构造附加动力对煤变质过程的影响.pdf

　 地　质　科　学 　 ２０１２年４月 ＣＨＩＮＥＳＥＪＯＵＲＮＡＬＯＦＧＥＯＬＯＧＹ ４７（２）：５１７—５２９ 构造附加动力对煤变质过程的影响 １，２ １，２ ３ ３ 敖卫华 　黄文辉 　唐修义 　陈　萍 （１．中国地质大学（北京）能源学院 北京　１０００８３；２．中国矿业大学煤炭资源与 安全开采国家重点实验室 北京　１０００８３；３．安徽理工大学 安徽淮南　２３２００１） 摘　要　本文从固体力学、构造物理化学的角度分析了煤岩所受应力的来源、性质以及应力在 煤变质过程中的影响方式。作者在前人研究基础上，阐述了构造动力影响过程中煤岩能量的 转换形式，分析了应力在烟煤分子团聚过程中的影响。研究认为，煤岩所受的各种应力（压应 力、拉应力、剪应力）为地层压力与构造动力所造成的附加内力。这种附加内力可以分解为构 造附加静水压力与偏应力两部分。构造附加静水压力主要影响煤岩的物理性质，如孔隙度、颗 粒性质与瓦斯吸附特征，并对煤的化学煤化过程有缓慢促进作用。偏应力主要使煤岩发生变 形和位移。煤化过程中，由构造运动所产生的动能转化为各种形式的热能、表面能、弹性变形 能以及声、光、电、磁等形态能量。 关键词　构造附加动力　煤变质　动力变质 中图分类号：Ｐ５５１，Ｐ６１８１１ 文献标识码：Ａ 文章编号：０５６３－５０２０（２０１２）０２－５１７－１３ 煤的组成与结构都非常复杂，为不均一的有机岩石体，对于温度、压力以及流体等地 质环境因素都十分敏感（韩德馨，１９９６；杨起，１９９６）。实事上，煤变质过程是煤岩受不 同因素影响与围岩发生物质与能量交换并自身不断演化的过程。传统煤变质理论认为 温度和时间是煤变质过程中的两个主导因素（ＴｅｉｃｈｍüｌｌｅｒａｎｄＴｅｉｃｈｍüｌｌｅｒ，１９６６；Ｓｔａｃｈｅｔ ａｌ．，１９８２）。煤岩所受的压力，无论是上覆岩层施加的静压力，还是构造运动所产生的动 压力，仅促进煤的物理结构变化，并不促进煤的化学变化（Ｍｏｔｈｉｏｕｘｅｔａｌ．，１９８５；Ｓａｊｇóｅｔ ａｌ．，１９８６；杨起，１９９６），甚至起到抑制作用（姜峰等，１９９８）。但是许多国内外学者研究 发现，由于构造动力导致煤层或煤体结构发生异常变化，不仅能促使煤物理结构的变化， 也会对煤化学成分的变化产生一定的影响（ＰｅｔｚｏｕｋｈａａｎｄＳｅｌｉｖａｎｏｖ，１９９１；曹运兴等， １９９６；毕华等，１９９７；张玉贵等，１９９７，２００５，２００８；蒋建平等，２００１；唐方头，２００２；曹 代勇等，２００６，２００９；琚宜文等，２００９）。由于目前尚无法对动力在煤变质过程中的各种 影响进行全面定性与定量评价，因而学界对煤的动力变质机理也颇有争议。本文从固体 力学、构造物理化学角度分析了煤层所受各种应力的性质、产生的机制及其对煤化过程 的影响方式，从煤岩显微和超显微结构变化的角度，阐述了动力在煤变质过程中存在的 证据，并以淮南矿区１３１煤层为例，说明了大型推覆构造作用所产生的构造动力，在正常 地热条件下不但影响了煤岩的物理结构而且加深了煤的化学变质程度。 　 国家自然科学基金项目（编号，中央科研基本业务费项目（编号：５３２００９５９００１），中国矿业大学煤炭  资源与安全开采国家重点实验室开放研究基金项目（编号：ＳＫＬＣＲＳＭ１０ＫＦＢ０２）资助。 敖卫华，男，１９７８年２月生，博士研究生，工程师，能源地质工程学专业。Ｅｍａｉｌ：ａｗｈ０２２３＠ｃｕｇｂ．ｅｄｕ．ｃｎ ２０１１－１２－１０收稿，２０１２－０２－０８改回。 ５１８ 地　质　科　学 ２０１２年 １　构造附加压力的来源与性质 １１　应力的产生 　　地壳中某点的应力状态 Ｔ主要是由重力 Ｇ和构造力 Ｆ引起的 （见图１）。总静压力 Ｐ是由重力应力场球性应力部分Ｐ 和地质构造力造成的球性应力张力 Ｐ 组成。Ｐ 为