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.     

煤及半焦的XRD结构分析

通过XRD(X射线衍射)对3种单煤以及不同温度半焦的结构进行分析:晋城无烟煤与潞安贫煤在873~1073 K之间温度的半焦性能比较好,而烟煤则在873 K温度左右的半焦性能良好。样品微晶参数的测试结果表明,随着热解温度升高与焦化程度的增加,"煤晶核"BSU的延展度、网面间距、微晶中芳香层单层之间的距离d002、芳香层片平均堆砌厚度Lc、芳香层片的直径La呈现规律性变化。随着热解温度的不断增加,002衍射峰的峰位偏移程度不大,煤的芳香层单层之间的距离d002变化不明显,表示芳香层叠片大小的Lc、La值具有随着加热温度的升高呈先减小后增大的趋势,但是煤热解的三个阶段性特征比较明显。原因是第一阶段随热解温度的升高,碳、氢元素的含量呈先降低后升高;第二阶段芳香族化合物增加与挥发物质的大量逸出;最后阶段中脂肪族化合物、脂环族化合物裂解同时侧链减少,导致煤中大部分物质聚合成稠和度更大的芳环结构,结构渐趋有序化,晶化程度增加。     

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.     

高煤级构造煤的XRD结构及其构造地质意义

通过１７件构造煤和４件正常煤系列煤样的Ｘ射线衍射分析,深入探讨了构造煤基本结构单元的演化特征及其影响因素,阐明了构造应力作用是促使煤单元面网间距减小和堆砌度及延展度增大的重要影响因素．构造煤镜质组最大反射率与基本结构单元的演化具有良好的相关关系,是煤田构造研究中进行应力－应变分析的重要标志物之一．     

煤体纳米级孔隙低温氮吸附特征及分形性研究

为了研究不同煤级煤体纳米级孔隙结构特性,通过低温氮吸附法对宿州邹庄矿、平顶山八矿、鹤壁九矿的8组煤样进行对比实验,分析了煤孔隙结构特性,并运用孔隙分形几何学理论基础建立FHH模型,揭示了煤的变质程度和破坏程度对煤孔隙结构差异的影响。结果表明:(1)不同变质程度的煤,其吸附能力与变质程度并不呈线性关系,与共生原生结构煤相比,构造煤的平均孔径普遍较小,但其孔比表面积较大,且构造煤吸附能力明显强于原生结构煤。(2)不同煤级煤的分形维数D大小并不随着煤化程度的升高而呈规律性的线性变化,构造变形作用促使构造煤孔隙结构复杂化。(3)分形维数D越大,表明煤体孔隙结构越复杂,煤体孔比表面积及其吸附量也较大。(4)分形维数与平均孔径呈反比。     

煤的韧性变形机制及其识别标志

韧性变形是煤的重要变形机制之一,韧性变形所形成的构造煤在煤田中广泛存在。煤的低温软化性质,煤核内芳香环层片间及煤核间的叠层结构是煤容易发生韧性变形的内在因素,煤田构造演化过程中的构造剪切作用是导致煤韧性变形的外部条件。而煤的光学异向性的明显增加,鳞片状煤的存在以及鳞片状煤的波状消光现象是识别煤韧性变形的三个重要标志。     

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.     

不同煤级煤大分子结构对应力-应变环境的响应分析

基于20块气煤、焦煤和无烟煤级不同变形类型和程度构造煤的X射线衍射(XRD)测试结果的计算分析,结合不同类型构造煤的形成环境和不同煤级煤的分子结构特征研究,揭示了气煤、焦煤和无烟煤大分子结构对应力-应变环境响应的差异性,结果表明:不同类型应力-应变环境对气煤、焦煤和无烟煤大分子结构的芳香化进程的影响分别表现为正效应、正负兼有和负效应;除弱变形碎裂煤和气煤级片状煤外,气煤级构造煤样品的面网间距和堆砌度相对同煤化程度原生结构煤分别不同程度减小和增大,减幅和增幅区间分别为[0.029,0.104]和[2.304,6.937],焦煤级构造煤则表现为增减兼有,相应的减幅和增幅区间分别为[-0.042,0.009]和[-4.703,0.415];无烟煤级构造煤表现为分别明显增大和减小,相应的减幅和增幅区间分别为[-0.046,-0.031]和[-7.970,-3.239]。     

右江盆地三叠系的极低级变质作用与变形构造——以天峨地区为例

右江盆地三叠纪槽盆相浊流沉积岩系广泛遭受过低级、极低级变质作用,变质变形构造发育,形成了具有规模呈带状展布的低变质强变形构造岩区带,劈理构造常密集发育构成劈理构造变形带.其中,强变形带剪切变形强烈,出现了明显塑性流变,构成碎屑岩质脆韧性剪切变形带.变质变形程度或级别与地层时代或岩层在地层柱中的位置相关,自下往上变质级别依次降低、变形强度递进增强.反映了区域低变质强变形作用是在"伸"、"缩"、"剪"构造机制背景下,以葡萄石-绿片岩相为特点,从区域埋藏型变质开始发生演变到剪切带内变质,不断向前递进发展变化的特征,是区域变质作用和强动力变质作用的复合变质作用.     

煤层气成藏的构造应力场研究

构造应力场是控制煤层气成藏极为重要的因素，深入探讨不同性质构造应力场对煤储层的改造及控制机理，将会为煤层气勘探前景评价提供重要的理论基础．本文在区域构造应力场研究的基础上，分别探讨了不同性质构造应力场的作用特征及其对构造发育、构造展布、构造组合及构造变形的控制作用；分析了不同性质构造及其组合、应力-应变环境对煤储层的改造作用，探讨了不同变形机制和不同结构构造煤在不同构造应力场中的发育及展布规律．研究表明，挤压应力场作用下，在强变形带的中心及其附近，可以形成糜棱煤类构造煤，但糜棱煤分布较为局限；在较大范围内形成脆性变形系列的构造煤，是煤层气勘采的有利区带；拉张构造应力场中，大部分区域内有利于煤层裂隙的形成和渗透率的提高，但易造成煤层气的散失，含气量降低，应重视有利的储气构造的研究．剪切构造应力场中，以平移断层为界，煤层的赋存状态、煤体结构和煤储层物性都会存在一定的差异，应对不同的构造单元分别研究其煤储层特征．     

煤演化过程中力化学作用与构造煤结构

应用力化学理论和煤结构分析方法,对煤的力化学作用类型、力化学的能量来源、作用形式及其对煤结构演化的影响进行了研究;结果表明水平挤压应力是煤力化学作用的重要能源,其挤压剪切作用,不仅使煤发生变形、破坏等物理效应,形成了构造煤,而且使煤结构发生一系列的化学效应:一方面煤结构发生聚合、异构、重排、芳构,形成更大分子网络结构;另一方面,在短时间内分子断裂、分解形成液态烃(低分子化合物)和气态烃(瓦斯).作者认为力化学作用是煤结构演化的重要过程,不仅加速煤的变质过程,而且加速烃的转化,有利于低分子化合物和瓦斯的富集,构造煤是力化学作用的产物.     

煤演化过程中力化学作用与构造煤结构

应用力化学理论和煤结构分析方法,对煤的力化学作用类型、力化学的能量来源、作用形式及其对煤结构演化的影响进行了研究;结果表明水平挤压应力是煤力化学作用的重要能源,其挤压剪切作用,不仅使煤发生变形、破坏等物理效应,形成了构造煤,而且使煤结构发生一系列的化学效应一方面煤结构发生聚合、异构、重排、芳构,形成更大分子网络结构;另一方面,在短时间内分子断裂、分解形成液态烃(低分子化合物)和气态烃(瓦斯).作者认为力化学作用是煤结构演化的重要过程,不仅加速煤的变质过程,而且加速烃的转化,有利于低分子化合物和瓦斯的富集,构造煤是力化学作用的产物.     

豫西煤田二1煤层中构造煤成因的反射率研究

为探索构造煤的成因,以豫西煤田不同构造区的构造煤和原生结构煤为研究对象,采用定向标本及反射率测定的方法作对比研究,发现构造煤的反射率比原生结构煤的发射率普遍增高.根据反射率与构造应力的关系,求得各构造区的古构造应力场,揭示了在前期断裂基础上喜山早期掀斜运动诱发的重力滑动构造是嵩箕区二1煤层中构造煤形成的主要原因,在崤熊区为燕山晚期的逆冲推覆作用.     

平顶山八矿突出煤层的X射线衍射法研究

笔者利用Ｘ射线衍射法测试了平顶山八矿戊组和已组煤层的煤芳核变化。从距突出点不同距离的取样测试结果可以看出，随着远离突出点煤芳核发生有规律的变化，原生结构煤的Ｌｃ值要小于构造煤，而其面网间距却大于构造煤的面网间距，反映了在构造应力作用下，煤芳核的面网间距逐渐缩小，煤的变质程度略有增高的趋势。这为评价构造影响煤结构破坏的程度，推断煤与瓦斯突出可能发生的部位提供了定量的信息。     

平顶山八矿突出煤层的X射线衍射法研究

笔者利用Ｘ射线衍射法测试了平顶山八矿戌组和已组煤层的煤芳核变化。从距突出点不同距离的取样测试结果可以看出，随着远离突出点煤芳核发生有规律的变化。原生结构煤的Ｌｅ值要小于构造煤，而其面网间距却构造煤的面网间距，反映了在构造应力作用下，煤芳核的面网间距逐渐缩小，煤的变质程度略有增高的趋势。这为评价构造影响煤结构破坏的程度，推断煤与瓦斯突出可能发生的部位提供了定量的信息。     

北京周口店地区晚古生代煤系煤层变质变形机制研究

北京周口店地区晚古生代煤系煤层遭受过强烈的变质与变形。与华北同时期煤田相比，它独具特色：煤级达高级无烟煤，乃至接近于超无烟煤，煤层的糜棱化构造煤极其发育。作者采用薄片、扫描电镜及Ｘ衍射诸手段对煤系及煤层的变质变形特征进行了系统的研究，确定了煤变质作用发生的时间，变质作用类型和变质作用温压条件；同时探讨了煤层变形，即糜棱化作用发生时期及形成条件。     

浅析构造煤动力变质作用的生烃问题

探讨了构造煤动力变质作用的生烃问题,认为：①构造煤在动力变质过程中有烃气形成;②动力变质作用所形成的烃气对瓦斯含量、瓦斯压力的增加起着重要作用;③重烃是在构造煤动力变质过程中形成的．     

邯邢煤田煤的X射线衍射分析

本文利用 X 射线衍射分析研究煤的有机结构。对河北省邯邢煤田各煤种(肥煤、焦煤、瘦煤、贫煤、无烟煤)的衍射分析表明:随着煤变质程度的增高,组成煤晶核的碳原子网之间的距离(d)相应减小.而反映煤晶核大小的 L_a 相应增大.L_c 亦相应增大,到无烟煤时 L_c 减小,但 L_aL_e利用这一规律性变化所反映的煤有机结构的特征值(L_、L_c、d)来鉴定煤的变质程度,判断煤的变质作用类型,不仅是有意义的.而且是可行的。     

对煤体结构形态及成因分类的改进和完善

为便于理论研究和矿井生产中煤与瓦斯突出预测时的应用、资料积累和对比,参照构造岩的分类方法,依据煤体结构的宏观特征和不同煤体结构类型煤的物性参数的测定结果,在对原煤体结构四类分法做了较大补充的基础上,根据非接触性探测煤体结构类型的需要,提出了硬煤和构造软煤的煤体结构二类分法,其中硬煤与原生结构煤、碎裂煤相对应;构造软煤与碎粒煤、糜棱煤相对应,从而改进和完善了煤体结构的形态及成因分类.     

对煤体结构形态及成因分类的改进和完善

为便于理论研究和矿井生产中煤与瓦斯突出预测时的应用、资料积累和对比,参照构造岩的分类方法,依据煤体结构的宏观特征和不同煤体结构类型煤的物性参数的测定结果,在对原煤体结构四类分法做了较大补充的基础上,根据非接触性探测煤体结构类型的需要,提出了硬煤和构造软煤的煤体结构二类分法,其中硬煤与原生结构煤、碎裂煤相对应;构造软煤与碎粒煤、糜棱煤相对应,从而改进和完善了煤体结构的形态及成因分类.