瓦斯地质汇总

瓦斯地质汇总

第一章绪论

1.瓦斯地质学是运用地质学的基本原理、方法以及煤矿开采方面的技术理论，研究瓦斯的形成、运移、赋存和发生瓦斯灾害的地质控制理论的一门交叉学科

2.构造煤是煤层受地质构造挤压剪切破坏作用的产物。

3.瓦斯突出煤体是指含高能瓦斯的构造煤体。

4. 构造煤和瓦斯突出煤体基础理论研究

实践表明：构造煤控制着瓦斯灾害的发生，影响着瓦斯的治理，亦控制着煤层气的地面开发。构造煤和瓦斯突出煤体基础理论，主要是指运用构造地质学、地球物理学、流体力学、量子化学、力化学等相关学科知识，研究构造煤力化学成烃作用、构造煤瓦斯多场多相耦合作用、构造煤探测理论和技术等，为瓦斯突出煤体预测、瓦斯治理和煤层气开发提供理论基础。

5. 瓦斯（煤层气）抽采地质控制机理研究

瓦斯（煤层气）的高效抽采是瓦斯灾害治理的根本性措施之一。

1.地质条件复杂

2.煤层透气性低

3.抽采难度大

第二章含煤盆地和瓦斯形成理论

1.含煤盆地是指赋存煤炭的沉积构造盆地。

2.世界范围内先后产生了5个主要聚煤期：石炭纪聚煤期、二叠纪聚煤期、早中侏罗世聚煤期、晚侏罗至早白垩世聚煤期、晚白垩至始新世聚煤期，其中石炭纪和二叠纪聚煤期成煤量最多。

3.瓦斯成因类型:生物成因（原生生物成因、次生生物成因）和热成因（热解成因、裂解成因

）两类。

4. 煤层气发生率——指从泥炭到特定煤级瓦斯气体产生的总量。

视煤气发生率——指从褐煤到特定煤级瓦斯气体产生的量。

阶段生气率——指煤化过程特定阶段瓦斯气体产生的量。

5. 地质构造演化对煤层瓦斯保存的影响：

瓦斯是气质地质体；

中国的石炭二叠纪含煤地层形成后主要经历了印支运动、燕山运动和喜马拉雅运动等。每次构造运动的规模、涉及范围、构造应力场等均不尽相同；

煤层形成后在历经构造运动中拉张裂陷、隆起剥蚀会使煤层瓦斯大量逸散；

煤层形成后在历经构造运动中挤压拗陷有利于瓦斯保存，挤压剪切易于形成构造煤、同时形成好的封闭条件；

6.不同地质构造类型对瓦斯保存的影响：

1.向斜构造

2. 背斜构造

3.推覆构造对瓦斯保存的影响

4. 伸展构造对瓦斯保存的影响

7.沉积作用对瓦斯保存的影响

瓦斯形成于煤层，储于煤层；沉积环境、沉积作用在很大程度上决定了瓦斯生成的物质基础以及煤储层、盖层的几何和物性特征。

通过煤层与围岩之间的组合关系影响到瓦斯的保存条件。

（2）聚煤期前后沉积环境演化对瓦斯保存的影响

环境演化决定下伏、上覆地层厚度、岩性组合和厚度，关系到

岩层的透气性。(1)聚煤期前后平静水体环境有利瓦斯赋存(2)聚煤期前后冲积环境沉积不利于瓦斯赋存

8.煤层厚度对瓦斯保存的影响

瓦斯的逸散以扩散方式为主，空间两点之间的浓度差是其扩散的主要动力。在其他初始条件相似的情况下，煤储层厚度越大，达到中值浓度或者扩散终止所需要的时间就越长。煤储层本身是一种高度致密的低渗透性岩层，上部分层和下部分层对中部分层有强烈的封盖作用，煤储层厚度越大，中部分层中煤层气向顶底板扩散的路径就越长，扩散阻力就越大，对瓦斯的保存就越有利。

9.水文地质对瓦斯保存的影响

一是水力运移逸散作用；二是水力封闭作用；三是水力封堵作用。

第三章瓦斯赋存构造逐级控制理论

板块构造与中国煤矿地质构造特征（了解）

（一）华北地区

印支期主要受西伯利亚板块由北向南和扬子地块由南向北推挤作用，形成近东西向的宽缓褶皱和断裂，但不剧烈。

燕山早、中期受太平洋库拉板块俯冲碰撞作用，活动剧烈，形成一系列北北东、北东向的大规模隆起和拗陷，伴随剧烈的岩浆活动，如太行山隆起、贺兰山隆起、鄂尔多斯盆地拗陷、

沁水盆地拗陷等。

华北地区煤层主要发育近东西向、北北东向、北东向的褶皱和断裂及其叠加和复合构造。（二）华南地区

华南地区地质构造比华北地区复杂，北面受华北板块的碰撞挤压，西面受藏滇板块的推挤，南面受印支板块的作用，东面受太平洋菲律宾板块长时期的碰撞挤压作用。

华南板块既发育有近东西向构造，又发育有北西向构造和北北东向、北东、北东东向构造，使华南地区煤层构造破坏严重，构造极为复杂，煤层厚度变化大，构造煤发育。

（三）西北地区

中国大陆西部受印度板块由南向北挤压、西伯利亚板块相对阻挡，地壳大幅度隆起，使得塔里木盆地、准噶尔盆地的早、中侏罗统煤层抬起，大面积煤层距地表很浅。

从新疆天山山脉到内蒙古中部的阴山山脉，山体表现为东西向延展；盆地表现为压陷盆地；煤田地质构造主要表现为压性、压扭性断裂和褶皱，多为逆冲推覆构造。

（四）东北地区

主要受天山——兴安活动带和滨太平洋构造域构造演化的控制。

位于东段的东北黑、吉、辽三省地区，自印支运动以来受西伯利亚板块自北而南和太平洋板块自南东向北西的双向挤压，呈现着东西向构造与北东、北北东向构造相互复合的格局。燕山期以来，主要表现为大兴安岭隆起、松辽盆地拗陷大范围的岩浆喷发等活动，晚侏罗—早白垩统煤系地层以火山碎屑岩沉积为主。

板块构造与中国煤层瓦斯赋存分布特征

（一）华北地区

普遍沉积了中国较老的石炭二叠系含煤地层

以中高变质烟煤、无烟煤为主

煤层瓦斯生成条件比较优越，是我国高瓦斯矿井、矿区主要分布区

（二）华南地区

华南地区煤层煤化程度高，多为无烟煤和高变质烟煤，在闽、浙、粤东沿海一带，主要为高阶无烟煤。华南地区除高阶无烟煤矿井之外，80%以上的矿井为高瓦斯和煤与瓦斯突出矿井。（三）西北地区

塔里木盆地，准噶尔盆地向东到内蒙中部，都沉积了中国煤炭资源量最大的早、中侏罗世的煤层。由于受印度板块由南向北推挤和西伯利亚板块阻挡南北挤压作用，盆地大范围的抬升，煤层距地表浅，并受到风化剥蚀作用.

目前80%以上的矿井为低瓦斯矿井。但是深部高瓦斯矿井将逐渐增加，局部地带也将会有煤与瓦斯突出危险突出矿井6对、高瓦斯矿井13对，共发生瓦斯突出6次。

（四）东北地区

沉积于松辽盆地以东，黑龙江鸡西、双鸭山、鹤岗，吉林辽源、通化，辽宁阜新等矿区的晚侏罗—早白垩世的煤层，松辽盆地的晚侏罗-早白垩世的煤层，由于受大范围岩浆活动的作用，煤化程度增高，多为中高变质烟煤，加上煤系地层普遍沉积厚层火山凝灰岩和火山碎屑岩，透气性低，对煤层瓦斯保存具有封盖作用，因此多为高瓦斯突出矿井、矿区分布。抚顺矿区早第三系抚顺组煤层也为高瓦斯突出煤层。

沉积于大兴安岭东侧的早、中侏罗世的煤层，煤化程度低，以褐煤为主，并遭受风化剥蚀作用，90%以上的矿井为低瓦斯。

中国煤与瓦斯突出动力灾害特征

1、中国是世界上煤与瓦斯突出动力灾害最严重的国家；

2、含有高能瓦斯的构造煤是煤与瓦斯突出发生的基础；

3、煤与瓦斯突出发生在构造挤压剪切破坏带

板块构造对中国煤与瓦斯突出区域分布的控制（重点）

板缘构造带控制着煤与瓦斯突出的敏感地带。

板内造山带控制着煤与瓦斯突出的敏感地带。

深层构造陡变带是影响煤与瓦斯突出的敏感地带。

深层活动断裂带是影响煤与瓦斯突出的敏感地带。

推覆构造带是煤与瓦斯突出的敏感地带。

强变形带是控制煤与瓦斯突出的敏感地带

瓦斯赋存构造逐级控制理论内涵（重点）

区域地质构造演化

现今煤矿瓦斯分布和赋存状态是含煤盆地经历了印支运动、燕山运动、喜马拉雅运动和现今地球构造应力场演化作用的结果，都可归结为挤压剪切构造活动或拉张裂陷构造活动作用的结果。

瓦斯赋存地质构造逐级控制理论研究路线

运用板块构造理论，区域地质构造演化理论深入地研究区域地质构造，从而深入地研究瓦斯赋存地质构造逐级控制规律，逐级缩小范围，揭示不同级别范围的瓦斯地质规律，有的放矢的预测防治瓦斯灾害。

瓦斯赋存地质构造逐级控制规律

瓦斯分布、赋存状态存在着地质构造逐级控制规律，板块构造控制区域地质构造，区域地质构造控制矿区，矿区构造控制矿井、采掘工作面。通过构造逐级控制,可以逐级缩小范围，最后圈定瓦斯富集区和煤与瓦斯突出危险区。

瓦斯赋存地质构造逐级控制机理

只有运用区域地质构造演化理论和瓦斯赋存地质构造逐级控制理论才能厘清不同级别的挤压剪切构造和拉张裂陷构造，才能厘清瓦斯富集区、煤与瓦斯突出煤层、突出矿井、煤与瓦斯突出危险区的分布。

第四章煤层瓦斯赋存与煤储层物性特征

吸收瓦斯：进入煤体内部的瓦斯

吸着瓦斯：吸附在煤体表面的瓦斯

吸附瓦斯：吸收瓦斯和吸着瓦斯的统称

游离瓦斯：在气饱和情况下，煤的孔隙和裂隙中充满着处于游离状态的瓦斯。

影响煤吸附性的因素

煤吸附性大小主要取决于3个方面的因素：

①煤结构、煤的有机组成和煤的变质程度；

②被吸附物质的性质；

③煤体吸附所处的环境条件。

解吸：煤层压力降低到一定程度，煤中被吸附的甲烷开始从微孔表面分离，即发生解吸。解吸率：损失气量与解吸气量之和与总含气量之比。

解吸量：损失气量与现场两小时解吸气量之和，即解吸率与实测含气量的乘积。

影响煤层瓦斯含量的因素：

主要地质因素包括：煤的变质程度、围岩条件、地质构造、煤层埋藏深度、煤田的暴露程度、地下水活动和岩浆活动。

地质构造类型及组合对瓦斯保存的影响

不同类型的地质构造在其形成过程中，由于构造应力场及其内部应力状态的不同，导致煤层和盖层的产状、结构、物性、裂隙发育状况及地下水径流等条件出现差异，进而影响到煤层瓦斯的保存。

褶皱构造影响煤层瓦斯的保存为多数研究者所承认，也是煤矿开采实际所证明

背斜和向斜特别是它们的轴部及其附近, 既有煤层瓦斯含量较高、或者发生瓦斯涌出或发生煤与瓦斯突出的现象, 也有煤层瓦斯含量较低或不发生集中瓦斯涌出或煤与瓦斯突出

褶皱构造控制煤层瓦斯的基本类型

背斜上层逸散型

背斜下层聚集型

向斜上层聚集型

向斜下层逸散型

断裂构造对瓦斯保存的影响

断裂构造破坏了煤层的连续完整性，使煤层瓦斯运移条件发生变化。

有的断层有利于瓦斯排放，有的断层对抑制瓦斯排放而成为逸散的屏障。

前者称为开放型断层、后者称为封闭型断层

断层的开放性与封闭性取决于下列条件：

断层属性和力学性质，一般张性正断层属开放型，而压性或压扭性逆断层通常具有封闭性；断层与地表或与冲积层的连通情况，规模大且与地表相通或与冲积层相连的断层一般为开放型；

断层将煤层断开后，煤层与断层另一盘接触的岩层性质有关，若透气性好则利于瓦斯排放；断层带的特征、断层带的充填情况、紧闭程度、裂隙发育情况等都会影响到断层的开放性或封闭性。

岩浆活动的影响

岩浆侵入含煤岩系或煤层，在岩浆热变质和接触变质的影响下，煤的变质程度升高，瓦斯的生成量和吸附能力增大。

在缺少隔气盖层或封闭条件不好时，岩浆的高温作用可以强化煤层瓦斯排放，使煤层瓦斯含量减小。

岩浆岩体有时会使煤层局部被覆盖或封闭，形成隔气盖层，瓦斯得以保存

但在某些情况下，由于岩脉蚀变带裂隙增加，造成风化作用加强，可逐渐形成裂隙通道，有利于瓦斯的排放。

岩浆活动对瓦斯赋存既有生成和保存作用，在某些条件下又会增加瓦斯逸散的可能性。因此，在研究岩浆活动对煤层瓦斯的影响时，要结合地质背景作具体分析。

总的来看，岩浆侵入煤层有利于瓦斯生成和保存的现象比较普遍。

煤层瓦斯垂向分带：二氧化碳－氮气带、氮气带、氮气－甲烷带、甲烷带。

瓦斯风化带下界确定指标

①瓦斯压力P=0.1～0.15MPa （1～1.5 kg/cm2）；

②瓦斯组分CH4≥80%（体积百分数）；

③相对瓦斯涌出量大于2 m3/t 。

④煤层瓦斯含量（x ）

煤储层压力：作用于煤孔隙和裂隙空间上的流体压力（包括水压和气压），又称为孔隙流体压力，相当于常规油气储层中的油层压力或气层压力。煤储层流体受到三个方面力的作用，包括上覆岩层静压力、静水柱压力和构造应力。 （1）当煤层渗透性较好并与地下水连通时，孔隙流体所承受的压力为连通孔道中的静水柱压力，即煤储层压力等于静水压力；

（2）若煤储层被不渗透地层所包围，由于储层流体被封闭而不能自由流动，储层孔隙流体压力与上覆岩层压力保持平衡，此时，储层压力等于上覆岩层压力；

（3）在煤层渗透性很差且与地下水连通性较差的条件下，由于岩性不均而形成局部半封闭状态，则上覆岩层压力由储层内孔隙流体和煤基质块共同承担，此时，煤储层压力小于上覆岩层压力而大于静水压力。即：

式（4-13）中，σv —上覆岩层压力，MPa ；p —煤储层压力，MPa ；σ—煤层骨架应力，MPa 。

储层压力梯度：单位垂深内的储层压力增加，常用井底压力除以从地表到测井井段终点深度而得出。用kPa/m 或MPa/100m 表示。 压力梯度/(kPa/m)

<9.5 9.5~10.0 >10.0 储存压力类型

低压 正常 高压

压力系数定义：实测地层压力与同深度静水柱压力之比值，石油天然气地质中常用该系数表述储层压力的性质和大小。当压力系数等于1时，储层压力与静水柱压力相等，储层压力正常；当压力系数大于1时，储层压力高于静水压力，称为高异常压力；如果储

σσ+=p v

层压力远远大于静水柱压力，则称超压异常；若压力系数小于1，储层压力低于静水柱压力时，称低异常压力。

煤层裂隙系统

渗透性是流体通过多孔介质的能力，表征渗透性的量是渗透率，与渗透率有关的概念有绝对渗透率、有效（相）渗透率、相对渗透率等。

绝对渗透率：只存在一相流体，且流体与介质不发生任何物理化学作用，则多孔介质允许流体通过的能力称为绝对渗透率。渗透率单位是达西，符号为D （相当于SI 制单位的μm 2），1D 的物理意义是：当黏度为1cP （厘泊）的流体，在压差为1atm 作用下，通过截面积为1cm 2、长度为1cm 的多孔介质，其流量为1cm 3/s 时，该多孔介质的渗透率就称为1D （达西）。煤储层的渗透率往往较低，常用千分之一达西，即毫达西mD （10-3μm 2）作为单位。

有效渗透率：若孔隙中存在多相流体，则多孔介质允许每一相流体通过的能力称为每相流体的相渗透率，也称为有效渗透率。

相对渗透率

有效(相)渗透率与绝对渗透率的比值称为相对渗透率。煤储层相对渗透率通常采用单相有效渗透率同气相(甲烷或氦气)克氏渗透率或绝对渗透率的比值。即：

式中： K τw ，K rg ——水、气相对渗透率； K we ，K ge ——水、气有效渗透率；

气体穿过煤储层孔隙的流动机制

煤层孔隙和裂隙的分类

0K K K we w =τ0

K K K ge

rg =

第五章煤体结构和构造煤

构造煤:是煤层在构造应力作用下，发生成分、结构和构造的变化，引起煤层破坏、粉化、增厚、减薄等变形作用和煤的降解、缩聚等变质作用的产物.

分类: 碎裂结构(碎裂煤)、碎粒结构（碎粒煤）、粉粒结构(粉粒煤)、糜棱结构（糜棱煤）宏观煤岩成分和宏观煤岩类型：

构造煤宏观结构特征：

碎裂结构煤被密集的次生裂隙相互交切成碎块，但碎块之间基本没有位移，煤层原生层理基本可见，时断时续。碎裂结构常常位于原生结构与碎粒结构的过渡部位。

碎粒结构煤被破碎成粒：主要粒级大于1mm。大部分煤粒由于相互位移摩擦失去棱角，煤层原生层理被破坏，层理不清，裂隙较发育，煤层煤体主要呈粒状。碎粒结构往往紧靠碎裂结构分布，常常距离煤层顶板或底板一定距离，也常常位于断裂带的中心部位。

糜棱结构煤被破碎成很细的粉末，主要粒级小于1mm。有时被重新压紧，煤层原生层理完全被破坏，已看不到煤层原生层理和节理，滑移面、摩擦面很多，煤体呈透镜体状、粉状、鳞片状，极易捻成粉末。糜棱结构煤是强挤压、剪切破坏的束缚，常出现在压应力很大的断裂褶皱带中。

顺煤层剪切带对构造煤的控制：

顺煤层剪切带是指沿煤层发育的剪切面与煤层以小角度相交或者近于平行的剪切带。顺层剪切带也叫逆掩断层、顺层断层、缓倾角断层、层滑构造等。

（1）与煤层产状一致的顺煤层剪切带

这种大规模的顺煤剪切带的走向、倾向和倾角和煤层是近于一致的。形成大规模的构造煤。（2）波状起伏的顺煤层剪切带

一些影响带较窄但范围较大的顺煤层剪切带在剖面上波状起伏，剪切面产状变化较大。（3）顺煤层剪切带选层性

顺层剪切带的发生具有选层性。这一特性决定于煤层的岩石力学强度差异及其煤层所在构造剖面中的位置。根据其选层的级别可以分为三种：煤层、煤系和构造层。

第七章煤矿三级瓦斯地质图

煤矿矿区、矿井、采掘工作面三级瓦斯地质图，是瓦斯地质规律和瓦斯预测成果的直观高度概括。