无烟煤孔隙结构特征及其吸附特性研究

选取焦作矿区无烟煤四种不同煤体结构煤作为研究煤样,通过低温液氮吸附实验,分析了不同煤体结构煤的孔隙结构分布特征,同时对所采集的煤样分别进行高温高压平衡水分条件下CH_4气体的等温吸附实验,分析了孔隙结构、平衡水分与CH_4吸附特性之间的作用关系。研究结果表明:与原生结构煤相比,构造煤的BJH总孔容、微孔比表面积、BJH总孔比表面积随着破坏程度增大而增大。高温高压平衡水分条件下,无烟煤不同煤体结构煤表现出了吸附能力新特性,即随无烟煤破坏程度增加,朗格缪尔体积V_L呈现先增大后减小的变化趋势。不同煤体结构煤的孔隙结构由于构造应力作用而发生变化,引起平衡水分含量的不同,从而导致对CH_4的吸附能力不同。分析表明,无烟煤不同煤体结构煤表现出的吸附新特性,是特有的孔隙结构和平衡水分含量差异综合作用的结果。在不同的埋藏条件下,某一因素会占主导作用,吸附增量变化取决于主控因素控制。     

太原西山七里沟石炭系煤系页岩组成结构及热解特征分析

以太原西山煤田七里沟石炭系煤系页岩为研究对象,采用X射线衍射(XRD)、傅里叶变换红外光谱(FTIR)和热重质谱(TG-MS)研究其矿物组成、结构特征及热解行为。结果表明:(1)东大窑段底部页岩中黏土矿物含量最高,对热解生烃的促进作用最大;(2)畔沟段、晋祠段和毛儿沟段页岩为Ⅲ型干酪根,东大窑段页岩均为Ⅱ型干酪根。畔沟段页岩中芳香类化合物含量最多,东大窑段底部页岩的生烃潜力‘A’最大,脂肪结构最为富集;(3)400℃之前,毛儿沟段页岩的热失重量最大,C_2H_6生成强度最大,受沉积环境影响,产生大量含硫气体;400～650℃,东大窑段底部页岩的热失重量最大,CH_4等烃类气体生成强度最大;650～950℃,畔沟段页岩的热失重量较大,生成大量H_2和C_6H_6;(4)样品的热解参数与其结构参数有关,随着脂肪结构占比和生烃潜力"A"的增大,400～650℃的热失重量增大;随着芳香结构占比和芳香缩聚程度指数DOC_1的增大,650～950℃的热失重量分段性增大;随着有机质成熟度‘C’的增大,最大热失重速率峰温分段性减小。     

松辽盆地原油的核磁共振(NMR)谱及其有机地球化学特征

松辽盆地原油核磁共振(NMR)谱的分布特征表明,原油可划分为四种类型。原油平均分子结构参数(C_(Ar)、C_N、Cp,H_Ar、H_N、H_p,CH、CH_2、CH_3)反映了松辽盆地原油由腐殖型和腐泥型(或腐殖腐泥型)干酪根生成。随成熟度增加,原油的芳碳(C_(Ar))结构减少;多环烷烃向链烷烃和单环烷烃转化,表现为环烷次甲基碳(CH_(1-2))含量降低;链烷碳(C_P)和链烷次甲基碳(CH_(1-1))含量有增大趋势。 这些结构演化特征为研究原油的成熟度提供了有益的信息。     

中低煤阶高有机硫煤含硫结构演化特征

采用计算机曲线拟合方法对实验数据进行分峰处理,定量分析了9个中低煤阶高有机硫煤样的红外光谱(FT-IR)数据特征。研究表明,二硫醚与碳碳双键吸收峰面积比值(X₁)、硫醇与碳碳双键吸收峰面积比值(X₂)分别与R_max以及有机硫含量(S_o,d)呈显著的正相关性。煤质参数相近,有机硫含量及其占全硫比例受微环境的影响。同一煤样中,二硫醚、硫醇、二硫化铁三种含硫结构红外参数均依次递减。低煤阶及低-中阶烟煤阶段,以二硫醚、硫醇为代表的有机硫与含氧官能团的红外参数呈现此消彼长关系,且在第二次煤化跃变点附近,参数急剧增大。高有机硫煤样随煤阶升高,脂肪链支链化程度下降,芳构化程度加大,与一般低硫煤结构演化特征相符。      

ScCO2-H2O作用下不同煤级煤化学结构变化的实验研究

超临界二氧化碳（ScCO₂）–H₂O–煤地球化学反应可造成煤物理结构和化学结构的改变,对煤层注CO₂增采甲烷的有效性尤为关键。为了探讨ScCO₂-H₂O-煤反应对不同变质程度煤化学结构的影响,选择3个不同煤化程度煤样,在自主研制的ScCO₂-H₂O-煤地球化学反应模拟实验装置中模拟1000m埋深条件下煤样与ScCO₂和去离子水反应240h,并对反应前后的煤样分别进行了X射线衍射和拉曼光谱实验,对比分析了反应前后煤样晶体结构和碳有序度的变化特征。测试结果表明:ScCO₂-H₂O反应破坏了煤的晶体完整性和碳有序度,改变了煤的大分子结构,且对低阶煤和中–高阶煤具有不同的影响,反应提高了低阶煤的平行定向程度,使其结构更加紧凑,减小了面网间距,而使中–高阶煤中无序单元增加,面网间距增大。该研究结果为CO₂-ECBM项目实施中ScCO₂-H₂O作用对煤储层吸附解吸特征和孔渗特征影响的研究奠定了微观尺度基础。      

重庆龙潭组煤中稀土元素地球化学及地质成因分析

运用电感耦合等离子体质谱(ICP MS)、X射线荧光光谱(XRF)、X射线衍射(XRD)等方法对重庆龙潭组煤中稀土元素的地球化学特征进行研究。结果表明,各煤样稀土元素分布模式相似,总体呈左高右低的宽缓的“V”型曲线,轻稀土曲线段“右倾”,重稀土曲线段较为“平坦”,成煤沼泽受陆源碎屑影响较大。南桐5#煤稀土元素含量高,接近全国平均值的2倍,受汉南古陆、大巴山古陆和龙门山岛屿控制,少量陆源碎屑物来自康滇古陆。东林6#煤中的稀土元素含量低于全国平均值水平,海水作用明显,煤样中稀土元素含量未受碱性火山灰的影响,但其底板受碱性火山灰影响强烈。根据煤层稀土元素含量及其比值分析,研究区龙潭组为海湾/潟湖潮坪及浅海碳酸盐沉积的沉积环境。     

不同煤级煤的沥青质H~1-NMR分析及其地球化学意义

本文采用核磁共振(H'—NMR)分析,对来自鄂尔多斯盆地不同煤级煤(?)0.43%—1.80%),的沥青质结构组成特征和演化机理进行了探讨。研究表明煤沥青质分子结构组成与腐殖型母质密切相关,其基本结构单元可能是核心由2~3以上的芳环组成,取代烷基较多而短,以2~3个碳原子为主,芳香缩台程度低,结构松散．沥青质在热演化过程中和平酪根一样也经历了形成、解聚、凝缩和聚合等演化阶段。依据实验得到的沥青质各类氢相对含量、取代基的平均碳数和芳香度等结构参数不仅丰富了煤系热演化程度的指标、揭示了煤成烃的机理,而且为油源对比提供了新参数．经过数据处理所建立的各参数间的相互关系,如f_a~H与H_A和B,为直接利用H'—NMR资料提供了方便。     

接触变质作用对煤基石墨烯量子点的影响研究

为研究煤的接触变质作用对煤基石墨烯量子点性质的影响,以形成于深成变质、区域岩浆变质的煤为对比,采用氧化剥离法进行煤基石墨烯量子点的制备,并利用X射线衍射（XRD）、拉曼光谱（Raman）、透射电镜（TEM）、X射线光电子能谱（XPS）、荧光光谱（PL）对原煤及制备产物的结构进行分析。实验结果表明,随煤级升高,脱灰煤的结构缺陷减少,芳香片层逐渐增大,晶体结构向有序化方向进行。以煤为碳源制备而成的量子点,粒度均一性良好,并随煤级升高粒径有更大的趋势。碳元素以 C—C/C—H 形式为主,氧主要存在于碳氧官能团中,C∶O≤7∶3,且氧含量随煤级升高而升高。在紫外光（λ=297 nm）的照射下,样品散发蓝色荧光,且在煤级较低时荧光强度较大,并随煤级升高逐渐降低。相较于深成变质、区域岩浆变质形成的煤,接触变质作用形成的煤,产物具有更多的 COO— 结构,而 C==O 键含量降低;荧光强度在煤级较低时的上升趋势更为明显,并在高阶烟煤达到最大;受接触变质作用影响的煤,具有更加规则的石墨化结构。     

淮南矿区谢桥矿A组煤底板灰岩组分结构及水化学特征分析

A组煤(1煤)是矿井延伸开采的主要煤层,受底板承压岩溶水威胁。随着开采深度的增加,A组煤层底板灰岩突水几率也随之逐渐增大。采集谢桥矿A组煤层底板石炭系太原组石灰岩样品及对应层位的太灰水样品,并对不同层石灰岩样品进行显微镜下、X射线衍射(XRD)以及X射线荧光光谱(XRF)分析,对水样进行常规离子组分的测试分析,探讨了A组煤石灰岩矿物组成、化学组分及离子含量之间的关系。研究结果表明:太原组C2Ⅰ层和C2Ⅲ层石灰岩孔隙发育,溶蚀能力强,为含水层;C2Ⅱ层石灰岩裂隙不发育,岩溶不发育,为相对隔水层;太灰水中Ca2+、Mg2+、Na+、K+含量主要与石灰岩组成、pH值以及阳离子交换作用有关;Cl-含量与沉积水体盐度相一致。将岩石的矿物学特征与地下水化学组成同时进行研究对A组煤开采可行性分析具有重要现实意义。     

中阶构造煤等温吸附/解吸特征及机理

选择四个不同变形程度的中阶煤样品作为研究对象,通过开展煤样的等温CH4吸附/解吸实验、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FT-IR)测试分析,研究了构造煤等温吸附/解吸性随煤变形程度的演化特征及其地球化学机理.结果表明,构造煤等温CH4吸附和解吸曲线随压力升高均呈现先快速增大后逐渐稳定的变化趋势,符合I型等温线...     

超临界CO2对烟煤和无烟煤化学结构的影响

超临界CO₂对煤化学结构的改造对煤层CO₂封存能力极为关键。论文开展了模拟埋深1500m （62.5℃、15 MPa）条件下4组不同变质程度煤的ScCO₂-H₂O体系与煤岩地球化学反应实验。通过傅里叶变换红外光谱和X射线粉末衍射实验获得了反应前后煤化学结构演化特征,探讨了煤化学结构演化的机理。结果表明:ScCO₂作用后,煤中脂肪烃链长度普遍增加,仅肥煤的芳香烃丰度增大,肥煤、瘦煤和贫煤含氧基团丰度的增大主要由氢键基团含量的增加贡献,无烟煤含氧基团丰度则主要受低分子化合物溶出的影响。ScCO₂引起的溶胀作用造成肥煤和瘦煤芳香层面之间交联键断裂,芳香微晶内部结构疏松,而芳香层面内C_Ar-C_Ar交联的形成提高了肥煤和瘦煤芳香性和芳香环缩合度;贫煤和无烟煤中非稠合多苯结构脱落使芳香微晶内部更紧凑,脂肪烃链长度的增加则降低了贫煤和无烟煤芳香性和芳香环缩合度。      

山西西铭煤矿煤中稀土元素地球化学特征及指示意义

采用电感耦合等离子体质谱(ICP-MS)及X射线荧光光谱(XRF)等方法,分析山西西铭煤矿2号、3号、8号和9号煤中稀土元素的含量特征和赋存状态,并根据稀土元素Ce、Eu、Gd、Y和常量元素Al2O3/TiO2的异常揭示其成煤环境及物质来源.研究结果显示:(1)西铭煤矿煤中稀土元素含量与世界煤值和美国煤值基本相等,但低...     

延川南区块山西组2号煤层煤岩煤质特征及含气性测井响应分析

延川南区块2号煤层以半亮型煤为主,平均镜质组含量61.6％,平均灰份含量18.04％,煤体结构以块状碎裂煤为主,测井电阻率值较高,总体煤质特征较好,实测含气量较高.研究发现:2号煤层含气量与煤岩煤质特征有较强的相关性,随着灰份含量的增加而降低;深浅侧向电阻率分离程度越大,煤体受破坏程度越高,当深浅电阻率分离程度小于20％时,煤体结构为原生一碎裂结构煤;2号煤层深侧向电阻率(LLD)＞1 000Ω.m,自然伽马(GR)＜50API时,含气性较好.     

脆性变形序列构造煤纳米孔隙和粗糙度的原子力显微镜研究

煤孔隙结构是煤层气勘探开发与煤矿安全研究中的关键问题之一。构造煤相比于原生结构煤非均质性强,是煤储层研究中的热点和难点。采用原子力显微镜,结合NanoScope Analysis和Gwyddion分析软件,对脆性变形序列构造煤的孔隙结构和表面粗糙度特征进行研究。结果表明:构造作用整体上促进了脆性变形煤孔隙的发育,但不同脆性变形构造煤受构造作用影响的程度存在明显差异。根据煤受构造作用影响的程度,脆性变形煤孔隙结构演化可划分为强弱2个阶段:弱脆性变形阶段(原生结构煤—碎裂煤—片状煤—碎斑煤)构造作用对煤体的孔隙结构影响较小,平均孔数量缓慢增长,平均孔径缓慢减小,该阶段构造作用主要促进了100~200 nm大孔的发育;强脆性变形阶段(碎斑煤—碎粒煤—薄片煤)构造作用对煤体孔隙结构产生了显著影响,平均孔数量迅速增长,平均孔径迅速减小,这一阶段构造作用主要促进了10~50 nm介孔和50~100 nm大孔的发育。这表明脆性变形构造煤孔隙结构并非简单的线性演变。不同脆性变形煤的算术平均粗糙度和均方根粗糙度参数分别为3.00~6.05 nm和3.94~7.62 nm,其中,弱脆性变形阶段粗糙度整体较高且无明显变化,而强脆性变形阶段粗糙度迅速降低。通过AFM剖面分析,建立了煤表面孔隙形态的数学模型。基于该模型的算术平均粗糙度模拟结果表明,大孔是煤表面粗糙度的主要贡献者,构造作用主要通过影响煤中的孔隙结构,进而影响煤的表面粗糙度。      

基于压汞法的低阶煤储层孔隙结构表征——以准噶尔盆地南缘为例

准噶尔盆地南缘(准南)是我国重要的低煤阶煤层气地区。以准南低阶煤储层为研究对象,以压汞法为基础,运用分形维数对煤储层孔隙结构进行了探讨。研究发现,该地区煤储层微小孔较为发育,压汞曲线分为两类,第一类汞饱和度和退汞率较高,利于煤层气的产出,第二类汞饱和度和退汞效率相对较低,不利于煤层气的产出,但有利于煤层气的储集,该区整体储层较好。从分形维数的角度来看,孔径在10~2 100nm具有明显的分段分形特征,并呈现出随孔径增大而增大的趋势。此外,通过分形维数与煤岩特征相关性分析发现,在低阶煤阶段,大孔分形维数与R_(o,max)、惰质组含量呈正相关,但与灰分含量、镜质组含量、挥发分含量呈负相关。而分形维数越高,孔隙结构越复杂,因此,在研究区,高演化程度的富惰质组煤储层孔隙结构较差,而高灰分、挥发分、富镜质组的煤储层孔隙结构较好。     

煤中氯赋存形态的试验研究

采用艾氏卡熔样—硫氰酸钾滴定法,对我国41个煤中氯的含量进行测定,并研究了煤中氯含量与挥发分、固定碳、灰分以及碱金属的关系。结果表明,我国煤中氯含量普遍较低,一般为0.1%~0.2%;煤中氯含量与煤的煤化程度有明显关系,煤的变质程度越高,煤中氯的含量越少。煤中氯含量与煤中水分和氟的含量无关。随着煤中碱金属含量的增加,煤中氯含量呈下降趋势,煤中氯与碱金属(Na,K,Ca,Mg)等存在负相关性。煤中氯主要以有机形式存在。      

树皮煤抽提前后化学结构特征研究

<正>1933年谢家荣在江西乐平研究发现一种表现出异常高的挥发分、高氢含量、高焦油产率、低水分、高硫(有机硫)、高熔融性和高溶胀性特殊性质的煤,并将其命名为"乐平煤",这种煤因其主要富含一种特殊显微组分—树皮体而著称。很多年以来,大量学者从煤岩学、成煤植物和成煤环境、煤相及煤质、工艺特性、地球化学、化学结构、生烃性等方面对树皮煤进行了研究。然而树皮体至今还未得到国际煤岩学会(ICCP)和国际有机岩石学会(TSOP)的承认。本文通过对树皮煤进行抽提实验,并通过红外光谱探究抽提前后煤     

不同变质程度煤系石墨结构特征

煤系石墨形成于煤层的接触变质带,通常被当作煤开采利用而造成严重的资源浪费.为了了解煤系石墨在成矿过程中分子结构的变化,利用X射线衍射（XRD）、透射电子显微镜（TEM）、拉曼光谱（Raman）等技术,对我国陕西凤县、湖南新化和湖南郴州鲁塘地区处于不同变质程度煤系石墨进行测试分析.结果表明:凤县样品石墨化度最低,仍处于超无烟煤阶段;新化石墨处于半石墨阶段,鲁塘样品石墨化程度最高,其结构比较完美,接近于三维有序理想石墨结构,但仍存在少量的无序化畴.XRD分析显示随着样品石墨化程度的升高,堆砌层数与堆砌延展度均增大;拉曼光谱中D峰减弱,G峰逐渐增强并尖锐,D峰与G峰的强度比和面积比均减小,显示碳原子sp2平面域增大.透射电子显微镜晶格像显示,由无烟煤向石墨结构转变过程中,煤的芳香片层首先形成类石墨结构的微柱体,然后这些微柱体之间相互联结,最后形成横向无限延展的石墨晶层.      

川西冕宁-德昌稀土矿带正长岩-碳酸岩杂岩体中锆石矿物学特征与矿化过程

川西冕宁-德昌稀土成矿带不同矿床中各种产状的正长岩是主要的赋矿围岩,运用各类显微图像、拉曼光谱、电子探针等测试方法分别选取其中新鲜(Ⅰ类)、重结晶(Ⅱ类)、受热液蚀变(Ⅲ类)和受成矿流体蚀变(Ⅳ类)的锆石进行矿物学研究。Ⅰ类和Ⅱ类锆石特征相似,透射图清晰,含岩浆子晶矿物包裹体,结晶程度好,拉曼光谱半高宽较小;Ⅲ类锆石透射图呈云雾状,晶体结构由于受到破坏而呈筛状,拉曼光谱半高宽较大,含少量钍石包裹体,低Zr,高U、Th、Hf、Ce含量;Ⅳ类锆石由于受到更强烈的蚀变,结构破坏最强烈,拉曼光谱半高宽最大,包裹体大量出现,锆石成分含有更多的U、Th、Hf以及La、Ce、Nd、Sm。各矿床正长岩-碳酸岩杂岩体中的锆石,Ⅰ类—Ⅲ类—Ⅳ类经历的蚀变程度逐渐加深、结构破坏增强、钍石包裹体和U、Th、Hf、Ce含量不断增加,反映了岩浆-伟晶岩-成矿过程中,锆石经历了不同的蚀变过程,同时也反映了稀土从岩浆到成矿不同阶段的蚀变矿化和富集。     

碧玺的充填处理

利用宝石显微镜、红外光谱仪、紫外-可见光谱仪等测试方法对一件充填处理的黄绿色碧玺样品进行测试研究,宝石显微镜下可见糖浆状流动构造,有时可见蓝色闪光;红外光谱见3056cm~(-1)处苯环的特征吸收峰,以及2965cm~(-1)、2925cm~(-1)CH_3、CH_2的反对称伸缩振动致和2872cm~(-1)附近CH_3、CH_2的对称伸缩振动,显示样品进行了环氧树脂的充填处理;紫外-可见光谱仪测试见绿色碧玺的红区普遍吸收。