中國煤田地質(zhì)研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

中國煤田地質(zhì)研究的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢

1煤地質(zhì)的重要組成部分煤炭地質(zhì)學(xué)是研究煤炭、煤層、含煤巖系統(tǒng)、煤礦盆地及其相關(guān)稅費(fèi)的材料、組成、性質(zhì)和分布規(guī)律的應(yīng)用基礎(chǔ)學(xué)科，也被稱為煤炭地質(zhì)學(xué)。它的主要分支學(xué)科包括泥炭地質(zhì)學(xué)(peatlandgeology)、煤古植物學(xué)、煤巖學(xué)和煤相學(xué)、煤化學(xué)、煤的分類學(xué)與工藝學(xué)、煤的有機(jī)地球化學(xué)與微量元素地球化學(xué)、含煤巖系的地層學(xué)(包括層序地層學(xué))和沉積學(xué)、成煤古地理學(xué)、煤盆地分析或煤田構(gòu)造學(xué)、煤層氣地質(zhì)學(xué)、瓦斯地質(zhì)學(xué)等。其中,煤巖學(xué)和煤相學(xué)、煤化學(xué)、瓦斯地質(zhì)學(xué)、煤層氣地質(zhì)學(xué)、煤礦(或礦井)地質(zhì)學(xué)和煤田勘探地質(zhì)學(xué)是煤地質(zhì)學(xué)的主要分支;而煤的地球化學(xué)、煤系古生物學(xué)和地層學(xué)(包括煤系層序地層學(xué))、煤系沉積學(xué)、煤田構(gòu)造學(xué)等是地質(zhì)學(xué)的相關(guān)分支學(xué)科在煤地質(zhì)學(xué)中應(yīng)用。煤田地質(zhì)學(xué)是地質(zhì)學(xué)的一部分。一方面,地質(zhì)學(xué)新理論和新思想有力地促進(jìn)了煤田地質(zhì)學(xué)的發(fā)展,另一方面,煤田地質(zhì)學(xué)又有自己的分支學(xué)科,它的相關(guān)研究成果豐富了地質(zhì)學(xué)的內(nèi)容,推動了地質(zhì)學(xué)其他分支學(xué)科(如大地構(gòu)造學(xué)和構(gòu)造學(xué)地質(zhì)學(xué)、沉積學(xué)和層序地層學(xué)、石油和天然氣地質(zhì)學(xué)、地球化學(xué)等)的迅猛發(fā)展。因此,煤田地質(zhì)學(xué)以其相對獨(dú)立、完整的理論基礎(chǔ)、獨(dú)特的研究內(nèi)容和方法體系,成為地質(zhì)學(xué)的重要分支學(xué)科,并具有廣泛的發(fā)展前景。煤炭是我國主要能源,新中國成立以來,煤炭在一次性能源生產(chǎn)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例占70%以上;原煤年產(chǎn)量已從1949年的32.43Mt增加到2009年的2.965Gt。預(yù)計,未來50年煤炭在我國能源消費(fèi)中的比例會有所降低,不過,其數(shù)量不會降低;到2020年,國內(nèi)煤炭需求將維持在3.0Gt以上。因此,作為我國煤炭資源找尋、勘查、評價和煤礦開采地質(zhì)保障系統(tǒng)的理論基礎(chǔ),煤田地質(zhì)學(xué)對于保證國家的能源安全具有現(xiàn)實意義。2最近的進(jìn)展與主要趨勢2.1成煤系統(tǒng)與煤學(xué)成礦的關(guān)系隨著國際能源需求的增長,世界主要產(chǎn)煤國家都在致力于不同地質(zhì)時段、不同聚煤區(qū)和不同沉積盆地的聚煤規(guī)律研究。在煤田地質(zhì)基礎(chǔ)理論研究方面,我國學(xué)者提出了聚煤作用系統(tǒng)(coalaccumulationsystem)論;美國學(xué)者提出了成煤系統(tǒng)(coalsystem;也稱煤系統(tǒng),或含煤系統(tǒng))的概念。按照Milici等的意見,成煤系統(tǒng)是指形成史相同或相近的幾個煤層或煤層群。劃分或定義成煤系統(tǒng)的標(biāo)志主要有:①古泥炭堆積的原始特征;②煤系的地層格架;③主要地層組的煤層豐度;④與古泥炭堆積的地質(zhì)和古氣候條件相關(guān)的煤中硫含量及其差異性;⑤煤的變質(zhì)程度或煤級。煤是原始泥炭經(jīng)歷一系列既復(fù)雜又互相關(guān)聯(lián)的地質(zhì)過程的產(chǎn)物。一般地說,煤層可用其煤級(褐煤到無煙煤)、厚度、空間展布、幾何形態(tài)、煤巖與煤化學(xué)特征、生成生物氣與熱成因氣以及液態(tài)烴的潛力等特征來描述。成煤系統(tǒng)分析與建立成煤系統(tǒng)模型不僅將煤的形成、煤質(zhì)及其環(huán)境效應(yīng)和煤作為烴源巖的認(rèn)識水平提高到一個新的境界,也為煤炭資源和煤層氣資源評價提供了系統(tǒng)理論基礎(chǔ)。成煤系統(tǒng)理論一方面把煤地質(zhì)學(xué)的各個分支學(xué)科置于統(tǒng)一的研究框架之下,從而彌補(bǔ)了煤田地質(zhì)學(xué)家通常僅對有限的煤地質(zhì)領(lǐng)域(如含煤巖系的地層學(xué)和沉積學(xué))感興趣,系統(tǒng)性和完整性不足的缺陷;另一方面,成煤系統(tǒng)分析方法也是組織、集成煤盆地(煤田)各種地質(zhì)信息的工具。新近完成的Appalachian煤盆地成煤系統(tǒng)研究是一個成功的范例,相關(guān)學(xué)術(shù)思想與研究思路已經(jīng)引起國內(nèi)煤田地質(zhì)界的關(guān)注。2.2煤炭工業(yè)發(fā)展研究受資源地質(zhì)條件和煤炭消費(fèi)市場的限制,我國的大型骨干煤礦區(qū)主要位于秦嶺以北、賀蘭山—六盤山以東的華北和東北地區(qū)。經(jīng)過50多年的大規(guī)模開發(fā),一些大型煤礦區(qū)的淺部煤炭資源已經(jīng)枯竭。據(jù)預(yù)測,到2020年,40%的國有重點煤礦和60%的國有地方煤礦將因淺部煤炭資源枯竭而面臨關(guān)閉之虞。如何解決未來的煤炭供應(yīng)缺口、保證國家能源安全是煤炭工業(yè)面臨的一個嚴(yán)重挑戰(zhàn),其中,煤田地質(zhì)學(xué)首當(dāng)其沖。深部和淺部煤炭資源賦存規(guī)律、勘查和開采環(huán)境存在重大差異。為此,國家科學(xué)技術(shù)部組織相關(guān)專家經(jīng)3輪詳細(xì)論證,于2006年實施了國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目“深部煤炭資源賦存規(guī)律、開采技術(shù)條件與精細(xì)探測基礎(chǔ)研究”。這項研究主要圍繞深部煤礦床形成演化與賦存規(guī)律,深部高應(yīng)力場、高地溫場、高承壓水體和瓦斯?jié)B流場特征及其多場綜合效應(yīng)或成災(zāi)機(jī)制與評價,深部煤巖體的流體來源、運(yùn)移賦存規(guī)律和多相介質(zhì)的耦合作用,深層煤礦床關(guān)鍵地質(zhì)體和多相介質(zhì)的地球物理響應(yīng)與綜合勘查理論等關(guān)鍵科學(xué)問題,對華北東部深層煤礦床的賦存與分布、開采地質(zhì)條件(應(yīng)力、地溫、巖溶水、瓦斯)和快速、探測體系進(jìn)行綜合研究。這是中國煤田地質(zhì)學(xué)結(jié)合國家目標(biāo)的重大研究命題。2.3氣地質(zhì)理論研究美國是率先開展煤層氣地質(zhì)研究和勘探開發(fā)成功的國家。美國的煤層氣理論體系最初是建立在SanJuan、BlackWarrior、PowderRiver等落基山前陸盆地相對簡單的煤地質(zhì)條件和特定環(huán)境基礎(chǔ)之上的。中國煤盆地的地質(zhì)背景遠(yuǎn)比美國復(fù)雜?；诔擅簵l件的多樣性,成煤時代的多期性,構(gòu)造的復(fù)雜性和改造的多幕性和不均一性,使得我國已勘探的主要煤儲層具有低壓、低滲、不飽和、構(gòu)造煤發(fā)育和高煤級煤產(chǎn)氣的特點。美國的煤層氣地質(zhì)理論并不完全適用于我國。國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目“中國煤層氣成藏機(jī)制及經(jīng)濟(jì)開采基礎(chǔ)研究”已于2008年完成煤層氣地質(zhì)理論以及勘探開發(fā)試驗的總結(jié)工作,其主要進(jìn)展有:①通過典型盆地或煤田的煤層氣成藏動力學(xué)系統(tǒng)及其成藏機(jī)制的研究,深化了對煤層氣富集規(guī)律及其控制因素復(fù)雜性的理解,指導(dǎo)了煤層氣開發(fā)有利區(qū)塊優(yōu)選;②提出了煤層氣富集單元概念,建立了富集單元序列,在完善資源分類系統(tǒng)的基礎(chǔ)上,提出了煤層氣可采資源量計算方法;經(jīng)估算,全國煤層氣技術(shù)可采資源量為139Tm3。瓦斯地質(zhì)和煤層氣地質(zhì)是一個問題的2個方面,它們均以煤層中自生自儲的甲烷氣體及其相關(guān)地質(zhì)問題作為研究對象。不過,瓦斯地質(zhì)是結(jié)合煤礦采掘工程,從保障煤礦安全生產(chǎn)角度研究煤層瓦斯賦存、涌出和煤與瓦斯突出自然規(guī)律的。正在實施的國家自然科學(xué)基金重點項目“煤礦瓦斯構(gòu)造控制機(jī)理研究”和國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目“預(yù)防煤礦瓦斯動力災(zāi)害的基礎(chǔ)研究”,在特定地質(zhì)條件下瓦斯的賦存、運(yùn)移規(guī)律,煤與瓦斯突出機(jī)理,煤層瓦斯含量、瓦斯涌出量和瓦斯突出危險性的預(yù)測,瓦斯突出危險區(qū)的地球物理辨識體系等方面,都取得了重要進(jìn)展。應(yīng)該特別指出的是,傳統(tǒng)的瓦斯地質(zhì)研究屬災(zāi)害地質(zhì)學(xué)范疇。近年來,由于對潔凈能源的需求以及煤層氣地質(zhì)和瓦斯地質(zhì)的協(xié)同研究,人們對煤礦瓦斯的認(rèn)識已經(jīng)發(fā)生了由災(zāi)害到資源的轉(zhuǎn)化;有關(guān)建立煤層氣地面與煤礦井下一體化抽采系統(tǒng)、煤礦井下煤—?dú)夤膊审w系等問題,已引起我國相關(guān)部門和學(xué)者的高度重視。2.4煤化學(xué)及煤合理利用的研究進(jìn)展在國家社會經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展和能源需求不斷攀升的大背景下,也促進(jìn)了煤的工藝學(xué)和地球化學(xué)的迅猛發(fā)展,煤液化和氣化已成為煤化學(xué)和煤的工藝學(xué)的研究重點。我國學(xué)者針對不同種類煤的特性,分析了煤對各種轉(zhuǎn)化利用的適應(yīng)性,闡明了煤性質(zhì)與分類對焦化、燃燒、氣化、液化及環(huán)境效應(yīng),進(jìn)而論述了煤分類學(xué)在煤利用工程中的應(yīng)用。近年啟動的國家重點基礎(chǔ)研究發(fā)展計劃項目“大規(guī)模煤炭直接液化的基礎(chǔ)研究”,在油煤漿化學(xué)、物理變化機(jī)理及多峰值流變特性的變化規(guī)律,低變質(zhì)煤初始熱解脫氧化學(xué)反應(yīng)機(jī)理和定向反應(yīng)調(diào)控,煤分級控制加氫液化的反應(yīng)基礎(chǔ)—多相復(fù)雜反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)集總反應(yīng)動力學(xué),高壓多相體系的反應(yīng)工程學(xué),煤液化殘渣及其高沸點重質(zhì)有機(jī)物的物理化學(xué)及反應(yīng)特性等關(guān)鍵科學(xué)問題的研究方面,均取得了進(jìn)展。由于煤炭在開發(fā)、加工、利用過程中會釋放出大量的有害物質(zhì),對人類健康和環(huán)境造成程度不等的影響,國家加強(qiáng)了對潔凈煤地質(zhì)和潔凈煤利用的研究支持,重點是研究煤中硫及微量元素、潛在有害元素的分布規(guī)律、賦存狀態(tài)、富集機(jī)理及其在煤炭洗選、燃燒、淋濾過程中的遷移規(guī)律與環(huán)境效應(yīng);進(jìn)而,為煤炭的加工利用方向提供資源保證。2.5煤地質(zhì)環(huán)境的優(yōu)化長期以來,我國煤田地質(zhì)界普遍采用的以鉆探為主的勘查方法,保證了淺部煤炭資源勘探開發(fā)的需求。但是,煤炭工業(yè)的高速發(fā)展對煤田地質(zhì)勘查提出了更高的要求。煤礦三維地震勘探發(fā)展迅速,除常規(guī)的構(gòu)造及解釋外,煤田地震地層學(xué)、煤層的精細(xì)描述技術(shù)也取得了積極進(jìn)展,三維三分量地震勘探技術(shù)在裂隙、應(yīng)力和瓦斯地質(zhì)評價和預(yù)測方面提供了更多的信息。為了快速、準(zhǔn)確地查明煤炭資源和煤礦開采地質(zhì)條件,改變以鉆探為主的勘查模式,充分發(fā)揮各類勘探手段的技術(shù)特長,優(yōu)化綜合勘探方法,建立多手段立體交叉式勘探技術(shù)體系,已經(jīng)成為煤田地質(zhì)界的共識。大型現(xiàn)代化煤礦要求預(yù)先查明開采前方地質(zhì)體的精細(xì)變化,煤礦開采中的瓦斯、水、火、頂板、煤塵等5大災(zāi)害都與煤礦開采地質(zhì)條件有關(guān)。因此,建立煤礦地質(zhì)保障系統(tǒng),已經(jīng)成為煤炭高產(chǎn)、高效、安全生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。我國煤礦水文地質(zhì)條件復(fù)雜,受水威脅的煤田和嚴(yán)重程度都屬世界之最。近年來,在煤礦突水機(jī)理和陷落柱發(fā)育規(guī)律以及保水采煤技術(shù)、華北型煤田巖溶水防治技術(shù)體系、煤層底板含水層注漿改造可靠性保障技術(shù)和水情自動監(jiān)測等方面都取得了重要進(jìn)展,解放了一批受水害威脅的煤炭資源。礦井直流電法、礦井音頻電穿透、礦井無線電波透視、槽波地震、瑞雷波地震、礦井下二維和三維地震、礦井地質(zhì)雷達(dá)為煤礦地質(zhì)體的精細(xì)探測方面作出了積極貢獻(xiàn),并成為煤礦地質(zhì)保障系統(tǒng)中綜合探測技術(shù)的有機(jī)部分。煤田地質(zhì)勘探是一項龐大的系統(tǒng)工程。計算機(jī)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于煤田地質(zhì)勘查的各個領(lǐng)域,力圖實現(xiàn)數(shù)據(jù)資源共享和傳輸過程的信息化。以“3S”技術(shù)系統(tǒng)為平臺,更新和升級了“全國煤炭地質(zhì)工作程度數(shù)據(jù)庫”,研發(fā)并建立了全國煤炭資源地質(zhì)主流程信息系統(tǒng),開發(fā)地質(zhì)信息三維可視化技術(shù),建立了勘探區(qū)高分辨率地質(zhì)模型。同時,信息技術(shù)正在向礦井地質(zhì)多元信息集成分析與預(yù)報方向發(fā)展。實現(xiàn)煤礦高效安全開采過程中的動態(tài)地質(zhì)保障,是以煤礦生產(chǎn)動態(tài)過程中所揭露的實際資料為約束,通過大量礦井多元地質(zhì)信息的重新處理和精細(xì)解釋,進(jìn)行未采區(qū)地質(zhì)條件的實時、動態(tài)預(yù)報。以工作面的小構(gòu)造預(yù)測為目的,在礦井地質(zhì)多元信息(地質(zhì)、鉆探、物探、采掘)提取、處理的基礎(chǔ)上,實現(xiàn)三維地震屬性信息與礦井地質(zhì)動態(tài)信息相互融合。3中國煤炭地質(zhì)發(fā)展現(xiàn)狀分析3.1研究簡史中國的煤田地質(zhì)學(xué)的形成與發(fā)展進(jìn)程大體可分為4個階段。3.1.1煤礦學(xué)、煤學(xué)、成煤研究的早期研究我國是世界上最早用煤的國家,在《禹貢》、《山海經(jīng)》、《天工開物》、《夢溪筆談》等古代典籍中,都可見到有關(guān)煤田地質(zhì)現(xiàn)象的記述。中國大工業(yè)發(fā)展較晚,煤田地質(zhì)勘查知識和手段長期處于原始狀態(tài),沒有總結(jié)出較系統(tǒng)的煤地質(zhì)理論。我國近、現(xiàn)代煤田地質(zhì)研究始于1840年鴉片戰(zhàn)爭后,歐美和日本殖民者、探險者和地質(zhì)采礦業(yè)的學(xué)者,以不同目的進(jìn)入中國進(jìn)行煤田地質(zhì)調(diào)查。中國學(xué)者對煤田地質(zhì)研究和調(diào)查始于清末的洋務(wù)運(yùn)動。從辛亥革命到1949年,以王竹泉為代表的我國學(xué)者共完成500多個煤田地質(zhì)調(diào)查項目。該階段研究的顯著特征是,以含煤地層的劃分入手,描述各個礦點的煤層層數(shù)、厚度、煤質(zhì)、煤炭資源、開采情況等基本煤田地質(zhì)特征。從學(xué)科發(fā)展水平上來看,總體上表現(xiàn)為煤礦點地質(zhì)資料的積累,缺乏系統(tǒng)總結(jié)。謝家榮于1929年對大約100個煤樣進(jìn)行了煤巖學(xué)和成煤植物研究,這些樣品分別采自19個省的石炭紀(jì)至新近紀(jì)煤田,煤種從褐煤到無煙煤。這是中國學(xué)者涉及煤地質(zhì)學(xué)核心內(nèi)容的早期基礎(chǔ)研究。3.1.2槽臺學(xué)術(shù)思想新中國成立后,煤田勘查隊伍從無到有,從小到大;除在已知煤田開展煤田地質(zhì)勘查,探明了國家急需的煤炭資源外,還發(fā)現(xiàn)了遼寧鐵法、山東肥城、藤縣、濟(jì)寧等一系列隱伏煤田。國家在相關(guān)高校設(shè)立了煤田地質(zhì)教學(xué)機(jī)構(gòu),1956年組建了專門的煤田地質(zhì)科研機(jī)構(gòu)。這一時期指導(dǎo)煤田地質(zhì)研究的學(xué)術(shù)思想是槽臺學(xué)說,該學(xué)說以歷史—構(gòu)造分析法為研究手段,強(qiáng)調(diào)不同大地構(gòu)造單元和不同大地構(gòu)造發(fā)展階段對煤盆地的控制作用,注重對含煤建造和煤盆地的構(gòu)造成因分類,進(jìn)而解釋煤盆地的時空分布規(guī)律、沉積建造與成煤的關(guān)系,對當(dāng)時煤田地質(zhì)學(xué)的發(fā)展起了積極推動作用。我國煤田地質(zhì)工作者引進(jìn)和學(xué)習(xí)前蘇聯(lián)的煤田地質(zhì)理論和研究方法(如相—旋回分析法),在大規(guī)模煤田勘查實踐的基礎(chǔ)上,于1958—1959年完成第一次全國煤田預(yù)測,對中國煤田地質(zhì)特征開展了全面總結(jié),出版了第一部中國煤田地質(zhì)學(xué)理論專著。這標(biāo)志著我國在含煤地層劃分與對比、沉積巖相和古地理分析、煤田分布規(guī)律、煤巖、煤質(zhì)和煤種分布與變質(zhì)作用等為主要內(nèi)容的煤田地質(zhì)學(xué)研究方面,取得了系統(tǒng)性成果,為中國煤田地質(zhì)學(xué)的健康發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。3.1.3地質(zhì)學(xué)術(shù)思想這一階段的煤田地質(zhì)勘查與科研工作是在特定歷史階段和相對封閉條件下進(jìn)行的;主要工作是重點礦區(qū)的煤田勘探“大會戰(zhàn)”和為貫徹“扭轉(zhuǎn)北煤南運(yùn)”方針的南方九省(區(qū))找煤及其相應(yīng)的煤田地質(zhì)科研活動?！爸袊戏酵矶B世煤田形成條件和聚煤規(guī)律”、“中國南方中生代含煤地層”是貫徹“扭轉(zhuǎn)北煤南運(yùn)”方針的代表性科研成果。在學(xué)術(shù)思想方面,地質(zhì)力學(xué)取代槽臺學(xué)說成為我國煤田地質(zhì)研究的指導(dǎo)理論。1973—1980年,煤炭工業(yè)部組織科研、教學(xué)和勘查部門近500名煤田地質(zhì)工作者進(jìn)行第二次全國煤田預(yù)測,提出了構(gòu)造—建造—改造為主線的構(gòu)造控煤預(yù)測思路,摸清了全國煤炭資源遠(yuǎn)景,為制定煤炭工業(yè)發(fā)展規(guī)劃、編制煤田地質(zhì)勘查規(guī)劃以及指明普查找煤方向,提供了科學(xué)依據(jù)。我國學(xué)者以此次煤田預(yù)測成果為基礎(chǔ),對中國煤田地質(zhì)特征進(jìn)行了新一輪總結(jié),編寫了第二部煤田地質(zhì)學(xué)理論專著。新的《中國煤田地質(zhì)學(xué)》,以地質(zhì)力學(xué)理論為指導(dǎo),系統(tǒng)總結(jié)了中國的成煤理論和聚煤規(guī)律,闡述了地質(zhì)構(gòu)造是控制含煤建造的主導(dǎo)因素,構(gòu)造體系控制聚煤盆地的形成與演化,不同級別和序次構(gòu)造對聚煤帶、煤盆地形成的控制作用以及后期改造與煤系分布、保存的關(guān)系等理論問題;在聚煤古地理、古氣候和古構(gòu)造以及煤化學(xué)、瓦斯、煤巖體的導(dǎo)熱性能與地溫場的研究方面取得了新的進(jìn)展。3.1.4煤地質(zhì)研究領(lǐng)域改革開放以來,煤田地質(zhì)界的學(xué)術(shù)思想空前活躍,中國地質(zhì)學(xué)家創(chuàng)立的地質(zhì)力學(xué)、地洼學(xué)說、多旋回理論、斷塊學(xué)說等大地構(gòu)造理論在煤田地質(zhì)領(lǐng)域內(nèi)廣泛實踐;同時,板塊構(gòu)造學(xué)說逐漸成為我國煤田地質(zhì)界的學(xué)術(shù)思想主流,指導(dǎo)了1992—1997年完成的第三次全國煤田預(yù)測。我國煤田地質(zhì)界引進(jìn)了歐美流行的沉積環(huán)境分析方法和三角洲成煤模式,對太原西山、河南禹縣煤田的含煤地層沉積環(huán)境進(jìn)行了示范性解剖;加強(qiáng)了構(gòu)造控煤和推覆、滑脫構(gòu)造的研究工作,并在推覆體之下找到了新的煤炭資源。同時,運(yùn)用活動論、階段論和盆山耦合理論,深入剖析主要煤盆地(或煤田)含煤巖系的沉積體系與層序地層學(xué),在主要聚煤期的成煤植物與古氣候和古地理、聚煤作用、聚煤模式、聚煤盆地演化,煤巖學(xué)與煤的變質(zhì)作用,控煤構(gòu)造,煤炭資源潛力等的研究方面取得了新的進(jìn)展,逐步深化了對我國煤田地質(zhì)特征的認(rèn)識[7,33,34,35,36,37,38,39,40,41,42,43],具有中國特色的煤田地質(zhì)理論體系趨于成熟,煤田勘查技術(shù)體系已經(jīng)達(dá)到世界先進(jìn)水平。進(jìn)入21世紀(jì),隨著當(dāng)代地學(xué)科學(xué)的不斷發(fā)展,新理論、新方法和新的觀測、探測技術(shù)的引進(jìn)和應(yīng)用,煤田地質(zhì)學(xué)不僅出現(xiàn)了新的生長點,而且與其他地學(xué)分支或相關(guān)工程學(xué)分支互相交叉、滲透、融會貫通,形成了一些新的邊緣研究領(lǐng)域。主要表現(xiàn)是:在消化美國煤層氣地質(zhì)理論的同時,結(jié)合我國煤地質(zhì)實踐,初步形成了中國煤層氣地質(zhì)理論,拓展了煤田地質(zhì)學(xué)的研究領(lǐng)域;潔凈煤技術(shù)和煤基材料利用中的煤地質(zhì)基礎(chǔ)研究成為新的研究熱點;煤礦安全、高效開采的地質(zhì)保障系統(tǒng)成為煤田地質(zhì)學(xué)與煤礦采掘工程相結(jié)合的邊緣研究領(lǐng)域;初步建立了獨(dú)具中國特色的煤礦采區(qū)高分辨率三維地震勘探為主的地質(zhì)構(gòu)造探測體系,找到了一套影響煤礦綜合機(jī)械化開采技術(shù)應(yīng)用的地質(zhì)體精細(xì)探測的有效途徑。3.2有國際影響的高水平成果回顧我國煤田地質(zhì)學(xué)發(fā)展歷程和研究現(xiàn)狀,各個分支學(xué)科都得到了迅速發(fā)展,出現(xiàn)了一批有國際影響的高水平研究成果[1,27,36,37,38,48],受到國內(nèi)外地學(xué)同行的重視和好評。但就總體水平而言,還與國外存在一定的差距。3.2.1研究人員的選擇存在著專業(yè)人才匱乏、專業(yè)人才匱乏、綜合集成研究少的問題,專家系統(tǒng)集成研究相對應(yīng)我國煤田地質(zhì)界的不同單位和個人,研究視野較窄,多局限于本地區(qū)或本分支學(xué)科(專業(yè))的專門煤地質(zhì)問題,與國內(nèi)外同行的交流少,真正意義上的多學(xué)科交叉比較缺乏,綜合集成研究成果少。3.2.2煤炭工業(yè)發(fā)展與地質(zhì)科學(xué)理論的結(jié)合煤田地質(zhì)行業(yè)在煤炭資源找尋和評價方面成績卓著,探明的煤炭儲量/資源量基本保證了煤炭工業(yè)發(fā)展對資源的需求,但是,長期以來,煤田地質(zhì)界的研究成果,多注重實際資料和實踐經(jīng)驗的積累,與當(dāng)代地質(zhì)科學(xué)理論的結(jié)合較少,研究起點較低,低層次、重復(fù)性、應(yīng)用性成果多。3.2.3地質(zhì)系統(tǒng)的創(chuàng)新能力下降我國煤田地質(zhì)界的創(chuàng)新環(huán)境已有很大提高,但原始創(chuàng)新能力不足,和國外同行的研究成果相比,模仿性、跟蹤性研究多,針對我國煤田地質(zhì)實際的原創(chuàng)性成果少,特別是近年的高水平研究成果有下降趨勢。3.2.4地質(zhì)勘探觀測手段和數(shù)據(jù)的采集現(xiàn)代科學(xué)研究和煤田勘查活動,需要高質(zhì)量的實驗數(shù)據(jù)和現(xiàn)代化的探測手段,但是,由于種種原因,我國煤田地質(zhì)界實驗和探測設(shè)備相對陳舊,探測體系不完善,科學(xué)數(shù)據(jù)的精度和準(zhǔn)確性存在一定差距。3.3組織學(xué)檢查煤田地質(zhì)學(xué)是直接服務(wù)于煤炭資源找尋與開發(fā)的應(yīng)用型基礎(chǔ)科學(xué)。中國煤田地質(zhì)學(xué)的發(fā)展成就和研究成果,使煤田勘查行業(yè)的面貌發(fā)生了很大的變化,為促進(jìn)煤炭工業(yè)的健康發(fā)展做出了很大貢獻(xiàn),但是,也面臨一些問題。3.3.1煤礦工程地質(zhì)條件對煤礦學(xué)和地質(zhì)研究水平提出了更高的要求,對煤煤炭工業(yè)的高速、迅猛發(fā)展和煤炭資源的高強(qiáng)度開發(fā),對資源的保障程度提出了更高的要求;煤礦開采深度的增加以及煤炭利用的潔凈化和環(huán)境、健康效應(yīng),提出了新的煤田地質(zhì)研究問題和領(lǐng)域,對煤田勘查的精度和煤田地質(zhì)研究水平提出了更高的要求。煤田地質(zhì)學(xué)的研究水平與建設(shè)安全、高效、現(xiàn)代化礦井的需求還有很大差距。3.3.2研究隊伍建設(shè)從20世紀(jì)90年代以來,煤田地質(zhì)行業(yè)基層單位隊伍老化,技術(shù)人才流失嚴(yán)重,傳統(tǒng)高校取消了煤田地質(zhì)專業(yè)的設(shè)置,忽視了煤田地質(zhì)專門人才的培養(yǎng),從事煤田地質(zhì)研究的高層次專門人才已經(jīng)到了十分匱乏的程度,研究隊伍建設(shè)與煤炭在國家能源結(jié)構(gòu)中的地位極不相稱,整體研究實力下降,缺乏年輕、高層次綜合性學(xué)術(shù)帶頭人,影響了煤田地質(zhì)學(xué)的健康發(fā)展。3.3.3地質(zhì)科學(xué)研究投入不足煤炭科研體制的企業(yè)化以及煤田地質(zhì)勘查部門的地方隸屬化改革,一方面促進(jìn)了煤田地質(zhì)勘查、科研單位的自主生存能力,另一方面,從國家獲得科研經(jīng)費(fèi)的渠道不暢,加之政策的影響,造成了可供煤礦建設(shè)的后備煤炭儲量/資源量充足的假相,煤田地質(zhì)科學(xué)研究投入不足。近十年來,基本上沒有組織全國性的煤田地質(zhì)綜合研究課題,難以出大成果、上高水平。3.4帶車地質(zhì)學(xué)于煤地質(zhì)在國內(nèi)的發(fā)展空間和發(fā)展經(jīng)過幾代人的努力,中國煤田地質(zhì)學(xué)的理論體系已經(jīng)趨于成熟。然而,我國不同地域的煤地質(zhì)勘查程度差異大,其他地質(zhì)學(xué)分支學(xué)科與煤田地質(zhì)學(xué)的交叉、滲透,社會經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展對煤炭資源的需求和利用,對煤田地質(zhì)研究提出了更高的要求,因此,煤田地質(zhì)學(xué)仍然有繼續(xù)發(fā)展的廣闊空間和良好前景,也面臨著前所未有的機(jī)遇。3.4.1煤的沉積特點中國地域遼闊,成煤大地構(gòu)造背景獨(dú)特,構(gòu)造活動頻繁,控煤構(gòu)造樣式復(fù)雜,成煤作用期次多,沉積條件和沉積類型多樣,各時代煤具有地域分布特點,煤的成因類型多,煤種齊全,煤炭資源豐富;多彩的煤地質(zhì)現(xiàn)象為中國煤田地質(zhì)學(xué)研究和發(fā)展提供了得天獨(dú)厚的天然條件,這是除個別國家外,世界其他主要產(chǎn)煤國家都無法比擬的。3.4.2煤炭是我國21世紀(jì)的主要一次能源我國是世界上少數(shù)幾個以煤為主的一次能源生產(chǎn)和消費(fèi)國家,這主要是由我國能源資源結(jié)構(gòu)決定的。在化石能源中,煤炭資源保證程度高,可獲得性好。據(jù)中國工程院預(yù)測,煤炭仍將是我國21世紀(jì)的主要一次能源。為煤炭工業(yè)可持續(xù)發(fā)展準(zhǔn)備好煤炭資源和可靠的煤田地質(zhì)資料,是煤田地質(zhì)工作者的歷史責(zé)任,也是中國煤田地質(zhì)學(xué)發(fā)展的原動力。3.4.3發(fā)展高效集約地質(zhì)技術(shù)最近,國家發(fā)布了我國第一部煤炭產(chǎn)業(yè)政策,規(guī)劃了13個大型煤炭基地;重點建設(shè)10個千萬噸級的現(xiàn)代化露天煤礦、10個千萬噸級的安全高效現(xiàn)代化礦井;形成6～8個億噸級和8～10個5000萬噸級的大型煤炭企業(yè)集團(tuán)。超大型現(xiàn)代化煤礦的建設(shè)和生產(chǎn),要求以先進(jìn)的地質(zhì)理論為指導(dǎo),運(yùn)用3S和計算機(jī)信息等現(xiàn)代技術(shù),充分利用各種探測手段提供的地質(zhì)信息,建立目標(biāo)區(qū)高分辨率地質(zhì)模型,強(qiáng)化水文地質(zhì)、小型地質(zhì)體和小構(gòu)造、煤層瓦斯的研究,實現(xiàn)對礦井開采地質(zhì)條件的綜合評價和量化預(yù)測,建立高效集約化礦井全方位地質(zhì)技術(shù)保障體系;這就為煤田地質(zhì)學(xué)的創(chuàng)新和拓展研究領(lǐng)域提供了新機(jī)遇。3.4.4煤系地質(zhì)專業(yè)人才我國具有一支門類較齊全、經(jīng)驗較豐富的煤田地質(zhì)科研和教學(xué)隊伍,包括煤炭科學(xué)研究總院所屬科研院所、中國礦業(yè)大學(xué)、中國地質(zhì)大學(xué)等傳統(tǒng)高校,涉及煤田構(gòu)造、煤系地層(包括層序地層)和沉積、煤巖、煤化學(xué)、煤層氣與瓦斯地質(zhì)、煤礦水文地質(zhì)與工程地質(zhì)、煤礦環(huán)境地質(zhì)、煤田地球物理與勘查技術(shù)等諸多學(xué)科。這支隊伍中有一批長期從事煤田地質(zhì)研究和科技開發(fā)的專門人才,有扎實的研究積累和豐富的研究經(jīng)驗;傳統(tǒng)高校加強(qiáng)或恢復(fù)了煤田地質(zhì)教學(xué)和科研;研究生教育和博士后流動站(工作站)研究制度日臻完善。較好的研究隊伍、不斷完善的研究條件和豐厚的研究積累,是中國煤田地質(zhì)學(xué)發(fā)展的保障。4中國天然氣地質(zhì)發(fā)展戰(zhàn)略4.1戰(zhàn)略問題的反思全球化時代的到來,地質(zhì)學(xué)研究和其他自然科學(xué)一樣,進(jìn)入了系統(tǒng)化、信息化、定量化時代;煤田地質(zhì)學(xué)研究的戰(zhàn)略思想也在發(fā)生重大的改變。4.1.1煤礦安全與地質(zhì)開發(fā)的全球觀煤田地質(zhì)學(xué)肩負(fù)找尋煤炭資源的任務(wù),全球經(jīng)濟(jì)一體化進(jìn)程的加速和對能源需求的高速增長,我國有關(guān)部門已將視野投向國外的煤炭資源,以彌補(bǔ)國內(nèi)煤炭供應(yīng)的地域性(如南方)短缺。到目前為止,我國煤田地質(zhì)研究基本上未超出我國國土。樹立煤田地質(zhì)研究的全球觀,不僅會促進(jìn)中國煤田地質(zhì)學(xué)的發(fā)展,同時,將為開發(fā)利用兩種(國內(nèi)、國外)煤炭資源提供決策基礎(chǔ),為保障國家能源安全作出貢獻(xiàn)。此外,我國煤田開發(fā)地質(zhì)條件極為復(fù)雜,煤礦災(zāi)害頻發(fā);中國和世界主要產(chǎn)煤國家煤礦開采地質(zhì)條件的對比研究,將為建立我國安全、高效煤礦生產(chǎn)的地質(zhì)保障系統(tǒng)提供借鑒。4.1.2資源開發(fā)的科學(xué)性原則傳統(tǒng)煤田地質(zhì)學(xué)是煤炭資源找尋、勘探實踐中總結(jié)出來的。現(xiàn)代煤田地質(zhì)學(xué)強(qiáng)調(diào)資源系統(tǒng)觀、資源開發(fā)動態(tài)觀以及資源利用的可持續(xù)性原則。因此,現(xiàn)代煤田地質(zhì)學(xué)研究除在突破它的資源屬性外,還應(yīng)強(qiáng)調(diào)它的社會、環(huán)境、生態(tài)、災(zāi)害屬性,其重點是從系統(tǒng)學(xué)角度認(rèn)識煤田形成演化、煤炭資源開發(fā)利用與環(huán)境之間的關(guān)系。4.2選擇研究領(lǐng)域和課題從學(xué)科發(fā)展現(xiàn)狀出發(fā),圍繞國家目標(biāo),瞄準(zhǔn)我國煤炭和煤田地質(zhì)面臨的主要問題,考慮已有的研究優(yōu)勢和薄弱環(huán)節(jié),應(yīng)選擇下列幾個方面作為未來5～20年的優(yōu)先研究領(lǐng)域和課題;并抓住其中的關(guān)鍵科學(xué)問題,集中力量攻關(guān)。4.2.1深層開采開發(fā)研究華北和東北的大型老煤礦區(qū),經(jīng)幾十年甚至上百年的大規(guī)模開發(fā),800m以淺的煤炭資源已接近枯竭,急需勘查、評價和開發(fā)深層煤炭資源。近期研究重點是:深部煤層形成演化、改造與就位模式和主控因素;深部煤炭資源分布規(guī)律與資源潛力;深層煤礦床的溫度場、應(yīng)力場、地下水動力場、瓦斯?jié)B流場以其采動效應(yīng),深部煤層和關(guān)鍵地質(zhì)體的地球物理效應(yīng)及其精細(xì)探測體系;深層煤礦床構(gòu)造條件的綜合評價與量化預(yù)測。4.2.2煤地質(zhì)環(huán)境特征新疆的煤炭資源主要分布于準(zhǔn)噶爾、塔里木、伊犁、吐哈、三塘湖等大中型盆地,2000m以淺的煤炭資源占全國的35%,是我國最后一塊尚待開發(fā)的后備煤炭資源基地,30～50年后,可能成為國家的煤炭工業(yè)接續(xù)基地,但煤地質(zhì)研究和勘探很低。當(dāng)