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第一章 研究基础1

第一节 研究意义1

第二节 研究现状3

一、构造和热动力学条件及其控气作用3

二、沉积动力学条件及其控气作用4

三、地下水动力学条件及其控气作用5

四、煤层气成藏动力学研究发展趋势6

第三节 科学问题7

一、现存主要问题8

二、重点解决的科学问题13

第四节 研究方案14

一、主要研究内容14

二、研究流程与技术方法15

三、预期目标17

第二章 煤层气地质背景18

第一节 地层与含煤地层18

一、沁水盆地地层与含煤地层18

二、鄂尔多斯盆地东缘南段地层与含煤地层24

第二节 构造及岩浆活动30

一、区域地质发展史30

二、沁水盆地构造特征32

三、鄂尔多斯盆地东缘南段构造特征36

四、岩浆活动38

第三节 煤级与煤层含气量42

一、沁水盆地煤级与煤层含气量42

二、鄂尔多斯盆地东缘南段煤级与煤层含气量44

第四节 煤层气资源47

第三章 煤层气成藏构造动力条件50

第一节 基本概念与研究方法50

一、构造应力与构造应力场50

二、古构造应力场与现代构造应力场51

三、构造应力场研究流程52

四、构造应力场有限元数值模拟53

第二节 盆地构造应力场及其演化54

一、沁水盆地构造应力场54

二、鄂尔多斯盆地构造应力场64

第三节 盆内构造分异及其控气特征67

一、区域构造背景与盆地构造形成67

二、现代构造应力场对煤层渗透性的控制69

三、构造曲率对煤层渗透性的控制作用75

四、煤层微观应变及其成藏动力意义78

第四节 构造动力条件耦合控气格局80

第四章 煤层气成藏热动力条件82

第一节 石炭二叠系煤层埋藏历史82

一、含煤地层上覆地层厚度恢复82

二、煤层埋藏历史与埋藏阶段85

三、煤层埋藏史地质模式86

四、煤层埋藏史与煤层气的保存89

第二节 地温场特征及其演化90

一、区域地温场及其演化历史90

二、沁水盆地地温场及其演化历史93

三、鄂尔多斯盆地东缘南段地温场及其演化历史96

第三节 燕山运动中期构造热事件103

一、构造热事件发生时期103

二、构造热事件的强烈性、非均一性和瞬时性104

三、异常高热古地温场形成的地质-地球化学机制108

第四节 热动力特征与煤层气富集条件113

一、沁水盆地古热场的控气地质特征113

二、鄂尔多斯盆地东缘古热场的控气地质特征115

第五章 煤层气成藏水动力条件117

第一节 水文地质单元边界及其控气特征117

一、沁水盆地水文地质单元及其边界控气特征117

二、鄂尔多斯盆地东缘水文地质单元及其边界控气特征121

第二节 现代地下水动力场与煤层气富集124

一、沁水盆地现代地下水动力场与煤层气富集124

二、鄂尔多斯盆地东缘现代地下水动力场与煤层气富集137

第三节 现代地下水地球化学场及其控气特征141

一、沁水盆地地下水地球化学场与煤层气保存条件141

二、鄂尔多斯盆地东缘地下水地球化学场与煤层气保存条件149

第四节 地下水系统与煤层气成藏能量动态平衡151

一、甲烷在煤层水中溶解度的温压物理模拟151

二、煤储层气-水两相流在煤层气聚散中的作用155

三、盆地内部地下水动力条件控气作用的显现形式157

第六章 煤层渗透率与成藏动力条件161

第一节 耦合分析理论与方法161

一、煤储层应力渗透率及其数学模型161

二、煤储层气-水两相流特性物理模拟163

三、煤层气解吸诱导煤储层渗透率变化数值模拟169

第二节 沁水盆地南部煤层的应力渗透率170

一、煤储层应力渗透率地质模型171

二、煤储层应力渗透率力学模型171

三、煤储层应力渗透率及其解析模型174

第三节 相对渗透率对煤层气成藏过程的影响176

一、沁水盆地煤相对渗透率的基本特点176

二、煤层气聚散历史中的煤储层气-水两相流177

三、煤层气解吸诱导的煤储层渗透率演化178

第四节 煤基块弹性自调节作用与成藏效应184

一、煤层裂隙开合程度及其对成藏效应的影响184

二、煤基块弹性自调节效应物理模拟185

三、煤基块弹性自调节效应模式188

四、高煤级煤成藏的弹性自封闭效应191

第七章 煤层气聚散历史及其区域分异192

第一节 煤层气聚散历史数学模型192

一、煤层气聚散动态平衡子模型192

二、煤层气生成-储层压力-赋存子模型192

第二节 煤层气聚散历史数值模拟软件系统200

一、数值模拟软件基本功能200

二、数值模拟软件基本结构201

第三节 沁水盆地煤层气聚散作用202

一、沁水盆地煤层气地质模型202

二、沁水盆地煤层气聚散作用阶段205

三、沁水盆地煤层气聚散作用区域分异208

第四节 鄂尔多斯盆地东缘煤层气聚散作用218

第八章 煤层弹性能及其控藏效应221

第一节 煤层弹性能的物理与数学描述221

一、煤层弹性能总体构成221

二、煤层弹性能数学模型推导222

三、煤层弹性能的一般影响因素224

第二节 煤层弹性能成藏贡献的定量表征234

一、煤层气成藏宏观动力能和微观动力能234

二、煤层气压力系统发育程度定量表征236

三、煤层气运移系统发育程度定量表征237

第三节 煤层弹性能及其参数的成藏演化238

一、煤层弹性能地质演化历史238

二、煤层气压力系统地质演化历史244

三、煤层气运移系统地质演化历史250

第四节 基于弹性能的煤层气成藏类型与聚散模式252

一、煤层气成藏效应三元判识模式253

二、煤层气成藏能量聚散模式255

第九章 基于动力条件的煤层气有利区优选257

第一节 煤层气有利区优选方法发展历史257

第二节 煤层气有利区动力条件优选思路与流程259

一、煤层气有利区动力条件优选思路259

二、煤层气有利区动力条件优选流程261

第三节 沁水盆地煤层气富集高渗区带262

一、表象动力条件叠合法优选262

二、煤层气成藏效应法优选264

三、煤层气能量聚散模式优选268

四、煤层气有利区带综合优选271

第四节 鄂尔多斯盆地东缘南段煤层气富集高渗区带271

一、表象动力条件叠合法优选271

二、煤层气成藏效应法优选274

三、煤层气能量聚散模式法优选276

四、煤层气有利区带综合优选278

第十章 煤层气成藏动力学研究的扩展思考279

第一节 影响煤层渗透性发育的地应力效应279

一、我国地应力分布规律与特点279

二、地应力场与煤层渗透性285

第二节 影响煤层气成藏动力条件的深度效应286

一、深部煤层气资源及其开发潜力286

二、地温场和应力场耦合作用下的煤层含气量临界深度288

三、深部应力场作用下的煤层渗透性分布特点290

四、深部煤层流体动力分布特点292

第三节 影响煤层含气动力条件的煤级效应293

一、低煤级煤层气资源及其开发潜力294

二、低煤级煤的孔隙结构与吸附性295

三、低煤级煤层气的赋存状态296

第四节 影响煤层气成藏动力条件的粒度效应297

一、我国构造煤分布规律与特点298

二、构造煤煤层气资源及其开发潜力301

三、煤吸附行为粒度效应模拟实验及其启示302

参考文献308