文摘

盐度、化学性质和迁移特征,地下水在煤层的关键因素是影响一代,水库移民和硫化氢(H2在煤煤层。在侏罗纪煤岩层在准噶尔盆地东南缘为研究对象,根据煤层的水文地质特征,该地区分为4个水文地质单元。煤层气包含大量的沼气。在地下水径流方向,盐度和pH值逐渐增加。水文地质单元的盐度较低;这不是有利于硫酸盐还原细菌的传播和Houxia硫化氢的形成,南部的玛纳斯河,呼和Liuhuangou区域,Miquan的西部地区。低水位的高盐度中心和萧条(水动力停滞区)水文地质单元Liuhuanggou和Miquan的生产和浓缩的主要领域是H2在煤级煤。高盐度的水是由渗透、径流、蒸发和干旱。同时,深层承压水环境封闭;在富烃条件,硫酸盐还原菌的作用下,会发生细菌硫酸盐还原和硫化氢的形成。根据水的循环特点轴承H2在该地区,叠瓦和单斜两种生成和富集模式硫化氢作用下的水动力控制。硫化氢在纯水中的溶解性和解决方案的氯化钠和Na2所以4与不同的摩尔浓度计算。H2年代溶解度4煤层的地下水水文地质单元估计。

1。介绍

新疆维吾尔自治区是国内产煤省在中国预测储量约占40%。准噶尔盆地东南缘是一个典型的内陆盆地的煤层气发展煤煤。硫化氢(H2S)在许多矿区含煤地层异常丰富,在准噶尔盆地东南缘特别严重,如乌鲁木齐市、昌吉市、富康、有许多事故死亡和受伤1]。人们普遍认为,H2年代初可生化降解形成的泥炭积累,细菌硫酸盐还原(BSR)泥炭积累时期煤炭的形成阶段,热化学硫酸盐还原(TSR)在煤演化和热分解硫化物(TDS)和岩浆(火山喷发)活动,和人们普遍认为的BSR和TSR的主要来源是H2在煤和岩石缝(1- - - - - -5]。细菌硫酸盐还原(BSR)是一种代谢过程中,硫酸盐还原细菌吸收减少硫酸盐在没有氧气的条件下,氧化有机物获得能量,降低硫酸形成硫化氢。地下流体的化学性质和地下水中微生物活动的特点有重要影响的一代煤煤层biogas-bearing硫化氢;影响形成的主要控制因素,水库移民和硫化氢的煤煤层(6,7]。基于煤和岩石地层的异常富集在准噶尔盆地东南缘,分析研究区域的地质概况,并讨论地下水盐度的影响在煤层形成、迁移和积累的H2在煤煤层。H2年代溶解度计算煤层的水体。在补充的研究有一定的支持作用,改善的原因,分布特征,出现规则和现有的煤矿防灾(煤甲烷)H2同时,它为大气环境污染控制提供了理论支持。此外,它提供了参考煤煤层煤层气的勘探和开发包含H2摘要准噶尔盆地东南缘,中国。

2。区域地质调查

结合位点的面积是准噶尔盆地的南缘,天山北部和Bogda山,中国。煤和岩石地层形成一系列的西北、东北东部和东南部东线性断层破碎带(8,9]。结构划分属于准噶尔盆地东南缘褶皱带,和大部分表面被第四纪覆盖层,和侏罗纪地层广泛暴露。地区煤田地质地图如图1。


图1
该地区煤炭地质地图:1:四级,2:部分昌吉市上游组,3:中下段四河组,4:前山组,5:上白垩纪和低三级,6:下白垩统Tugulu集团7:侏罗纪,8:三叠纪,9:二叠纪,10:Pre-Permian, 11:错,12:不整合,和13:岩层。①:Kalaza背斜,②:西山背斜,③:北小通道背斜,④:南小通道背斜,⑤:Qidaowan背斜,⑥:八背斜。F 1:西山的错,F 2:Wangjiagou的错,F 3:Jiujiawan的错,F 4:Wanyaogou断层,F 5:Hongshanzui-Baiyanggou错。

地区的八道湾组较低的侏罗纪含煤地层主要是和中侏罗世- (10,11]。在侏罗纪早期,coal-sedimentary存款主要是集中在乌鲁木齐以东Fukang-Shuixigou区域的面积的八道湾组(形成J1b)煤层。乌鲁木齐东部的中厚煤层、薄在西方,和薄从下到上。可以收集在煤层共有3 ~ 15层的厚度和可用45米到66米,在煤含量是9% ~ 11%,煤的镜质组反射率一般是0.7% ~ 1.0%。

中侏罗世,煤炭资源丰富效果增强,和富煤带向西迁移,出现在富康、乌鲁木齐和玛纳斯,形成- (J2x)煤层。向西向东煤层变薄层,和最好的发展是乌鲁木齐区域。煤层可以收集总共11 ~ 35层,厚度从34.1米到151.9米,可用煤含量是11.7% ~ 25%。有3 ~ 11层煤层总共可以收集在中粮,厚度为25.6米~ 52.5米是可用的和coal-containing系数12.8% ~ 17.6%。煤的镜质组反射率在乌鲁木齐的东部通常低于0.5%,其中大部分是在褐煤阶段。煤的镜质组反射率在乌鲁木齐西部一般0.5% ~ 0.7%,主要在长焰煤和天然气煤。

煤层的埋藏深度在乌鲁木齐的东部是浅,一般少于800米,和煤层相对平坦。煤层的埋深在乌鲁木齐西部的400米和1200米之间,这是越挖越深,从盆地的南缘。形成陡;15°~ 25°倾角是西部的乌鲁木齐Miquan-Fukang地区45°。

3所示。水文地质

研究区有一个典型的干旱和midtemperate大陆性气候。蒸发远远大于降雨量,冰雪的融化是煤系地层水的主要来源6,12]。根据区域结构特点,煤系含水层的水动力参数,盐度、地下水的化学特征,等等,和地区可以分为4个水文地质单元:玛纳斯河River-Hutubi(马互市)Liuhuanggou区、Miquan区域和Houxia区。本研究着重于两个水文地质单元:Liuhuanggou区和Miquan区。

区域地下水的主要流向是一个向心运动从南到北,西,迁移到深。水文地质单元的马互市,表面有许多河流的径流和地下水和地表水之间的交替频繁。在Liuhuanggou的水文地质单元,地下水由南北小通道控制背斜、Kalaza背斜,四天的西山背斜构造带,和地下水流动从南往北递增。Miquan水文地质单元,构造挤压造成区域地下水流运行从八斜翼核心南部和西南方向的核心。地下水水文地质单元划分和迁移特征如图2。


图2
水文地质单元划分和特点在该地区地下水迁移。
3.1。盐度对硫化氢的形成的影响
3.1.1。地区煤层气的组成特征δ13C

甲烷δ13C值区域煤层气主要落在-41.8‰~ -64.7‰,一般小于-50.0‰,一般光。其中,δ13甲烷在乌鲁木齐西部的C值是超过-53.3‰~ -62.5‰,和δ13甲烷在乌鲁木齐的东部的C值是超过-62.1‰~ -50.7‰(10,13,14]。根据煤层气成因的分类(12),可以看出区域煤层气成因类型具有不同的特征,这两种生物起源的特性和产热的特性,但他们中的大多数属于混合遗传特征。

3.1.2。的特点δ34在该地区的年代

各种硫同位素值的范围从-14.5‰,11.6‰,通常很低。其中,煤中黄铁矿的硫同位素值是8.7‰和11.6‰之间,平均为10.2‰;的δ34S (H2在煤层是负的,值的范围是-14.5‰~ -9.4‰,平均为-12.3‰;的价值δ34年代煤矿地下水为-0.6‰;的价值δ34年代以原油Houxia地区区域边界为14.17‰。H的形成2年代通常展品BSR的特点(2,4,5]。可以看出该地区煤层气包含大量的二级沼气,其中产甲烷菌和硫酸盐还原菌(SRB)是次要的主要微生物有机体(2,15]。

3.1.3。盐度对硫化氢的形成的影响

总溶解固体(TDS)是微生物繁殖的主要控制因素和天然气生产。当地层水TDS小于4000 mg / L,国储局活动低,天然气产量很小。当TDS小于103mg / L,国储局不容易生存。随着TDS的浓度增加,国储局将显著提高,天然气生产效率将会增加。TDS超过10000 mg / L时,尤其是在的范围 ,它非常适合SRB繁殖。之后,随着盐度的增加,SRB菌的数量大大减少。当TDS达到 mg / L, SRB很难生存。在还原条件下,当温度是37°C和50°C,分别不同盐度对SRB生长的影响如图所示3(16]。


图3
不同盐度对SRB的生长的影响。

地下水的TDS小于4000 mg / L(低盐度)地区,不利于SRB繁殖和硫化氢生产。TDS范围从4000 mg / L到10000 mg / L(中等盐度),SRB的地方可以繁殖并产生硫化氢。和TDS大于10000 mg / L(高盐度)是最有利的地区SRB繁殖和天然气生产。煤层的统计结果在煤层水盐度地下水四个地区的水文地质单元如表所示1(17]。

表1
TDS地下水在煤层的分布。

四个单元的TDS地下水在该地区煤炭措施千差万别。盐度的分布具有南北分带的特点和东西方部分。盐度逐渐增加地下水径流方向。低盐度区主要分布在南部Houxia年底,玛纳斯River-Hutubi河,和Liuhuanggou单位。这个地区还频繁交替液压动力,减少和密封环境很差。国储局并不肥沃,硫化氢的量很小。中等盐度区分布在大多数地区的玛纳斯河River-Hutubi, Liuhuanggou, Miquan单位。这个区域主要是疲软的地下水流动区域,和SRB的效率生产硫化氢产量增加。的高盐度分布在北方Liuhuanggou Miquan单元的单元测试和西北。这个区域具有良好的密封条件和较低的汇水区域(水动力滞留区)。 The SRB is highly proliferated and is the main area for the formation and enrichment of low-rank coal hydrogen sulfide. According to the degree of mineralization and the effect of salinity on SRB reproduction and hydrogen sulfide production, the distribution of salinity and the relationship between SRB reproduction and hydrogen sulfide production can be obtained as shown in Figure4。


图4
TDS地下水的分布和特点,SRB传播和H2年代的一代。
3.2。影响硫化氢的形成地下水化学特征

东南地区的山脉和河流,冰雪融化,地下水流动从南到西部和北部,逐步流向深。径流的方向,由于大型水力梯度,交替作用强;过程中渗透和径流、解散和浸出的钙长石和钠长石。可能的化学反应方程式所示(1)- (3)[5,17]:

高矿化度水可能形成严重的干旱下蒸发。和深水环境密封。在富烃条件,SRB的作用下,BSR行动会发生和H2将形成的年代。可能的反应公式方程所示(4)[3,17]:

一系列的BSR促进碳酸钙晶体的形成的水有限公司2可溶性钙离子,促进积极的反应方向和导致减少Ca2 +内容。从南到北的盆地,阳离子Ca2 +在每个煤矿的深层压力水从57.8%减少到21.2%9Ca等)和化学特征2 +和H2水体中的年代内容满足上述规则。H2年代是一个二元酸,易溶于水,有两个电离平衡在H2年代在水溶液5]:

地下水是弱碱性,pH值主要是在7.5和9.0之间。可以看出,煤炭措施主要是地下水中的硫化物的形式存在于H2年代和海关- - - - - -。

3.3。影响地下水控制硫化氢的形成

形成的高矿化度地层水的融化雪在东南部山区,以及降雨径流流入萧条时期或断层带在前面的山,及其第四纪沉积物厚约400米~ 1300米;一层厚厚的松砂和砾石堆积。抑郁或基底隆起的地质结构提供了一个巨大的空间对于地下水的发生和迁移(H2。区域烃源广泛发展。在深封闭的环境中,地下水迁移缓慢或停滞不前,SRB高度激增,BSR发生和硫化氢的形成。区域地下氢sulfide-containing水循环特征可以描述如图5。


图5
水轴承H的周期特征2年代。

区域水动力气体控制主要表现为水动力封闭气体控制和水动力堵塞气体控制。乌鲁木齐的东部是受地质构造的影响,及其在煤矿测量地下水monoslanted南翼被河流和冰川融水充电,主要是弱径流的地区,和停滞的地区。密封条件好,生成的H2年代溶解到水体或逃脱与流动的气体和水的深煤层的一部分。与此同时,周围的岩石砂体连续性差导致缓慢或停滞的地下水含煤地区。因此,H2在煤岩向上扩散将阻塞。同时,地下水的缓慢H2深部分和H2年代将会阻塞,导致异常浓缩H2在煤岩和水。H2单斜向北的年代积累模型如图6(17]。


图6
单斜H2年代形成和积累模型在乌鲁木齐的东部。

乌鲁木齐西部Urumqi-Miquan走滑断层的影响,和逆冲推覆体构造带。是一种断裂与滑动运动垂直于断裂表面移动,和一个背斜与鹅形状和叠瓦形成分布。在煤炭露头乌鲁木齐的西部,西南部的水交替连接,地层水的渗透区。当地的区域形成一个放电区域的液压动力强劲交替。减少环境差,SRB繁殖和H的形成2不习惯,地下水的身体会不断溶解并带走生成的H2在迁移过程中,最终导致H2耗散。它不利于浓缩的H2美国在该地区的西山煤矿在西北部乌鲁木齐西部的一部分,深海液压性能保留区域。对H2BSR行动产生的年代,有些气体是集成到水体,慢慢地迁移到深部分;有些是混合气体的煤层和垂直迁移或纵向沿气源的萧条。硫化氢的分布地区煤、岩层极不平衡。乌鲁木齐西部,南部的浅地层的水动力交替相对强劲,和H2S是很少丰富。然而,在水文拘留区域(西山矿区)乌鲁木齐的西部,北部硫化氢浓缩是极其严重的。叠瓦H的面积2年代地层和聚合模式如图7。


图7
叠瓦H2年代形成和积累模型在乌鲁木齐的西部。

4所示。硫化氢的地下水溶解煤措施

H的溶解度2年代的水通常是受温度、压力、盐度、水化学和混合气体(18,19]。段et al。20.,21)和其他一些人认为,H的溶解度2本质上是一种气液平衡问题,气液平衡问题可以平衡计算的H2在化学的地位 的气相化学的地位 的液相。所示 在哪里 H的标准化程度吗2在气相,这是理想气体化学位置的压力1条; 硫化氢的标准化程度在液相,即理想溶液的化学位置每单位重量克分子浓度; 气体的溶解度; 硫化氢组件; 硫化氢活度系数; 是温度;和 是压力。当相平衡 ,它可以得到 在H2年代的溶解度 是一个函数的区别 , , ,H2逸度系数( ), , ,和 。让 是零;因为只有少量的水蒸气是包含在气相,纯气体的逸度系数的差异很小,和逸度系数 由纯气体状态方程可以近似。因此,的摩尔分数 在气相近似

的公式, 可以近似为纯水的饱和压力。H的活度系数2在液相可以来源于Pitzer模型(22]: 在哪里 和 分别二元和三元交互作用参数, 和 分别代表阳离子和阴离子。用方程(10)方程(8)的收益率 在哪里 , ,和无量纲的标准化程度 都是温度和压力的函数;这些参数可以由回归纯气体的溶解度实验数据。根据Pitzer模型(22),H2年代溶解度计算模型可以表示如下:

方程(11)和(12)形式的基本方程计算溶解度的H2年代。

溶解度参数计算的交互的H2年代是表所示2(20.,21]。

表2
H的交互参数2溶解度。

根据气体相互作用参数表3的溶解度,H2年代在纯水和不同的摩尔氯化钠和Na2所以4解决方案是通过上述公式,如图8- - - - - -10(20.,21,23- - - - - -25]。

表3
煤储层参数1000米深度的措施和溶解度的H2在该地区的年代。

图8
溶解度H2在纯水和氯化钠的解决方案。

图9
溶解度H2在氯化钠溶液。

图10
溶解度H2在Na2所以4解决方案。

可以看出,在相同的条件下,H的溶解度2在纯水大于含盐分的水溶液,和它的溶解度降低溶液的温度上升。矿化的程度越高,溶解度越低的硫化氢。随着压力的增加,硫化氢的溶解度可以显著提高,尤其是在初始阶段0.1 MPa ~ 6.0 MPa。

研究表明,区域地温梯度的变化规律如下(16):当埋深小于1000米,它是24°C和41°C之间,平均33°C;埋深1000米~ 2000米,这是34°C和73°C之间;平均为53.8°C。根据1000储层深度的储层参数的四个水文地质单元,H的溶解度2年代在煤层的地下水可以估计,如表所示3。和SRB的特点在该地区的传播和硫化氢生产图所示4。

5。结论

(1)四个水文地质单元划分。水文地质单元的盐度很低,液压动力交替强烈;它不利于SRB的生存和硫化氢的形成。低水位的高盐度中心和萧条(水动力停滞区)的主要领域是SRB和生产的扩散和H的浓缩2在煤级煤。盐度的增加有利于SRB的扩散和硫化氢的形成(2)深层承压水环境封闭;SRB的作用下,会发生BSR和H2可以形成。叠瓦和单斜两种生成和富集模式下硫化氢的水动力控制(3)在计算地下水中硫化氢气体的溶解度煤措施,除了本文中提到的因素,它应该考虑结合地层水化学类型和混合气体成分的特点

数据可用性

使用的数据来支持本研究的发现可以从相应的作者。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

确认

作者感谢河南理工大学的刘Mingju教授他的热心指导和帮助。这项工作得到了国家自然科学基金批准号51774116下,重点科研项目的高校在河南省批准号14 b440006,和青年骨干教师的培训计划下的河南省高校ggjs052批准号2019。