山西省重点实验室巡礼：煤与煤系气地质山西省重点实验室（山西煤化所国家重点实验室）

科技决定山西未来发展，创新引领三晋转型升级。作为科技创新体系的重要组成部分，重点实验室已成为孕育重大原始创新、助力高质量发展的重要科技力量。近年来，按照省委省政府战略部署，山西围绕传统产业转型升级和战略性新兴产业集群发展，不断加大扶持力度和建设水平，涌现出一批引领前沿、学科交叉、综合集成、国内外有影响的重点实验室，为我省2030年基本实现转型、2035年基本实现现代化目标发挥了有力的支撑作用。

为深入实施科教兴省、人才强省、创新驱动发展战略，展现山西发展的新领域、新动能、新优势，本报与省科技厅联合推出“山西省重点实验室巡礼”系列报道。“山西省重点实验室巡礼”将视角对准全省百余家重点实验室，用生动的笔墨、精彩的镜头，多角度、近距离记录实验室建设发展成效，多形式、立体化讲述富有成效的创新案例和鲜为人知的创新故事，多渠道、宽领域展示我省重点实验室近年来取得的丰硕成果。系列报道将努力把对科技创新的礼赞，以有高度、有深度、有温度的方式呈现出来，为奋力推进中国式现代化山西实践作出新的更大贡献。

煤与煤系气地质山西省重点实验室

强化地质工作科技支撑 提高能源资源安全保障

山西有丰富的煤炭资源，储量占全国的四分之一，产量占全国的三分之一。近年来，山西大力推进煤炭绿色开采和清洁高效利用，隐藏在煤炭当中的煤层气以及锂、镓等关键金属也受到了广泛关注，也自然催生了煤与煤系气地质相关方面的研究工作。

煤与煤系气地质山西省重点实验室学术委员会

煤与煤系气地质山西省重点实验室（以下简称“实验室”）根据国家煤及煤系气发展战略需求、学科发展趋势和山西省煤与煤系气地质勘查亟待解决的重大科学问题，充分发挥优势，以煤与煤系气地质理论和勘查技术体系为研究着眼点，开展原始创新研究、勘查技术开发及工程示范，在煤岩与流体相互作用机制、煤系气成藏作用及储层评价、煤与煤系气精细勘查、煤与煤系气开发的环境地质效应四个方向展开研究，为山西“摸家底”“晒成绩”，挖掘煤炭里的“精华”。

开展精细化研究 提高煤层气产量

“2017年，我们实验室参与勘查的榆社—武乡区块深层煤层气资源调查项目取得重大突破，经国土资源部专家初步论证，总面积达1219.72平方千米，预测煤层气、页岩气资源总量超过5000亿立方米，属超大型气田，具备建设大型煤层气产业基地的资源条件。”实验室主任、山西省地质矿产研究院有限公司董事长王红冬介绍。经勘查，榆社—武乡区块全区煤层主要为3号煤、8号煤、12号煤、15号煤，煤类以贫煤、无烟煤为主，煤层吸附能力较强、含气量较高，其中煤层气资源量2414.56亿立方米，页岩气资源总量3040.95亿立方米，为超大型气田（资源量大于300亿立方米为大型气田）。其中在有利区388.51平方千米内，已获得煤层气、页岩气资源量1812亿立方米。

此次的勘查发现，为山西建设国家非常规天然气基地、实现煤层气增储上产提供强有力保障。

除此之外，实验室明确了山西煤层气非均质性分布的尺度效应及地质控制因素；发现煤储层裂隙—孔隙结构的非线性演化特征受煤结构的控制，发展了基于主成分分析构造煤测井识别准则及方法；提出了煤层气封存单元的概念，发展了基于震—测联合的封存单元边界识别方法；基于压裂参数的原地应力计算方法及压裂后渗透率预测模型，提出了富集高产区评价与预测方法；提出了基于煤层气分布及储层特征的井网布置与开发技术、工艺选择原则。

建立煤层气开发潜力综合评价体系

“我们看到的这些暗色部分就是煤中有机质，这些比较亮的部分就是煤中无机矿物……”走进实验室，研究人员正在对煤炭样品进行检测。扫描电镜放大2500倍后，煤的微观结构清晰可辨。在微观世界里，煤炭中各类平常看不到的资源变得有迹可循。通过对煤炭进行结构观察、物理性质测试与化学成分分析，就可以判断煤炭中有多少共伴生关键金属和天然气资源。煤与煤系气地质山西省重点实验室（以下简称“实验室”）根据国家煤及煤系气发展战略需求、学科发展趋势和山西省煤与煤系气地质勘查亟待解决的重大科学问题，充分发挥优势，以煤与煤系气地质理论和勘查技术体系为研究着眼点，开展原始创新研究、勘查技术开发及工程示范，在煤岩与流体相互作用机制、煤系气成藏作用及储层评价、煤与煤系气精细勘查、煤与煤系气开发的环境地质效应四个方向展开研究，为山西“摸家底”“晒成绩”，挖掘煤炭里的“精华”。

开展精细化研究 提高煤层气产量

“2017年，我们实验室参与勘查的榆社—武乡区块深层煤层气资源调查项目取得重大突破，经国土资源部专家初步论证，总面积达1219.72平方千米，预测煤层气、页岩气资源总量超过5000亿立方米，属超大型气田，具备建设大型煤层气产业基地的资源条件。”实验室主任、山西省地质矿产研究院有限公司董事长王红冬介绍。经勘查，榆社—武乡区块全区煤层主要为3号煤、8号煤、12号煤、15号煤，煤类以贫煤、无烟煤为主，煤层吸附能力较强、含气量较高，其中煤层气资源量2414.56亿立方米，页岩气资源总量3040.95亿立方米，为超大型气田（资源量大于300亿立方米为大型气田）。其中在有利区388.51平方千米内，已获得煤层气、页岩气资源量1812亿立方米。

此次的勘查发现，为山西建设国家非常规天然气基地、实现煤层气增储上产提供强有力保障。

除此之外，实验室明确了山西煤层气非均质性分布的尺度效应及地质控制因素；发现煤储层裂隙—孔隙结构的非线性演化特征受煤结构的控制，发展了基于主成分分析构造煤测井识别准则及方法；提出了煤层气封存单元的概念，发展了基于震—测联合的封存单元边界识别方法；基于压裂参数的原地应力计算方法及压裂后渗透率预测模型，提出了富集高产区评价与预测方法；提出了基于煤层气分布及储层特征的井网布置与开发技术、工艺选择原则。

建立煤层气开发潜力综合评价体系

“我们看到的这些暗色部分就是煤中有机质，这些比较亮的部分就是煤中无机矿物……”走进实验室，研究人员正在对煤炭样品进行检测。扫描电镜放大2500倍后，煤的微观结构清晰可辨。在微观世界里，煤炭中各类平常看不到的资源变得有迹可循。通过对煤炭进行结构观察、物理性质测试与化学成分分析，就可以判断煤炭中有多少共伴生关键金属和天然气资源。

扫描电镜

实验室通过对山西省石炭—二叠纪中低变质煤样的系统测试，分析了中低变质煤储层物性特征，探讨了中低变质煤储层物性特征的变化规律及其控制因素，建立了煤层气开发潜力综合评价体系。王红冬介绍，我省中低变质煤储层分布在大同煤田、宁武煤田、西山煤田、河东煤田中北部，中低变质煤储层含气量随煤层埋深增大而增大，渗透率随煤层埋深增大而减小。根据煤层厚度、含气量、资源丰度、煤层埋深、渗透率和裂隙密度对山西中低变质煤储层煤层气开发潜力评价，由好到差的顺序依次为：柳林矿区、河保偏矿区、西山古交矿区、宁武轩岗矿区、静乐岚县矿区、平朔朔南矿区。

发挥优势 对矿产资源进行摸底调查

矿产资源在经济社会中占有重要地位，没有钾盐、磷矿等农用矿产资源，农业的高产稳产难以保证；没有铁、铜、石油、煤等大宗矿产资源，工业的现代化是无米之炊；没有稀土、锂、镍等关键金属矿产，高端装备制造业和其他战略性新兴产业无从谈起；没有盐、水泥灰岩、宝玉石等矿产资源，幸福生活也索然无味。

山西省煤基低碳联合基金项目野外考察

除了煤层气以外，煤中关键金属的发现和检测也是实验室工作的重点。在2016年、2017年，实验室连续两年对山西省六大煤田煤炭中共伴生矿产资源进行了摸底调查、评价与研究工作。经调查研究，初步总结了锂、镓、锗、稀土元素等战略金属元素在山西时空分布规律，为精确勘探提供有利靶区；基本查明上述元素在山西煤中的赋存状态和主要载体矿物，为后期开发利用提供了基础支撑。

全省煤中锗预测量57056t，镓362049t，铀146574t，钒114302t，锂1740385t，铷1049861t，铊8583t，钪19549t，稀土总量1063279t……截至目前，实验室已探明提交各类资源量100多亿t，其中，煤炭资源量5.2亿t，新增资源量61.9亿t。

“通过研究，我们对山西煤炭中的关键金属的分布也进行了整体的研究与区划，对镓、锂、稀土都进行了详细的分布规律的研究，这些为山西省的转型发展提供了重要科技支撑。”王红冬说。

科技引领 助推山西能源革命

电感耦合等离子体质谱仪

“这是同位素比质谱仪。这台仪器进口自美国，价值330万。”王红冬告诉记者，该仪器测试精度处于全国领先水平。该仪器可以进行煤层气、页岩气中碳氢同位素、水中氢氧同位素、固体碳同位素的测试，进而为识别煤层气是微生物成因还是热成因、判别瓦斯和煤层产出水来源提供数据支撑。“曾经的王家岭煤矿‘3.28’透水事故救援行动中，这台仪器做出了很大的贡献。”说起煤层产出水，王红冬给记者讲了个小故事。她说，在那场生死大营救中，这台仪器准确地检测出了出水类型，实验室以此为依据准确判断了出水来源，为营救被困人员赢得了宝贵的时间，谱写了一曲生命的赞歌。

X射线衍射仪

除了同位素比质谱仪，实验室还拥有渗透率测定仪、全自动压汞仪、X射线衍射仪、等温吸附仪、碳硫分析仪、岩石热解仪、有机元素分析仪、X射线荧光光谱仪、等离子体质谱仪等先进仪器设备。

牢记嘱托 勇担科技自立自强使命

“在2015年筹建实验室的时候，我们就引进了一大批大型精密仪器设备。”王红冬说，依托这些设备，实验室完成了一系列煤层气、页岩气勘查项目，积累了大量的测试数据。基于这些数据，实验室又完成了大量的基础研究和应用研究，为推进山西能源革命提供了重要支撑。

学术交流会会议

“矿产资源是经济社会发展的重要物质基础，矿产资源勘查开发事关国计民生和国家安全。”习近平总书记曾经在给地质工作者的回信中指出，“希望同志们大力弘扬爱国奉献、开拓创新、艰苦奋斗的优良传统，积极践行绿色发展理念，加大勘查力度，加强科技攻关，在新一轮找矿突破战略行动中发挥更大作用，为保障国家能源资源安全、为全面建设社会主义现代化国家作出新贡献，奋力书写‘英雄地质队’新篇章。”

学术委员会会议

实验室研究人员牢记习近平总书记的嘱托，以学习贯彻习近平新时代中国特色社会主义思想为主题，围绕中心、服务大局，把开展主题教育同贯彻落实中央、省委、地勘局和地质集团各项决策部署结合起来，做到两手抓、两促进，为奋进新征程凝心聚力。目前，实验室已承接多个重大专项研究课题，已经成为我省煤炭科技创新体系中的重要组成部分。未来，在山西能源革命的浪潮中，实验室将进一步找准定位，精练研究方向，尤其是在煤炭高效清洁利用和分级分质梯级利用方面，做好科研立项与研究工作；总结凝练、加快已有科研成果转化，进一步增强重点实验室自主创新能力；继续强化重点实验室共建三方的进一步融合，优化配置资源，向省部共建重点实验室大步迈进。

来源：山西科技报