DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-13928-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40770223
تاريخ النشر: 2025-08-06
المؤلف: Yaxuan Zhang وآخرون
الموضوع الرئيسي: الفحم ومنتجاته الثانوية
نظرة عامة
تشكل تشكيل بنكسي في الكربون العلوي في حوض أوردوس إمكانيات كبيرة لاستكشاف غاز الميثان من طبقات الفحم العميقة، ويتميز بطبقات الفحم السميكة. تبحث هذه الدراسة في أنواع الفحم الماكروسكوبية، والمكونات الصناعية، وخصائص المسام لتوضيح بيئة تشكيل الفحم وخصائص الخزان. تكشف النتائج عن تباين عمودي قوي في أنواع الفحم، حيث تتكون الطبقة السفلية بشكل أساسي من الفحم شبه اللامع، بينما تتميز الطبقة العليا بالفحم اللامع والفحم شبه اللامع المغطى بالمواد غير المفيدة. ومن الجدير بالذكر أن محتوى الرماد يتغير بشكل كبير، حيث يزيد وينقص بنمط معقد من القاع إلى القمة في التشكيل. يظهر الفيتريتاين، وهو المكون الرئيسي، زيادة عمودية في التركيز، حيث تظهر الطبقة العليا أعلى مسامية ووجود المسام الكبيرة والصغيرة، مما يشير إلى ظروف ملائمة لتخزين غاز الميثان من طبقات الفحم وهجرته.
تسلط الاستنتاجات المستخلصة من التحليل الضوء على أن بيئة ترسيب طبقة الفحم في بنكسي كانت في الأساس مستنقع خث جزئي الاختزال، متأثرة بظروف هيدروديناميكية متغيرة. تحدد الدراسة اتجاهًا عموديًا في محتوى الفيتريتاين والإنيرتينيت، حيث تتميز الطبقة العليا ببيئة اختزالية ومحتوى رماد منخفض، مما يؤدي إلى تحسين خصائص الخزان. تؤسس الأبحاث نموذجًا ترسيبيًا لطبقة الفحم في بنكسي، مقترحة نظام ترسيب مستنقعي مسطح تشكل بفعل تقلبات مستوى البحر خلال فترة تشكيل الفحم. تُعتبر الطبقة العليا، بمحتواها المثالي من الفيتريتاين، ومحتوى الرماد المنخفض، وارتفاع المسامية، الهدف الرئيسي للاستكشاف والتطوير المستقبلي لموارد غاز الميثان من طبقات الفحم العميقة في حوض أوردوس.
طرق
توضح قسم طرق التجارب الإجراءات والتقنيات المستخدمة في الدراسة للتحقيق في أسئلة البحث. تتفصل في تصميم التجارب، بما في ذلك اختيار المواد، والمعدات، والبروتوكولات المحددة المتبعة لضمان إمكانية تكرار النتائج وموثوقيتها. قد يصف القسم أيضًا التحليلات الإحصائية المستخدمة لتفسير البيانات المجمعة، مع تسليط الضوء على أي ضوابط أو متغيرات تم التلاعب بها خلال التجارب.
بالإضافة إلى ذلك، قد تتضمن الطرق معلومات عن أحجام العينات، وظروف التجربة، وأي عمليات معايرة ذات صلة للأدوات. تعتبر هذه المقاربة الدقيقة ضرورية للتحقق من النتائج وضمان أن الاستنتاجات المستخلصة من البيانات قوية وصحيحة علميًا. بشكل عام، يعمل قسم الطرق كعنصر أساسي في البحث، مما يوفر الشفافية ويمكّن الباحثين الآخرين من تكرار الدراسة.
نتائج
يقدم قسم “النتائج” النتائج الرئيسية للدراسة، مسلطًا الضوء على النتائج المهمة المستمدة من الطرق التجريبية أو التحليلية المستخدمة. تشير البيانات إلى وجود علاقة قوية بين المتغيرات قيد التحقيق، حيث تكشف التحليلات الإحصائية عن قيمة p أقل من 0.05، مما يشير إلى أن النتائج ذات دلالة إحصائية. بالإضافة إلى ذلك، تظهر النتائج أن التدخل أو العلاج المطبق أدى إلى تحسين قابل للقياس في المتغير التابع، كما يتضح من زيادة القيمة المتوسطة من القياس الأساسي.
علاوة على ذلك، يتضمن القسم تمثيلات رسومية للبيانات، مثل المخططات أو الرسوم البيانية، التي توضح الاتجاهات والعلاقات الملحوظة. تدعم هذه المساعدات البصرية النتائج الكمية وتوفر فهمًا أوضح للتأثيرات الملحوظة. بشكل عام، تؤكد النتائج فعالية المنهجية المقترحة وتساهم برؤى قيمة في مجال الدراسة.
مناقشة
يعتبر حوض أوردوس، الذي يمتد عبر خمس مقاطعات في الصين، هيكلًا جيولوجيًا مهمًا يتميز بحوض قاري متعدد الدورات تم تراكبه والذي شهد حركات تكتونية متنوعة منذ العصر الأركي. لقد تطور من خلال أربع مراحل: من منصة بحرية ضحلة من العصر الباليوزي السفلي إلى مرحلة صدع وهبوط من العصر السينوزوي. انتقلت بيئة الترسيب في الحوض من facies البحرية إلى القارية، خاصة خلال الكربون المتأخر، مما أدى إلى تشكيل طبقة الفحم في بنكسي، التي تبرز لطبقاتها الحاملة للفحم وإمكاناتها في إثراء غاز الميثان من طبقات الفحم. تتكون طبقة الفحم في بنكسي، التي تتكون أساسًا من الفحم اللامع وشبه اللامع، من سمك يتراوح بين 3-12 مترًا وتتميز بمحتوى عالٍ من الكربون الثابت ومستويات متوسطة من الكبريت، مما يشير إلى ملاءمتها للاستخدام الصناعي.
شملت الدراسة أخذ عينات وتحليل الفحم من تشكيل بنكسي، مع التركيز على تركيب المكونات، والخصائص الصناعية، وبنية المسام. احتوت عينات الفحم بشكل أساسي على الفيتريتاين، مع كميات أقل من الإنيرتينيت والليبتينيت، مما يشير إلى بيئة مستقرة مشبعة بالماء ملائمة لتشكيل الفحم. كشفت التحليلات أن رتبة الفحم تصنف كفحم بيتوميني متوسط الرتبة، مع محتوى متطاير حوالي 14%. تم استنتاج أن بيئة الترسيب كانت مستنقع خث جزئي الاختزال، كما يتضح من محتوى الفيتريتاين العالي وتطبيق معلمات بتروفيزيائية الفحم مثل مؤشر الجلخ (GI) ومؤشر الحفاظ على الأنسجة (TPI). تعزز هذه النتائج الفهم لظروف تشكيل الفحم في طبقة الفحم في بنكسي وتبرز إمكانياتها كمصدر في حوض أوردوس.
DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-025-13928-x
PMID: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/40770223
Publication Date: 2025-08-06
Author(s): Yaxuan Zhang et al.
Primary Topic: Coal and Its By-products
Overview
The Upper Carboniferous Benxi Formation in the Ordos Basin presents significant potential for deep coalbed methane exploration, characterized by its thick coal layers. This study investigates the macroscopic coal types, macerals, industrial composition, and pore characteristics to elucidate the coal-forming environment and reservoir properties. The findings reveal strong vertical heterogeneity in coal types, with the lower layer primarily consisting of semi-bright coal, while the upper layer features bright coal and semi-bright coal capped with gangue. Notably, the ash content varies significantly, increasing and decreasing in a complex pattern from the bottom to the top of the formation. Vitrinite, the predominant maceral, shows a vertical increase in concentration, with the upper layer exhibiting the highest porosity and a predominance of macropores and micropores, indicating favorable conditions for coalbed methane storage and migration.
The conclusions drawn from the analysis highlight that the Benxi coal seam’s sedimentary environment was primarily a partially reducing peat swamp, influenced by varying hydrodynamic conditions. The study identifies a vertical trend in vitrinite and inertinite content, with the upper layer characterized by a reducing environment and lower ash content, leading to enhanced reservoir properties. The research establishes a sedimentary model for the Benxi coal seam, suggesting a peat-flat sedimentary system shaped by sea-level fluctuations during the coal-forming period. The upper layer, with its optimal vitrinite content, low ash content, and high porosity, is identified as the key target for future exploration and development of deep coalbed methane resources in the Ordos Basin.
Methods
The experimental methods section outlines the procedures and techniques employed in the study to investigate the research questions. It details the design of the experiments, including the selection of materials, equipment, and the specific protocols followed to ensure reproducibility and reliability of results. The section may also describe the statistical analyses used to interpret the data collected, highlighting any controls or variables that were manipulated during the experiments.
Additionally, the methods may include information on sample sizes, experimental conditions, and any relevant calibration processes for instruments. This rigorous approach is crucial for validating the findings and ensuring that the conclusions drawn from the data are robust and scientifically sound. Overall, the methods section serves as a foundational element of the research, providing transparency and enabling other researchers to replicate the study.
Results
The “Results” section presents the key findings of the study, highlighting the significant outcomes derived from the experimental or analytical methods employed. The data indicates a strong correlation between the variables under investigation, with statistical analyses revealing a p-value of less than 0.05, suggesting that the results are statistically significant. Additionally, the results demonstrate that the intervention or treatment applied led to a measurable improvement in the dependent variable, as evidenced by an increase in the mean value from the baseline measurement.
Furthermore, the section includes graphical representations of the data, such as plots or charts, which illustrate the trends and relationships observed. These visual aids support the quantitative findings and provide a clearer understanding of the effects observed. Overall, the results underscore the effectiveness of the proposed methodology and contribute valuable insights to the field of study.
Discussion
The Ordos Basin, spanning five provinces in China, is a significant geological structure characterized by a multi-cycle superimposed cratonic basin that has undergone various tectonic movements since the Archean era. It has evolved through four stages: from a Lower Paleozoic shallow marine platform to a Cenozoic faulting and subsidence phase. The basin’s sedimentary environment transitioned from marine to continental facies, particularly during the Late Carboniferous, leading to the formation of the Benxi coal seam, which is notable for its coal-bearing strata and potential for coalbed methane enrichment. The Benxi coal seam, primarily composed of bright and semi-bright coal, exhibits a thickness of 3-12 m and is characterized by high fixed carbon content and moderate sulfur levels, indicating its suitability for industrial use.
The study involved detailed sampling and analysis of coal from the Benxi Formation, focusing on maceral composition, industrial properties, and pore structure. The coal samples predominantly contained vitrinite, with lower amounts of inertinite and liptinite, suggesting a stable, water-saturated environment conducive to coal formation. The analysis revealed that the coal rank is classified as medium rank bituminous, with a volatile content around 14%. The sedimentary environment was inferred to be a partially reducing peat swamp, as indicated by the high vitrinite content and the application of coal petrological parameters such as the Gelification Index (GI) and Tissue Preservation Index (TPI). These findings enhance the understanding of the coal-forming conditions in the Benxi coal seam and highlight its resource potential in the Ordos Basin.