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