韩城矿区构造煤孔隙结构多尺度下精细表征 (1).pdf

太原理工大学硕士研究生学位论文韩城矿区构造煤子L隙结构多尺度下的精细表征摘要以韩城矿区为研究区域,系统采集不同类型构造煤样,采用前人划分方案,确定构造煤煤样类型。在分析整理韩城矿区原有地质资料的基础上,结合煤层变形特征和煤样宏观与微观观测结果,定性描述了构造煤变形特点。采用显微CT法、压汞法、低温氮吸附法等多种测试手段,结合盒维数、热力学、F[-I-I等分形理论模型对筛选的不同变形强度的典型构造煤(碎裂煤、碎粒煤、碎粉煤、鳞片煤、糜棱煤)的渗流孔和吸附孔孔隙结构进行了多尺度下的精细化、定量化表征。在此基础上深入探讨构造变形作用对煤的孔隙结构演化控制机理,为构造复杂区煤层气可采性评价提供重要研究基础和理论支撑。结果表明,受到构造应力作用的影响,不同类型构造煤变形特征在宏观与微观尺度下具有一致性。煤体结构整体上随构造变形程度增强表现出煤颗粒粒度减小,煤体硬度降低的特点。脆性变形煤变形以脆性破裂为主,表现为角砾、外生裂隙等特征,而脆韧性与韧性变形煤不仅发生脆性破裂,还具有韧性流变现象,表现出揉皱、流纹等特征。不同类型构造煤变形特征均影响了孔隙结构特征。弱脆性变形使煤体角砾孔和微裂隙发育,导致其大孔含量较多;强脆性变形使角砾破碎为碎粒,导致碎粒孔增加,使大孔比例减小,中孔比例增加;韧性变形作用使煤颗粒进一步糜棱化,使煤岩物质重新ttlE歹t,充填原有孔隙空间,结果使小孔比例降低,微孔比例增加。随着孔径分布情况的变化,孔隙度、孔容、孑LLk,表面积和平均孔径等孔隙结构参数也发生相应变化。分形维数能够表征孔隙结构的非均质性。孔隙结构越复杂,非均质性万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文越强,其分形维数越大。研究发现:显微CT法表征结果中,脆性变形强烈的碎粒煤分形维数最大,原因是其角砾孔、碎粒孔十分发育,孔隙结构最复杂,而构造变形更强的脆韧性变形煤鳞片煤分形维数最小,分析其原因为韧性变形使糜棱质发育,堵塞较大孔裂隙,使大孔隙数量减少,分布零散,小孔隙虽大量增加但由于显微CT技术无法检测到纳米级孑L隙信息,造成鳞片煤孔隙结构简单的假象,使其分形维数变小;与之相比,压汞法与低温氮吸附法表征结果中,分形维数可以定量反映出构造应力的强弱变化,可以作为构造煤孔隙结构变形程度的指示剂,分形维数随构造变形增强而增大,孔隙结构趋于复杂化,非均质性增强。关键词:韩城矿区,构造煤,孔隙结构,多尺度,分形维数,非均质性万方数据太原理工大学硕士研究生学位论文THEFINECHARACTERIZATION0FPORESTRUCTUREOFTECTONICALLYDEFORM匝DCOALSFROMHANCHENG删INGAREA0NNnⅡ。,binedwiththeobservationsofcoalreservoirandhandspecimen,haracteristicsoftectonicdeformationbythescanelectronmicroscope,·CT,mercuryinjectionandlow—bined晰tllboxdimension,thermodynamics,FHHfractaltheoreticalmodel,oalssamples(oal,granulatedcoal,pulverizedcoal,oal),oalswerefurtherdiscussed,,affectedbytectonicstress,,thecoalbodystructureshowsthat,thestrongertectonicdeformation,thesmallercoalparticle,—icporeandmicro-fractureduetobrittlefailure,however,briule—