构造煤地质-地球物理综合响应及其判识模型——以宿县矿区为例

来源 :中国矿业大学(江苏) 中国矿业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:pipiyouxi
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以构造具有显著特色、构造煤发育普遍、类型较为齐全的宿县矿区为研究区,在研究区构造特征及演化历史分析的基础上,系统采集了不同变形系列不同类型的构造煤样品,通过构造煤变形环境及宏、微观变形结构特征的系统研究,结合压汞、低温液氮和CT扫描实验,深入分析了不同变形环境下不同类型构造煤的孔隙结构、构造裂隙的演化规律及其差异性特征;基于原生结构煤及不同类型构造煤弹性特征的系统研究,揭示了不同类型构造煤弹性参数、岩石物理参数的分布范围、变化规律及其控制因素。研究成果为构造煤的地球物理探测提供了重要的理论和技术支撑,取得的主要创新性成果或认识如下:  (1)在深刻剖析构造煤形成机制的基础上,揭示了变形环境与构造煤形成演化的内在联系;基于构造煤变形结构特征的系统分析,将宿县矿区构造煤划分为脆性变形环境下的碎裂煤、碎斑煤和碎粒煤,剪切变形环境下的片状煤和鳞片煤以及塑性变形环境下的揉皱煤和糜棱煤7种类型。  (2)揭示了不同类型构造煤孔隙结构、构造裂隙的演化规律及其差异性特征。构造煤的孔隙度具有随煤体变形程度的增强呈现“总体增大,离散增强”的演化规律,不同类型构造煤的孔隙结构差异主要体现在中孔和大孔的孔容变化;基于低温液氮吸附实验,系统分析了构造煤的纳米孔孔隙结构及孔隙形态差异性特征;通过构造煤裂隙的宏、微观观测及CT扫描实验分析,深刻揭示了不同变形环境下、不同类型构造煤裂隙发育特征及其变化规律。  (3)基于原生结构煤及不同类型构造煤弹性参数特征的系统研究,揭示了构造煤弹性参数的变化规律,发现在不同变形环境下,随煤体变形程度的增强,不同类型构造煤的纵横波速度、纵横波速度比值(Vp/Vs)和泊松比等弹性参数逐渐降低,并指出Vp/Vs和泊松比为识别构造煤类型的优选参数。  (4)首次系统开展了构造煤的纵横波速度各向异性研究,揭示了不同类型构造煤纵横波速度各向异性的变化规律。构造煤的速度各向异性变化规律主要体现在,脆性变形环境下,随煤体变形程度增强,煤体速度各向异性数值逐步增高;剪切环境下构造煤的速度各向异性显示明显高值;塑性变形环境下构造煤的速度各向异性相对较高;进而提出了判识不同类型构造煤裂隙发育的速度各向异性指标。  (5)基于孔隙结构和裂隙系统发育规律及其差异性特征研究,深入探讨了构造煤岩石物理参数分布范围及变化规律。指出影响构造煤岩石物理参数的主要因素为煤体原生结构保存程度,其次为煤样孔隙度和孔隙形态;结合构造煤纵横波速度比值(Vp/Vs)和波阻抗的分布范围,建立了构造煤岩石物理判识模版。  (6)以芦岭矿II六采区8号煤层为例,基于不同类型构造煤弹性参数的分布范围建立不同煤体组合类型,并结合测井资料及地震反演方法,实现了对不同煤体组合类型的定量判识与划分,为构造煤的地球物理综合判识提供了重要的理论和技术支撑,具有较为广阔的推广和应用前景。
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