豫西高煤级煤中有机元素及统计结构的演化与煤化作用跃变

依据工业分析和元素分析数据,利用统计结构方法,求得了豫西主要高煤级煤矿区太原组与山西组镜煤的大分子结构参数及真密度,并据此进一步分析了有机元素及结构参数的煤化作用规律及其地质原因.结果表明:在高煤级煤早期阶段,形成于不同成煤环境的太原组煤与山西组煤的煤化特征仍有差异,在第三次煤化作用跃变之后这种差异逐渐缩小消失;高煤级煤分别以第三次和第四次煤化作用跃变为界,呈现出阶段性演化的特征,每阶段的演化机理有所不同;第三次煤化作用跃变中大分子结构的演化以芳构化作用主为,第四次煤化作用跃变则以强烈的环缩合作用占优势.     

中国高煤级煤的电子顺磁共振特征：兼论煤中大分子基本结构单元“…

主要基于我国华北及华南的高煤级煤样品，剖析了煤的电子顺磁共振演化特征，进而对高煤级煤演化的化学机理进行了探讨。结果表明：我国高煤级煤电子顺磁共振信号呈阶段性演化，自由基浓度、线宽和兰德因子分别在镜质组反射率４．０％，８．０％及１０．５％处出现转折或突变，反映出煤化作用的化学机理发生了重大转换；拼叠作用是镜质组最大反射率６．０％之后大分子基本结构单元急剧增大的主要化学机理，化学键的均裂是这种机理得以     

中国高煤级煤的电子顺磁共振特征——兼论煤中大分子基本结构单元的“拼叠作用”及其机理

主要基于我国华北及华南的高煤级煤样品，剖析了煤的电子顺磁共振演化特征，进而对高煤级煤演化的化学机理进行了探讨．结果表明：我国高煤级煤电子顺磁共振信号呈阶段性演化，自由基浓度、线宽和兰德因子分别在镜质组反射率４．０％，８．０％及１０．５％处出现转折或突变，反映出煤化作用的化学机理发生了重大转换；拼叠作用是镜质组最大反射率６．０％之后大分子基本结构单元急剧增大的主要化学机理，化学键的均裂是这种机理得以实现的重要前提条件．     

煤晶体结构受构造变形影响的研究

通过对38个原生结构煤样和47个构造煤样的晶体结构参数对比分析,探讨了煤的晶体结构与煤化作用跃变和煤体变形之间的关系.结果表明,原生结构煤和构造煤晶体结构的演化规律与煤化作用跃变有着紧密的联系;构造煤的晶体结构参数在不同煤化作用阶段与原生结构煤相差很大;尤其是构造煤的La:Lc,在Ro6.0%时随着煤阶的升高呈现倒"U"字形,且比值均小于1.     

中国煤储层岩石物理学因素控气特征及机理

基于全国主要矿区或勘探区统计资料,总结了煤级、煤岩类型、显微组分组成等煤的岩石物理学因素与煤层含气量、吸附性、渗透性等之间的关系,探讨了煤储层岩石物理学特征的控气作用机理．发现煤级－含气量的“包络线”具有阶段性演化规律,最大含气量的显著变化与煤化作用阶跃高度一致,煤储层含气量较高的地区沿纬向等间距展布且与较高煤级煤分布区吻合,煤的兰氏体积与镜质组含量关系中存在一个镜质组含量临界值．指出不同煤化作用阶段控气作用的实质在于煤物理结构和化学结构的演化,沉积作用控气的思路对煤储层渗透率非均质性预测具有一定实践意义．     

黔西滇东镜煤CS2抽余物的甲烷吸附特征及地球化学机理

基于黔西—滇东5套镜煤及其CS2抽余物的等温吸附实验和傅里叶变换红外光谱(FTIR)结果,对比分析了原煤及抽余物的吸附特征和结构官能团特征,探讨了CS2抽提对煤吸附性改造的地球化学机理.结果表明:CS2的抽提作用改变了煤吸附性特征,其改变方向和幅度受煤化作用程度高低控制;抽提作用减小了煤中产烃相关结构官能团和含氧官能团等2类结构官能团含量,其减小幅度同样取决于煤化作用程度高低.发现第2次煤化作用跃变对镜煤抽余物吸附性改变及其结构官能团含量改变起关键作用,镜煤抽余物的吸附性改变和其2类结构官能团含量改变差值之间具有同步响应.认为具有产烃相关结构官能团特征的烷烃及芳烃等非极性分子的溶出增强了煤抽余物吸附性,具有含氧结构官能团特征的非烃和沥青质等极性分子的溶出减弱了煤抽余物的吸附性,煤化作用程度控制下CS2抽提作用对煤中2类结构官能团含量的改变是其吸附性改变的根本原因.     

鄂尔多斯盆地东胜地区侏罗系煤与铀矿关系

鄂尔多斯盆地东胜地区侏罗系煤与砂岩型铀矿在空间上密切共存,为探讨煤与铀矿的关系,进行了广泛 的野外调研和系统的室内分析。在煤岩特征、煤的成岩演化和煤地球化学特征研究的基础上,发现从泥炭至褐煤 的煤化过程中,铀的含量不断增加;铀含量与煤岩显微组分中的镜质组含量成正比;砂岩成岩矿物与煤化作用有 关;煤的微量元素和稀土元素的含量特征与含矿砂岩具一致性。研究认为,在同生成岩阶段和早成岩阶段,煤对铀 的作用主要包括吸附作用、络合作用及还原作用;表生成岩阶段,煤对铀的再分配和“保矿”起到积极作用。     

乡宁矿区煤储层地质特征研究

煤层气富集成藏受煤储层地质特征的制约。通过对大量实验测试数据的分析与对比,研究了乡宁矿区煤层气成藏基础地质特征,主要包括煤储层发育特征、煤岩学特征、煤化学与工艺特征及煤级与煤相特征等。结果表明,本区主要煤层煤空间展布稳定、累计厚度大、煤质好、热演化程度高,具备煤层气成藏的基础条件。     

煤变质演化过程中的XRD响应

为更加深入和全面了解煤的大分子结构特征及其随煤化作用的演化过程,采用X射线衍射(XRD)方法对不同煤阶的煤样进行大分子结构主要参数的测试分析。结果表明,每一个煤化作用跃变点都有相应的XRD参数变化与之对应,煤的变质演化过程实质上是其大分子结构的演化过程,该过程受芳构化作用、缩合作用与聚合作用的影响,这些作用使得煤中的类石墨微晶经历了从无到有、从小到大、从无序到有序的过程,且这种变化是由渐变到突变。     

华北地台晚古生代煤中微量元素及As的分布

研究了华北聚煤盆地晚古生代煤中微量元素，并与全国和西南地区煤中微量元素含量进行了对比。还研究了煤的区域地球化学特征，在华北地台划分了3个煤区域地球化学带，绘制了山西组和太原组煤中As等元素的分布图。结果发现，除个别微量有害元素（如Ni,U,Cl,Mo,Cu,Zn)在局部地区富集外，华北聚煤盆地晚古生代煤中微量有害元素含量较低。整体上不足以对环境和人体造成危害（燃煤产物及其危害性尚值得深入研究）；As的区域分布和古地理环境及煤岩煤质特征相吻合，指出华北地台晚古生煤中微量元素的分布总体上主要受控于聚煤古环境，其分布具有南北分带，东西延展的特征。     

我国若干煤田煤的荧光分析

作者采用荧光显微观察和荧光测定方法研究了各种煤的荧光显微组份的 特征及其与煤级的关系,测量了相对荧光强度以及各种煤的荧光光谱曲线的扫 描;指出某些煤田煤随着煤级增高所表现的若干荧光性的变化并初步总结了煤 化过程中荧光现象的种种变化。参照目前Jacob,Alpern,Ottenjann等的研 究成果,作者考虑了煤化跃变以及附增荧光和荧光影响因素的问题。     

凤阳山矿区太原组和山西组煤质特征分析

基于煤岩测试和工业分析数据评价了凤阳山矿区太原组、山西组可采煤层煤质特征,探讨了可采煤层煤质特征与成煤环境的关系。结果表明：太原组煤层为低灰分（Ad）、低挥发分（Vdaf）、高硫分（St,d）之贫煤,山西组煤层为低灰分、低挥发分、低硫分之贫煤。从下到上煤层镜质组含量、挥发分、硫分含量降低。山西组和太原组煤层灰分含量均较低,但山西组煤层灰分含量变化较大,灰成分指数较高。山西组煤层硫成分以Sp,d、So,d为主,硫分明显低于太原组煤层。从下向上成煤环境从浅海、滨海过渡相向陆相演化,泥炭沼泽水介质也从咸水、半咸水向淡水演化,因此,相应煤层煤质特征也表现出垂直分带性。     

不同变质类型煤的结构演化特征及其地质意义

基于煤结构演化特征及其地质意义在煤化作用研究中的重要性,采用X射线衍射分析、电子顺磁共振分析、显微傅立叶变换红外分析、高分辨率透射电子显微镜研究了特殊环境下形成的不同变形-变质类型的构造煤.结果表明:3类不同变形-变质类型煤具有显著的系统差异:尤以区域变质煤与另两类区分显著,叠加在高温之上的构造应力能够促进碳原子面网间距(d002)减小、基本结构单元(BSU)的延展度(La)和堆砌度(Lc)增大、促使BSU向稚理化发展;该实验条件下,构造-热变煤的d002较另两类煤平均减小了0.012nm左右,而La和Lc平均值则分别为另两类煤的近2倍和3倍左右.构造应力不仅影响物理煤化作用,而且在一定程度上可以导致煤有机大分子化学结构和化学组成的改变,对煤结构的演化具有超前效应.     

不同变质变形煤微晶结构的XRD试验研究

煤的变质、变形作用不仅对煤的宏观特征具有重要影响,而且也影响着煤的微晶结构,煤微晶结构是影响煤储层物性的内在因素之一。为深入研究不同变质变形煤的微晶结构演化特征,本文采用X射线衍射(XRD)试验方法,综合前人的试验结果,对全煤级不同变质变形煤的微晶结构参数进行研究。结果表明:随着煤级的升高,面网间距d002逐渐减小、堆砌度Lc以及芳香层数Nc逐渐增大,呈现一定的阶段性,其数值最终趋于稳定;延展度La与最大反射率Ro,max呈线性关系,随着煤级的升高而逐渐增大。在变质作用的基础上,构造变形作用拉长了煤微晶参数的变化区间,使微晶结构得以提前演化;构造变形作用对堆砌度Lc、延展度La以及芳香层数Nc的增大有积极的影响;弱构造变形作用对d002最终稳定值影响较小,强构造变形煤d002的最终稳定值较原生煤的小;原生结构煤、弱构造变形煤以及强构造变形煤微晶参数随煤级变化时具有不同的特征,构造变形煤的微晶参数较原生结构煤变化空间更大。     

煤系脉体包裹体地球化学特征——山西南部高煤级煤区域热变质成因探讨

通过对山西南部晚古生代煤系脉体流体包裹体形成温度、压力、气相和液相成分、稳定同位素组成等地球化学特征的研究，探讨了该区高煤级煤形成的区域古地热场背景．结果表明：该区在燕山中期存在着高热异常古地热场，导致其形成的附加热源可能主要来源于岩浆侵位于地壳不同深度造成的热传导；异常古地热场与正常古地热场背景的叠加，是造成了本区“东高西低、南高北低、高煤级煤展布于东部和南部”的煤级现代分布格局的主要原因．     

煤沼演化类型与侏罗系煤（系）成油田形成规律

在研究了西北侏罗系含煤盆地的层序地层、煤相类型组合和煤沼剖面上的演化特征的基础上,提出了煤沼沉积环境演化类型（简称演化类型）的概念．根据含煤建造（组）垂向上的变化特征、煤相类型及其组合特征,将其划分出三种演化类型．着重讨论了第三演化类型盆地的煤生油显微组分组成、泥岩厚度、水进和水退序列中有机岩生油特征、煤沼在剖面上的演化特征和煤（系）成油田的形成原因,在此基础上,得出了只有在第三演化类型中才能找到煤（系）成油田的结论．     

烟煤级构造煤分子结构演化及动力变质作用研究

在构造煤显微结构分析的基础上,利用红外光谱、拉曼光谱和XRD测试手段分析了不同变形程度低中阶和中高阶烟煤分子结构演化特征,并探讨了构造煤变形过程中发生的动力变质作用.研究结果表明:随变形程度的增加,低中阶和中高阶烟煤分子结构参数变化规律具有相似性,但各光谱参数的变化强度存在差异.低中阶烟煤,弱变形阶段动力变质作用不具有明显提高煤体变质程度的能力;强变形阶段动力变质效应增加,促进煤体高变质程度升高.中高阶烟煤,弱变形阶段光谱结构参数变化强度小于低中阶烟煤,原因在于变质作用导致煤体有机质结构的应力敏感度降低;强变形阶段动力变质作用加速煤分子缩聚,表现为芳香结构含量快速增加且尺寸增大.     

不同煤级煤低温氮的多段吸附特征

基于不同煤级煤的低温液氮吸附性能测试,采用毛细管凝聚理论(BJH法)和密度泛函理论(DFT法),对煤的低温氮吸附曲线进行解析,结合Kakei的多段吸附理论,探讨不同煤级煤的吸附量、吸附曲线形态的差异,以及多段吸附特征及其机理。结果表明,随着煤化作用的加深,煤中纳米级孔隙呈现先减少后增加的趋势,孔隙的孔径分布更加均一;煤的液氮吸附量主要与BET比表面积有一定的关系,但中、微孔孔隙含量是造成液氮吸附量差异的主因;煤级的增加,液氮吸附曲线呈现由简单→复杂→简单的变化规律,表现为多段性吸附特征,暗示着吸附机理的变化,存在着单分子层吸附、多层吸附、毛细孔凝聚及微孔填充等多种吸附模式。     

沁水盆地晚古生代含煤沉积体系及其控气作用

沁水盆地晚古生代含煤地层主要为晚石炭世太原组和早二叠世山西组，可采煤层有太原组第15号煤层和山西组第3号煤层，两者均为高煤阶无烟煤。对含煤地层内部各成因相及其组合的综合分析表明，太原组为陆表海多堡岛与碳酸盐台地复合沉积体系。第15号煤层形成于海退持续时间较长的潮汐三角洲环境，其中三角洲平原沼泽相中煤层较厚，滞留泻湖相中煤层较薄，障壁沙坝一带煤层厚度较稳定。山西组为河控三角洲沉积体系。三角洲平原沼泽环境中均衡补偿沉积持续时间较长，形成的第3号煤层厚度较大，结构简单。三角洲前缘沙坝中煤层厚度稍薄，分流河道中煤层不稳定。煤层气勘探实践表明，在同一口试气井中，盆地内大部分地方第3号煤层比第15号煤层厚度大，生气能力强，煤层气保存条件优越，气体质量浓度、含气饱和度、煤层气资源量高。因此，第3号煤层应是沁水盆地煤层气试采和商业化开发的首选目标层。     

热解煤成甲烷碳同位素演化及其动力学研究

采用高温高压封闭体系和不同升温速率的实验条件,选用具有不同显微组成和演化程度的煤岩及原始成煤物质泥炭进行了热模拟实验,研究了热解煤层气甲烷碳同位素的演化和沁水盆地煤层气碳同位素动力学特征,发现热解煤层气甲烷碳同位素组成及演化与煤岩的性质和煤化程度、源岩初始演化程度、升温速率等因素密切相关,提出了热解煤层气甲烷碳同位素组成与lg(Ro)之间的关系式,确定了沁水盆地上古生界煤岩生成的甲烷碳同位素演化史及煤层气成因.结果表明:煤岩的初始演化程度低、壳质组含量高、升温速率高的条件下,形成的煤层气碳同位素组成比较轻.样品在不同升温速率形成的热解煤层气甲烷碳同位素组成与lg(Ro)具有良好的正相关关系.沁水盆地上古生界煤岩生成的甲烷碳同位素演化史是随着煤岩的埋藏史,阳城地区太原组、山西组和泥炭热解煤层气甲烷碳同位素基本保持了持续变重的趋势,并且在早白垩世(K1)末都达到最重,之后甲烷碳同位素基本保持不变.首次对成煤物质泥炭进行了碳同位素动力学实验模拟,与煤岩的碳同位素动力学特征进行了对比,表明了泥炭比煤岩具有更轻的碳同位素.将沁水盆地阳城地区二叠系自然煤层气样品的甲烷碳同位素组成与碳同位素动力学研究获得的资料比较研究发现,阳城地区煤层气甲烷碳同位素组成与K1演化至今的煤层气甲烷碳同位素值相近,反映了阳城地区煤层气具有"阶段聚气"的特征.从而反映了甲烷碳同位素动力学是研究煤层气成因的有效方法.