第35卷，第4期 2015年4月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
高煤级煤岩流变作用的谱学研究
于立业，据宜文，，李小诗
Vol. 35,No.4 -pp899-904
April,2015
中国科学院计算地球动力学重点实验室，中国科学院大学地球科学学院，北京100049
摘要为研究高煤级煤岩在不同流变条件下大分子结构的变化特征，对沁水盆地南部高煤级原生结构煤若及其变温变压流变实验后的煤岩进行广FTR和激光拉受光谱测试和分析。结果表明：不同温压条件形成的不同类型流变煤岩的大分子结构和组成具有明显的差别。煤岩变温变压流变实验（温度300～400℃、围压50～100MPa、应变小于10%和应变速率10-4～10-7，s-1)会使其大分子结构产生改变，并实现化学结构重组：当温度为300或350℃，高煤级煤岩易形成脆性流变或脆韧性流变，机械能转化为热能，一些键能较弱的支链和官能团断裂并且结构脱落，产生裂解小分子，其过程以应力降解作用为主，而芳查结构增多，同时出现应力缩聚；而温度上升至400℃以上，高煤级煤岩即可发生韧性流变，次生缺陷发育，机械能转化为应变能，脱落的小分子优先嵌人或吸附在大分子结构的缺陷或表面，脂肪和芳香结构的变化，其过程既有应力降解作用又有应力缩聚作用，而且以应力缩聚作用为主；围压和样品注水状态对大分子结构影响不明显。
关键词高煤级煤岩；煤岩流变；大分子结构；傅里叶变换红外光谱；激光拉曼光谱
中图分类号：0657.3
引言
文献标识码：A
DOI : 10, 3964 /j. issn. 1000-0593(2015 )04-0899-06
与瓦斯突出等重大安全事故9；另一方面，随着煤层气开采深度的增加，温度和压力都增大，煤岩流变特性发生变化1」，影响了煤层气的赋存状态。前期研究表明，不同变质
煤岩大分子结构由多种官能团组成，对它的研究能够获得煤岩有机化学结构的相关信息口}，傅里叶红外光谱（FT-IR)和激光拉曼光谱是研究煤岩大分子结构的有效手段[2.3]，广泛用于研究煤岩演化特征、大分子结构变化以及生烃能力等方面。研究表明，煤化作用在富碳、脱氢、脱氧的过程中，实现分子重排和有序化程度提高，侧链和官能团脱落形成各种烃类和非烃类，而温度和压力都是影响煤化作用的重要因素[4.5]。不同的煤岩中大分子结构有着一定差异["]，随着变质程度的提高，煤岩中红外吸收峰种类减少，芳香结构吸收强度升高，而脂肪结构和含氧官能团支链吸收强度降低；随者变形程度的提高，在应力降解和应力缩聚作用下，煤岩中大分子结构侧链断裂与脱落，其结构单元重排，缩合程度提高[7.8]。
我国华北和华南陆块古生代煤层经历了多期次复杂的构造演化作用和岩浆热作用，煤层发生不同类型和不同程度的流变。因此，研究煤层流变具有重要的理论和实际意义：一方面，煤层流变造成煤岩物质成分和能量变化，引起矿井煤
收稿日期：2014-03-05，修订日期：2014-07-18
变形煤岩FTIR的基团吸收频率与变质变形程度关系的研究已经取得一定进展3，而对于不同类型流变煤岩的FTIR和激光Raman光谱研究，以及流变煤大分子结构的演化过程和机理分析较少。本文在华北陆块沁水盆地高煤级原生结构煤及其实验条件下不同类型的流变煤岩FTIR和激光Raman 光谱进行测试的基础上，分析和讨论不同流变类型的流变煤若大分子结构成分变化特征，：阐明流变作用对大分子结构缺陷和化学结构的影响，为研究煤岩流变特征及其赋气机理提供理论依据。
1实验部分
样品采自沁水盆地寺河煤矿二叠系山西组（Pis），为高
煤级原生结构煤岩，编号SH，该样晶几乎没有发生构造变形，其最大镜质组反射率Rms=2.571%。为了研究流变前后的煤岩样晶大分子结构及其与温度压力和变形特征的关系，将SH样晶分为11个组进行变温变压流变实验，并对流
基金项目：国家自然科学基金项目（40972131，41372213，41030422)和申国科学院战略性先导科技专项课题（XDA05030100)资助作者简介：于立业，1988年生，中国科学院计算地球动力学重点实验室，中国科学院大学地球科学学院博士研究生
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