层是具有基质孔隙与裂缝孔隙特征的双孔隙系统,-32渗透率小于1×10/μm(远远小于油气储集层砂岩的渗透率)。

2)煤中大部分天然气呈吸附状态存在于基岩孔隙的内表面上,只有少量以游离状态(10%~20%)或溶解状态存在于煤层的孔隙与裂缝中,其储集方式和以游离态为主的石油、天然气有根本的不同。

3)煤层孔隙压力梯度一般小于0.01MPa/m,属于低压地层,存在很大差异且很难预测。超低压煤层的压力梯度低达0.006MPa/m,高压煤层的压力梯度高达0.02MPa/m以上,即使在同一地区,压力梯度变化也很大。

4)煤层微孔隙发育,割理多,非均质性强,机械强度低,力学稳定性差,在外力作用下极易破碎。该特点在钻井上极易引起煤层的坍塌、破碎,导致井径扩大。

5)煤储层存在渗透性滞后现象。煤层经过多次的加压、卸压周期试验,测定不同压力下的渗透率,发现加压使渗透率下降,但卸压时渗透率只能得到一定程度的恢复,造成渗透率的损失。煤层的渗透性低,孔隙压力低,钻井和固井过程中过平衡压力大,煤层极易受到伤害。

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