煤中干酪根在热演化中结构变化的红外光谱研究

为了研究煤中干酪根的不同抽提方法对热演化过程中结构变化的影响,对新疆塔里木盆地库车坳陷阳霞侏罗纪煤中的可溶有机质采用不同的抽提方法得到部分干酪根,并对其在不同热模拟温度下的结构组成变化特征进行红外光谱测定。结果表明,干酪根的结构主要由三部分组成:脂族结构、芳香结构、含氧官能团。随热演化进行,脂族结构和含氧官能团不断脱落,芳香结构不断发生缩合。通过三个系列的比较发现,不同抽提方法导致了初始状态烃类含量的不同,因而红外光谱参数的变化趋势也有所不同。三个系列随热演化程度的进行,从Ⅲ1型干酪根转变为Ⅲ2型干酪根,生油能力降低,主要为生气型干酪根。     

构造煤结构演化及其应力-应变环境

基于不同变形类型和程度煤样品的X 射线衍射分析（XRD）,研究了构造煤的结构演化及其应力- 应变环境。结果显示, 弱变形构造煤芳香结构参数面网间距（d 002）随煤化程度增高呈阶跃式减小,阶跃点为最大油浸镜质组反射率等于0.69% 左 右,阶跃点后变化不大;鳞片煤Ⅱ的面网间距最小,揉皱糜棱煤与片状碎裂煤Ⅱ相当,介于弱变形构造煤与鳞片煤Ⅱ之间, 揉皱煤的面网间距稍大于揉皱糜棱煤;堆砌度随煤芳香结构演化与面网间距协调变化。认为应力- 应变作用类型和程度的 差异控制了不同变形类型和程度构造煤的形成,应力- 应变作用不仅改变煤体宏观和微观结构,也影响着煤芳香结构的演 化,且不同类型和程度应力－应变作用的影响程度存在较大差异。形成构造煤的应力- 应变环境可分为脆性碎裂变形环境、 韧性变形环境和剪切变形环境三类。弱和中等脆性碎裂变形作用对煤芳香结构影响不大;韧性和剪切变形作用分别以一定 的温压条件和定向的应力作用为主要特征,前者有利于煤中杂原子团的脱落和新芳环的形成,后者有助于煤中分子结构的 有序化,均可促进煤中芳核的生长。     

南票热变煤中不溶有机质的谱学研究

通过对南票热变煤的Ⅰ·Ｒ、Ｒｏｃｋ—ｅｖａｌ与ＸＲＤ的研究，对其成煤母质、煤级、矿物与热变煤的物理化学结构演化等方面有了新的认识：该煤生成有低等生物参与；煤脱矿作用使脂肪结构优先低温氧化，煤中矿物对Ｓ２峰影响较大；Ｔｍａｘ、ＴＰＩ、ＯＰＩ、ｄ００２、Ｌｃ等为较好的成熟度参数，而ＨＩ、Ａ因子、Ｃ因子、脂芳比受成熟度与母质双重因素影响；ｄ００２、Ｌｃ与温度和有机质受热速度有关；镜质体反射率主要取决于稠环芳香结构规整程度；Ｌａ、Ｌｃ下降与Ｌａ／Ｌｃ＞１是热变煤特征；热变煤的物理化学结构演化类似区域变质煤。     

淮北石台煤矿接触变质煤速热碳化的微组构解译

作为岩浆吞噬煤层的信息记录者和物质承载者,接触变质煤是揭示煤层速热碳化过程和机理的重要研究对象。为此,本研究采集了淮北石台煤矿不同热变质程度的接触变质煤样品,利用镜质组反射率测试、元素分析、工业分析、偏光显微镜(PLM)和扫描电镜(SEM)等实验手段,表征其微组构特征,以期揭示煤层速热碳化的机理和过程。结果显示,从未受影响煤、浅热变质煤到天然焦,样品最大镜质组反射率、灰分产率升高,氢、氮元素以及挥发分含量降低。未受影响煤显微组分以胶质结构体为主,局部发育丝质体;浅热变质煤中裂隙发育、少见脱挥发孔;靠近岩体的块状天然焦中镶嵌结构炭和脱挥发孔发育,孔径多介于20~150 μm;岩体内的细脉状天然焦,主要由多孔炭和炭微球组成,富含圆形—椭圆形气孔,孔径多介于1~3 μm。分析表明,趋近岩体,接触变质煤热变质程度连续增加：浅热变质煤是煤层受较弱热变质而脆性断裂的结果;天然焦是浅热变质煤热解脱挥发分和中间相化的产物;至岩体附近,天然焦被液化成多孔炭和炭微球,后二者最终被氧化为气态碳氧化物而消失。我们认为,岩浆接触变质煤速热碳化的实质就是固态煤岩被岩浆热解而中间相化、液化和氧化气化的过程。     

泥炭藓煤热模拟系列二阶导数红外光谱研究

泥炭藓煤热模拟系列二阶导数红外光谱研究彭文世，陈德玉（中国科学院广州地球化学研究所．广州５１０６４０）关键词泥炭藓煤，热模拟，二阶导数红外光谱许多科学家曾用红外光谱技术研究过煤和干酪根的热演化问题：详细讨论了不同变质程度的煤和沥青的红外光谱［１］；利...     

变形煤的EPR结构演化及其构造地质意义

构造煤和高温高压实验变形煤的ＥＰＲ实验结果,充分显示了变形煤的ＥＰＲ参数具有随Ｒｏ,ｍａｘ的增大而呈现规律性演化的特征,在Ｒｏ,ｍａｘ〉４％以后煤结构演化机理向拼叠作用的转化在实验变形煤和构造煤中也有很好的体现。但是,变形煤Ｒｏ,ｍａｘ的增大除与温度和围压条件有关外,还深刻地受到定向压力或构造应力的影响,尤其是对镜质组反射率各向异性的增强、煤大分子结构有序畴及定向性的增大更具有极为重要的控制作用。     

煤型气烃类组分的稳定碳、氢同位素组成研究

我国主要含油气盆地中的煤型气和油型气烃类气体的稳定碳、氢同位素组成的对比研究表明：煤型气甲烷的碳同位素组成在未成熟到低成熟阶段（Ｒ０＜０．７％）与油型气无明显差别。从低成熟开始，煤型气甲烷随热演化程度的增高相对油型气逐渐富集重碳同位素。在热演化程度达到１．０左右时，二者δ１３Ｃ１的差别最大（达７‰左右）。之后随热演化程度的增加，二者δ１３Ｃ１的差值逐渐减小，当热演化程度达到过成熟阶段之后，二者又基本相近。煤型气和油型气重烃的碳同位素组成，主要受气短岩母质碳同位素组成的控制。重烃的碳同位素组成是鉴别煤型气和油型气的较有效的指标，通常煤型气的δ１３Ｃ２＞－２８‰，而油型气的δ１３Ｃ２＜－２８‰。热演化程度对煤型气重烃的碳同位素组成影响不够明显，而对油型气重烃碳同位素组成有一定的影响。煤型气（甲烷及重烃）的氢同位素组成主要与源岩沉积时的水介质有关，由陆相淡水环境沉积的源岩形成的煤型气相对富集氢同位素气。煤型气从甲烷到了烷随着碳数的增加，氢同位素组成依次增重，即δＤ１＜δＤ２＜δＤ３＜δＤ４．     

大别山北麓高煤级煤的变形——变质类型

对中国东部大别造山带前陆盆地石炭纪含煤岩系的高煤级煤进行了深入研究,划分出3种变形——变质类型。构造——热变质类型煤样采自剪切应变带内,煤镜质组反射率各向异性显著,煤结构参数L_c最大,L_a/L_c和d₀₀₂最小,TEM下存在局部石墨化现象,呈现动力变质特征。岩浆热变质类型煤样受中生代花岗岩侵入体异常高温影响,Ro_max和Ro_bi较大,显微镜下呈非均质结构,L_a/L_c在3类煤中最大。区域变质类型煤的Ro_max最小,但仍远远高于稳定地区相近地质时代煤,反映了造山带旁侧构造——热活动背景下有机质的高演化程度。     

吐哈盆地煤的生气能力探讨

分析了吐哈盆地含煤地层有机质的成烃机理和模式,根据热模拟试验结果及吐哈盆地煤的物质组成特点,估算了吐哈盆地煤的生气量.研究表明,吐哈盆地侏罗系煤层的演化程度虽然只达褐煤、长焰煤或气煤阶段,各煤层的生气作用均处于未成熟或低成熟阶段,生气强度相对较低,但吨煤生气量仍有31～90m3之多.因此,如果保存条件具备,本区煤层气资源肯定会存在.     

实验变形煤结构的13C NMR特征及其构造地质意义

通过４件煤的高温高压实验样品及２件原始样品的＾１３Ｃ固体核磁共振研究,揭示了变形煤结构演化的微观机理及其与镜质组反射率光性变异的内在联系,阐明了不同应变环境中应力作用的差别在一定程度上控制了碳结构的演化,而镜质组反射率的差别正是煤结构差异的外在反映,因此,煤镜质组反射率光性组构真实地记录了煤变形历史中应力作用及应变环境特征,是煤田构造研究中极为重要的应变标志之一。     

构造物理化学条件对煤变质作用的控制

煤是对温度和压力等地质因素十分敏感的有机岩,各种构造-热事件控制下的物理化学条件,是促进煤岩演化的根本动力。本文对煤变质作用过程的研究现状进行了综述,着重讨论了煤岩在高煤阶-石墨演化阶段的控制因素、演化过程和演化机制。煤变质作用包括煤化作用阶段和石墨化作用阶段,共同构成一个连续的有机质演化过程,总体趋势是分子结构有序化、化学成分单一化,最终演变为以碳元素为主、三维有序结构的石墨。温度和压力(应力)是控制煤变质作用两大因素,在不同的演化阶段,这两大因素所起的作用和演变机理都有所差异。在低、中煤阶演化阶段,温度是煤化学结构演化的主要控制因素,为化学键断裂提供活化能,应力缩聚和应力降解则对煤化学结构演化具有催化作用。高煤阶-石墨化阶段的主要机制是导致基本结构单元BSUs之间相互联结使短程有序化范围增大的拼叠作用,构造应力在其中起到关键作用,BSUs定向和面网间距不断减小,促进大分子物理结构演化。加强煤变质作用的高级阶段-石墨演化过程的研究,将丰富和深化对煤-石墨物理化学结构完整演化序列的认识。煤系石墨成矿机制的高温高压模拟实验,则为煤变质作用构造物理化学条件研究提供了可行的技术手段。     

Changes in gas composition during simulated maturation of sulfur rich type II-S source rock and related petroleum asphaltenes

Asphaltenes extracted from crude oils are proposed to possess structural features of the related source rock kerogen. For the present study micro-scale sealed vessel pyrolysis (MSSV) and combustion isotope ratio mass spectrometry (GC–C–IRMS) were used to compare gas generation from a whole rock (type II-S kerogen) from southern Italy with that from related sulfur rich asphaltenes isolated from a low maturity heavy crude oil. The purpose of was to determine whether experimental pyrolysis of oil asphaltenes can be used to predict the timing and the chemical and isotopic composition of hydrocarbon gases generated from genetically related kerogen in the source rock during burial maturation. The results show that parameters such as (gas to oil ratio) GOR and oil and gas formation timing are very similar for these two sample types, whereas gas composition, product aromaticity and sulfur content are remarkably different. Slight differences in GOR are mainly due to differences in gas formation characteristics at very high levels of thermal alteration. Secondary gas formation from the whole rock covers a much broader temperature range under geological conditions than that from the asphaltene products. However, it is remarkable that both the onset and the maximum temperature are nearly identical under geological conditions. The observed differences in gas generation characteristics are supported by discrepancies in the carbon isotopic characteristics of the gas range compounds and indicate different precursors and/or mechanisms for gas generated from whole rock and asphaltenes.     

西北地区盆山构造演化及其控煤作用分析

通过对中新生界的地层完整性、不整合分布与类型变化、沉积建造三方面的系统对比分析,在构造层序划分基础上,重点论述了西北地区中新生代盆山构造演化及其控煤作用。认为,西北地区盆山构造格局历经多期构造运动后快速定型于喜山运动中晚期。西北地区中新生代构造演化受控于南部各板块的依次北向多期碰撞,地层缺失和不整合的向南增加是南部构造挤压远、近程效应下的被动响应。印支运动期“围裹型”和“夹板型”盆地在规模级次和构造形态上的显著分异奠定了煤炭空间分布和构造变形分异的基础。高峰聚煤事件发生于构造引张-弱挤压下盆山“趋同”演化“广盆”发育阶段,“围裹型”和“夹板型”盆地的煤炭资源分别呈环状、线状分布于盆山过渡斜坡带。“围裹型盆地”煤系变形的“向心”环状分异和“夹板型盆地”煤系变形的“向轴”带状分异的主因是挤压能量从盆缘向盆内的逐级递减。      

湖南中生代岩浆活动与晚二叠世煤变质特征

岩体同位素年龄和空间展布分析表明，中生代岩浆活动受多期活动的深大断裂控制且具有多阶段和多期次演化特征。根据Ｘ 射线衍射分析、包体测温、热液矿点的分布以及煤质参数等特征可以证明，除了深成变质作用外，岩浆热变质作用是该区主要的煤变质作用类型。岩浆热变质作用可进一步划分为区域岩浆热变质作用和接触变质作用。通过对湖南的煤类、岩浆活动、构造特征及地球物理特征的比较，可划分出４个煤变质区，其变质程度自北西向南东逐渐增高，这是中、新生代太平洋板块与欧亚板块长期相互作用的结果     

我国煤系石墨研究及资源开发利用前景

煤系石墨属于特殊的非典型晶质矿物,多为隐晶质石墨,既是石墨矿产的重要组成部分,也是煤系综合矿产的一种。煤系石墨与煤层为同层异矿,煤向石墨演化的实质在元素组成上表现为富碳、去氢和脱氧,在分子结构上表现为有序化增强和石墨晶体结构的逐渐形成。煤岩组分、岩浆热和地质构造等均对煤成石墨化作用具有重要的影响,在多因素综合作用下,煤系石墨成矿常表现出差异石墨化特征。从煤系石墨成矿机理入手,提出了以化学组成参数为基础指标,以结构参数为精确指标的煤系石墨鉴别指标体系;从资源评价需求出发,将不同演化程度的煤系石墨划分为Ⅰ级（石墨）、Ⅱ级（半石墨）和Ⅲ级（石墨化无烟煤）等3类。煤系石墨的形成与岩浆活动和挤压性构造环境密切相关,受区域性构造-岩浆带控制,煤系石墨分布具有方向性、递变性、集中成带的特点,成矿区带呈现出“一纵三横”的分布特点,划分为滨太平洋成矿域、南岭成矿域、秦岭-大别山成矿域和阴山-燕山成矿域和9个成矿带。分析了我国煤系石墨资源现状,指出由于我国煤炭资源丰富和赋煤区构造-热叠加作用显著,煤系石墨资源潜力巨大。煤系石墨开发利用对于增强石墨矿产的战略保障能力、促进煤系矿产资源合理开发利用和推动煤炭企业转型升级等均具有重要意义。分析了当前煤系石墨矿产资源开发利用方面存在的问题,提出了相应的政策建议。      

Pyrolysis of asphaltenes: a source of geochemical information

Pyrolysis of asphaltenes from crude oils yields significant amounts of crude oil-like material. Studies of asphaltenes and their pyrolysis products from biodegraded and non-biodegraded oils show that biodegradation does not affect the composition of asphaltene. The overall composition of the oil produced from them on pyrolysis is similar to, yet significantly different from, that of the parent oil. From these compositional differences, it is concluded that asphaltene and its pyrolysis products contain geochemical information which is characteristic, and therefore may shed light on the history of the oil prior to asphaltene formation.     

蒙陕矿区地下水环境系统及采掘扰动

针对蒙陕矿区煤炭资源高强度开发与地下水为核心支撑的生态环境保护所面临的诸多问题,根据蒙陕矿区地质与水文地质结构特征,从地下水系统与水环境相关概念内涵及其相互依存关系出发,提出了地下水环境系统的概念;并从系统的空间结构特征、行为属性及其功能控制要素特征入手,将地下水环境系统细分为"结构控制层"、"水力驱动层"和"外围扰动层"3层结构;分析研究了不同结构层的功能、作用、主要组成要素及其状态表征指标,通过分析煤炭采掘活动与地下水环境系统相关结构要素的互馈机理,得出采煤活动通过对地下水环境系统中"结构控制层"的扰动进而导致"水力驱动层"的响应是诱发地下水环境系统演变的根本原因。      

阳泉矿区地质构造特征及形成机制浅析

运用地质力学的观点分析阳泉矿区地质构造,探讨构造体系,构造演化及其形成机制。作者认为,阳泉矿区地质的构造格局是东西向构造带和新化夏的构造带互相复合造成的,矿区内煤系底部的岩浆岩侵入体,在新华夏系南北向扭力作用时起了砥柱作用。     

Structural characterization of vitrinite-rich and inertinite-rich Permian-aged South African bituminous coals

Two South African coals of the same rank and age, but different in maceral composition were subjected to extensive structural analyses. Inertinite-rich Highveld coal (dominated by semifusinite) and vitrinite-rich Waterberg coal were studied to determine structural differences and similarities. The two coals had similar carbon content ( 84%, dmmf) and vitrinite reflectance (mean-maximum 0.71% for vitrinite-rich vs. 0.75% for inertinite-rich), but differed in hydrogen content (6.23% for vitrinite-rich and 4.53% for inertinite-rich). The inertinite-rich coal was more aromatic (86% for inertinite-rich and 76% for vitrinite-rich) and more polycondensed (indicated by a higher bridgehead carbon content). The inertinite-rich coal was structurally more ordered, with a higher degree of crystalline stacking. Both coals had similar average aromatic cluster sizes (16 carbons for vitrinite-rich and 18 carbons for inertinite-rich) and number of cluster attachments (6 attachments for vitrinite-rich and 5 attachments for inertinite-rich). Mass spectrometry showed that both coals consist of similar molecular weight distributions; ranging to approximately 1700 m/z with a maximum abundance of  450 m/z for the vitrinite-rich coal and  550 m/z for the inertinite-rich coal. Compared to the Argonne Premium coals the South African vitrinite-rich Waterberg coal was comparable to the coals in the high-volatile bituminous range and inertinite-rich Highveld was closer to the medium- to low-volatile bituminous range. Both coals were surprisingly similar in bulk characterization, although inertinite-rich Highveld coal was structurally more ordered, hydrogen deficient, and more aromatic.     

朱仙庄矿构造煤结构及其孔隙特征

通过对淮北宿东矿区朱仙庄矿构造煤的宏观、微观特征的观察和研究,结合构造煤的形成环境,参照琚宜文的构造煤分类方案,将构造煤划分为8类:碎裂煤、碎斑煤、碎粒煤、碎粉煤、片状煤、鳞片煤、糜棱煤和非均质结构煤。同时,选取不同类型构造煤进行压汞实验,分析了不同变形级别煤样的孔隙分布特征、孔径结构的演化特征以及孔隙的类型和连通性。结果表明:构造煤的许多性质与其变形强度密切相关,朱仙庄矿构造煤变形从弱到强的顺序依次为片状煤、碎裂煤、碎斑煤、碎粒煤、鳞片煤、非均质结构煤、碎粉煤和糜棱煤。