淮南煤田早二叠纪岩浆接触变质煤纳米级结构研究

淮南煤田山西组和下石盒子组煤层为主采煤层,矿区北部受燕山中期岩浆活动的影响,煤物理、化学结构变化大,煤质复杂,特别微气孔的发育,为煤层气(瓦斯)的储存、吸附和运移提供了场所。因此研究岩浆接触变质作用煤物理化学结构具有重要的理论意义和现实意义。 本文在对国内外充分调研相关资料的基础上,以淮南煤田早二叠纪岩浆接触热变质煤为研究对象,结合煤田地质学、煤岩学、煤化学等多学科交叉理论,采用原位X射线衍射和傅里叶转换红外光谱测定等现代化学测试方法,研究了不同地区不同煤级煤热解固态产物的化学结构,系统地揭示了岩浆接触热变质煤的内部晶核结构和表面孔隙结构特征。并取得如下主要成果： (1)通过对潘三矿接触变质带下部煤样品的激光显微拉曼光谱和原子力显微镜分析,得出了随着煤变质程度增高,Raman一级模和二级模谱带反映出煤分子排列逐渐趋向芳香环高度稠合的“类石墨”化结构；受接触变质作用形成的高变质无烟煤、无烟煤和贫煤表面孔隙总数量较正常煤的少,但煤中微孔和小孔数量却非常发育,紧邻侵入体煤的孔隙度反而降低,这证实岩浆侵入所附加的应力起到了制约作用。 (2)通过对朱集矿接触变质带两侧煤样品的X射线衍射和傅里叶转换红外光谱的研究,得出了不同煤级煤晶参数((d002)、(La)和(Lc))随距侵入体距离的减少而相应变化,结合不同煤级煤热解固体产物的原位XRD测试,论证了岩浆侵入煤系地层时的应力作用对芳香层片直径La的演化具有控制作用；随着煤变质程度的增高,煤芳香环缩合程度增大,桥键、侧链和含氧官能团减少,结合不同煤级煤热解固体产物的原位FTIR测试以及利用easy R0方法恢复围岩地层经历的最高古地温,进而推测出淮南煤田早二叠纪含煤岩系中岩浆侵入体的温度至少为300℃。