準(zhǔn)噶爾盆地南緣中段侏羅紀(jì)煤層硫化氫成生模式及異常富集控制因素研究.pdf

1、在煤礦開采過程中，煤礦高含硫化氫（H2S）氣體引起的異常涌出和傷人事故在國內(nèi)外經(jīng)常出現(xiàn)。新疆為我國產(chǎn)煤大省，煤炭預(yù)測(cè)儲(chǔ)量約占全國的40％。受沉積環(huán)境、地質(zhì)構(gòu)造，煤層自燃等因素影響，區(qū)域諸多煤礦硫化氫異常富集并發(fā)生過傷人事故。因而，開展區(qū)內(nèi)高含硫化氫煤礦的地質(zhì)調(diào)查、硫化氫成生模式和異常富集控制因素研究是一項(xiàng)緊迫且具有重要意義的課題。
　　本文以區(qū)域特征和煤的有機(jī)地球化學(xué)為研究手段，通過資料收集、現(xiàn)場(chǎng)工作、實(shí)驗(yàn)測(cè)試及數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，對(duì)準(zhǔn)噶爾

2、盆地南緣（以下簡(jiǎn)稱“準(zhǔn)南”）中段侏羅紀(jì)煤層硫化氫成生模式及異常富集控制因素進(jìn)行研究，取得了以下幾個(gè)方面的認(rèn)識(shí)：
　　準(zhǔn)南中段自石炭紀(jì)以來經(jīng)歷的3大構(gòu)造演化階段，坳陷構(gòu)造、構(gòu)造反轉(zhuǎn)等特殊作用使其沉積物也具有明顯的旋回性。陸相形成的侏羅紀(jì)西山窯組含煤構(gòu)造，以湖泊型旋回為主，受到強(qiáng)烈擠壓改造，形成了近東西向的雁列式成排成帶的線型構(gòu)造斷褶帶。
　　西山窯組氣候具有從溫濕走向干旱，煤中有機(jī)質(zhì)中以高等植物來源占主導(dǎo)地位，有機(jī)硫主要來自成

3、煤植物，無機(jī)硫主要來自蒸發(fā)鹽巖和鹵水。區(qū)域在泥炭沼澤演化過程凝膠化作用呈加強(qiáng)趨勢(shì)，形成的弱還原程度煤，多數(shù)屬中-特低硫煤層，呈顯晶或隱晶質(zhì)的黃鐵礦主要呈脈狀充填于煤層裂隙中。
　　區(qū)域煤層氣甲烷碳同位素組成偏輕，大多小于-50.0‰，多屬于混合成因。天然氣組成以甲烷為主，重?zé)N含量普遍低于20%，為濕氣-偏濕氣。地下水體及煤層氣中二氧化碳碳同位素均為負(fù)值，表現(xiàn)出有機(jī)成因的特征。區(qū)域所測(cè)得各種硫同位素值都偏低，大多具有Δ34S（δ34

4、SsO2-4-δ34SH2s）=22.5‰>22‰的特征，硫化氫硫同位素表現(xiàn)出BSR成因特征。
　　區(qū)域西山窯組煤巖儲(chǔ)集層流體包裹體均一化溫度主峰主要分布在80℃~115℃。煤的鏡質(zhì)體反射率平均值主要介于0.5%~0.7%，由古地溫與鏡質(zhì)體反射率之間的關(guān)系可知，煤巖層經(jīng)歷的古地溫平均為101.1℃。通過對(duì)伊利石裂變徑跡測(cè)試，得到tmax值大概為105℃~115℃，經(jīng)歷了部分退火過程，但沒有完全退火。目前，研究區(qū)域侏羅紀(jì)西山窯組煤巖

5、層藏深度大多位于400m~2800m，根據(jù)今地溫梯度關(guān)系，可推測(cè)研究區(qū)域煤巖層溫度多數(shù)小于70℃，可見，區(qū)域煤巖層大部分經(jīng)歷小于120℃的溫度，多數(shù)處于BSR反應(yīng)的界限內(nèi)。
　　區(qū)域在目前礦井開采深度，煤層硫化氫氣體組分普遍小于3.0%，表現(xiàn)出BSR
　　成生的特征；由BSR形成的副產(chǎn)物，莓球狀的黃鐵礦普遍存在，表現(xiàn)出BSR成生的特征；天然氣具有典型腐殖型熱成因煤系氣及BSR作用的特征；CO2碳同位素為負(fù)值，表現(xiàn)出由BSR成

6、生硫化氫伴生的特點(diǎn)；對(duì)各礦井檢查的硫酸鹽還原菌數(shù)量為（100~3500）個(gè)/克樣品，有利于硫化氫氣體的生成。綜合判斷區(qū)域各煤礦硫化氫氣體主要由BSR成生，不排除局部具有TSR成生。
　　通過對(duì)煤的硫酸鹽熱演化進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)M，重?zé)N的產(chǎn)率隨熱演化溫度升高先增后減，符合TSR作用優(yōu)先消耗重?zé)N類的規(guī)律；隨著溫度的上升，TSR反應(yīng)程度逐漸增高；TSR作用是伴隨重?zé)N類（C2+）氣體的產(chǎn)生而發(fā)生的，TSR作用最劇烈的階段就是重?zé)N類氣體產(chǎn)率最大階段

7、，硫化氫的成生與重?zé)N類氣體的成生具有相似的變化趨勢(shì)。在實(shí)際地質(zhì)過程中的TSR反應(yīng)是一個(gè)非常復(fù)雜過程，煤礦由TSR作用成生硫化氫可能的反應(yīng)方程式為：此處公式省略
　　研究區(qū)域硫化氫廣泛分布，且往往硫化氫與二氧化碳共存。區(qū)域烴源巖生氣強(qiáng)度最高可超100.0×108m3/km2以上，西山窯組煤中有機(jī)碳含量平均高達(dá)64.49%，豐富的烴源巖為硫化氫的成生提供了雄厚的物質(zhì)基礎(chǔ)。區(qū)域煤巖儲(chǔ)集層平均孔隙度在10.0%以上，滲透率為（0.11~1

8、22.30）×10-3um2，中等-較好儲(chǔ)層廣泛分布，儲(chǔ)滲條件較好。各煤層孔隙結(jié)構(gòu)屬于裂隙-孔隙型，煤體結(jié)構(gòu)多為碎裂結(jié)構(gòu)，構(gòu)造斷裂較發(fā)育，從而有利于煤層硫化氫聚集。各煤層頂?shù)装鍘r性主要以細(xì)碎屑巖為主，為低滲透性隔擋層，透氣性能差，有利于硫化氫的保存。區(qū)域凹槽式沉降平原基底形成了巨厚的含水層，在水動(dòng)力封閉控氣作用下，形成具有承壓性質(zhì)孔隙潛水及裂隙水。區(qū)域潛水、承壓水的pH、礦化度及離子含量隨徑流方向都呈重大趨勢(shì)。同時(shí)深層承壓水環(huán)境封閉相對(duì)