馮松寶，趙梓臣

煤顯微組分作為煤的本身組成成分，對(duì)煤的生烴能力有重要的影響。每一種顯微組分由于生物母質(zhì)和所形成沉積環(huán)境及遭受的成煤作用的不同，故其化學(xué)組成與化學(xué)性質(zhì)各不相同，主要體現(xiàn)在其熱穩(wěn)定性、生烴活化能及脂肪側(cè)鏈的結(jié)構(gòu)和鏈長(zhǎng)等的差別上［1］，從而決定了各自的生油門限和演化范圍的差異［2］。不同類型的煤一般由不同類型的顯微組分按不同的比例混合而成，也就是說(shuō)各種顯微組分所能生成的烴的量的疊加可能決定了煤的生烴能力。研究煤顯微組分對(duì)生烴能力的影響對(duì)我們更好地評(píng)價(jià)煤礦資源，更合理地對(duì)煤礦資源進(jìn)行針對(duì)性的開發(fā)利用有著重要的價(jià)值和意義。

1 煤顯微組分分類及分離富集

煤顯微組分是指在顯微鏡下才能辨認(rèn)出的組成煤的有機(jī)成分。在偏光顯微鏡下觀測(cè)時(shí)，根據(jù)不同性質(zhì)有機(jī)成分的物理性質(zhì)，如：透光色、透光性、反射色、反射率、結(jié)構(gòu)、突起、熒光性、各向異性、硬度以及密度等差異［3］，可將煤的顯微組分分為鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組以及惰質(zhì)組三大類。

鏡質(zhì)組根據(jù)植物細(xì)胞結(jié)構(gòu)的保存程度及形態(tài)特征，鏡質(zhì)組可分為結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體、無(wú)結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體和鏡屑體。其中無(wú)結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體按照鏡質(zhì)組顯微組分的形態(tài)、產(chǎn)狀和成因的不同，可分為均質(zhì)鏡質(zhì)體、基質(zhì)鏡質(zhì)體、膠質(zhì)鏡質(zhì)體以及團(tuán)塊鏡質(zhì)體四個(gè)亞組分。鏡質(zhì)組在油浸反射光下呈深灰色到淺灰色［4］，其反射率逐漸變高，各向異性增強(qiáng)。

煤中常見的殼質(zhì)組主要有：孢子體、角質(zhì)體、木栓體、藻類體、熒光體、瀝青質(zhì)體、殼屑體以及樹脂體等，殼質(zhì)組的反射色在油浸反射光下呈深灰色到淺灰色，殼質(zhì)組與鏡質(zhì)組在偏光顯微鏡下的區(qū)分除觀察顏色外，在煤樣變質(zhì)程度較強(qiáng)時(shí)，應(yīng)以兩者的形態(tài)差異作為主要的區(qū)分條件。

惰質(zhì)組主要組分有半絲質(zhì)體、絲質(zhì)體、微粒體、粗粒體及碎屑惰質(zhì)體等，惰質(zhì)組在油浸反射光下呈灰白色、亮白色、亮黃白色，且大多具中高突起。

通過(guò)在實(shí)驗(yàn)室顯微鏡下觀測(cè)大量煤中的顯微組分我們得到這樣的結(jié)論：隨著煤樣變質(zhì)程度慢慢增大，煤中各顯微組分的顏色開始趨于接近；而當(dāng)變質(zhì)程度漸漸降低時(shí)，各顯微組分的顏色也相接近。在這兩種情況下，如果我們僅通過(guò)顏色的區(qū)分難以準(zhǔn)確對(duì)顯微組分進(jìn)行識(shí)別分類，這時(shí)則應(yīng)借助煤樣顯微組分在鏡下所表現(xiàn)的突起、形態(tài)等的差異綜合進(jìn)行區(qū)分。

煤顯微組分分離與富集的方法有人工手選法、篩選富集法、重液浮沉法、重液離心法、浮選法、電選分離法、油團(tuán)聚法等［5］。實(shí)驗(yàn)室中一般采用人工手選法和浮沉法聯(lián)合的綜合方法，這種方法可提高顯微組分富集的純度。離心分離法可達(dá)到的富集純度最高，在90%以上［5］。

2 煤顯微組分影響生烴能力的因素及研究現(xiàn)狀

2.1 煤顯微組分影響生烴能力的因素

煤顯微組分的脂肪側(cè)鏈的鏈長(zhǎng)對(duì)煤生烴能力有著重要影響。用A2925／A2955來(lái)定量計(jì)算CH2／CH3的比值［6］，此比值可以用來(lái)評(píng)價(jià)煤中烷基側(cè)鏈的長(zhǎng)度及支鏈化程度，其比值大小與所含化學(xué)鍵在高溫?zé)峤鈹嗔焉蔁N類物質(zhì)的分解能相關(guān)［7］。在煤超分子結(jié)構(gòu)中，短的富支鏈結(jié)構(gòu)分解時(shí)分解能較低；長(zhǎng)的支鏈少的結(jié)構(gòu)分解時(shí)分解能較高。分解能越高其生烴所需的能量越多，對(duì)煤生烴能力會(huì)起到抑制的作用。同為相同結(jié)構(gòu)的烷基側(cè)鏈，對(duì)其提供的分解能越多，生成烴越多。分析表征脂肪鏈長(zhǎng)度的脂肪結(jié)構(gòu)參數(shù)A1380／A1430－1460比值變化趨勢(shì)。對(duì)各顯微組分進(jìn)行分析上述兩個(gè)參數(shù)可以看出，殼質(zhì)組脂族結(jié)構(gòu)以長(zhǎng)鏈脂肪烴為主，鏡質(zhì)體和惰質(zhì)組則以短鏈脂肪烴為主，殼質(zhì)組的這種結(jié)構(gòu)有利于生油，而鏡質(zhì)組和惰質(zhì)組則利于生氣［8］。

圖1 塔里木盆地煤巖與各顯微組分生成CH4潛力與活化能分布關(guān)系圖（據(jù)劉全有，2009年）

根據(jù)塔里木盆地煤樣熱模擬實(shí)驗(yàn)，分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果圖1得到，當(dāng)在活化能為42～90kcal／mol內(nèi)時(shí)，煤、鏡質(zhì)組、殼質(zhì)組、絲質(zhì)組和半絲質(zhì)組生成CH4的主頻活化能分別為60、52、50、70和66kcal／mol。各顯微組分生成CH4活化能具有規(guī)律性變化，即Ea殼質(zhì)組＜Ea鏡質(zhì)組＜Ea煤＜Ea半絲質(zhì)組＜Ea絲質(zhì)組［9］。這種活化能關(guān)系與煤樣及各顯微組分生烴過(guò)程相一致。由此可看出，煤顯微組分中的殼質(zhì)組和鏡質(zhì)組兩個(gè)組分較先產(chǎn)生烴。

煤生烴能力的影響因素還與煤顯微組分本身由什么母質(zhì)生成、煤顯微組分的百分比以及煤中的無(wú)機(jī)礦物瀝青基質(zhì)含量都有相關(guān)的關(guān)系，這些因素應(yīng)具體考慮煤所在的地質(zhì)環(huán)境及煤顯微組分間的相互作用。

2.2 煤顯微組分影響生烴能力的研究

研究煤顯微組分生烴能力對(duì)評(píng)價(jià)煤礦價(jià)值，充分利用煤礦資源，使煤礦資源效率最大化有著重要的意義。王傳格等［7］在研究煤顯微組分結(jié)構(gòu)特征及其與熱解行為的關(guān)系中采用X射線衍射和FTIR技術(shù)研究煤的結(jié)構(gòu)特征，以神東煤和平朔煤為研究樣品，得出神東煤惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組含有相對(duì)較少的、長(zhǎng)的脂肪側(cè)鏈結(jié)構(gòu)。余曉露和李志明等［8］采用衰減全反射－顯微傅立葉變換紅外光譜原位分析煤有機(jī)顯微組分提出：不同煤的顯微組分其化學(xué)結(jié)構(gòu)和組成也不相同，從生烴角度來(lái)看，正是因?yàn)樗鼈冎g存在著這種化學(xué)性質(zhì)上的差異導(dǎo)致了不同顯微組分的生烴能力的強(qiáng)弱差異。通過(guò)紅外光譜分析知由殼質(zhì)組到鏡質(zhì)組，再到惰質(zhì)組，其顯微組分化學(xué)結(jié)構(gòu)中的脂肪烴逐漸減少，而芳香烴逐漸增大。脂肪烴是生成烴類物質(zhì)的主要組分，因此，殼質(zhì)組到惰質(zhì)組其生烴潛力減小，由脂肪結(jié)構(gòu)參數(shù)知?dú)べ|(zhì)組以長(zhǎng)鏈結(jié)構(gòu)為主，利于油的生成，而惰質(zhì)組和鏡質(zhì)組則是以短鏈為主，有利于生成氣。劉全有，金之鈞和王毅等［9］通過(guò)對(duì)塔里木盆地煤及其顯微組分以1K／min升溫速率在開放體系下進(jìn)行熱模擬實(shí)驗(yàn)，確定了CH4的生成動(dòng)力參數(shù)，由實(shí)驗(yàn)可知，CH4生成的主頻活化能較低，范圍較窄，所需地質(zhì)條件提供的溫度較低，各顯微組分在溫度小于200℃時(shí)即已幾乎完成生烴過(guò)程，生成了CH4總量的80%左右。錢門輝、蔣啟貴和鄭倫舉等對(duì)西湖凹陷煤系烴源巖的研究中［10］，認(rèn)為顯微組分的差異性是導(dǎo)致西湖凹陷煤系烴源巖所生成烴的相態(tài)不同的主要原因。以孢子體和樹脂體為主的殼質(zhì)組較多生成液態(tài)烴類，以基質(zhì)鏡質(zhì)體為主的鏡質(zhì)體則有利于生成氣態(tài)烴類。方朝合、王義鳳、鄭德溫等在對(duì)蘇北盆地溱潼凹陷古近系烴源巖顯微組分分析中提出［11］：蘇北盆地?zé)N源巖中礦物瀝青基質(zhì)對(duì)烴源巖的總體生烴潛力作出了積極的貢獻(xiàn)，礦物瀝青基質(zhì)在不同地質(zhì)時(shí)期，不同的地區(qū)，其形成的母質(zhì)來(lái)源不同［12－14］，對(duì)生烴潛力的影響也不相同，應(yīng)在對(duì)具體地區(qū)進(jìn)行研究時(shí)，結(jié)合當(dāng)?shù)氐臉?gòu)造歷史，具體分析對(duì)待。

3 結(jié)論與展望

對(duì)煤顯微組分對(duì)煤生烴能力的影響的研究是提高綜合利用煤礦資源效率的重要基礎(chǔ)，各顯微組分間的相互作用及顯微組分與無(wú)機(jī)礦物的相互作用對(duì)煤生烴能力的影響兩個(gè)方面是現(xiàn)在研究煤顯微組分對(duì)生烴能力影響中研究較少的，應(yīng)充分考慮煤中各組分的相互關(guān)系。

煤各顯微組分在生烴過(guò)程中先生成烴的組分所生成的產(chǎn)物對(duì)后生成烴的組分是否會(huì)產(chǎn)生影響，從而導(dǎo)致煤生烴能力的加強(qiáng)或減弱；煤中所含有的無(wú)機(jī)礦物質(zhì)在煤生烴過(guò)程中是起到了催化劑的作用從而增強(qiáng)了煤生烴的潛力還是起到了抑制劑的作用從而削弱了煤的生烴潛力，這些都可能是未來(lái)應(yīng)該研究的方向。

將上述因素綜合考慮，從整體的角度去全面考慮煤生烴能力，有利于我們發(fā)現(xiàn)煤生烴影響因素的規(guī)律，有利于建立煤生烴的動(dòng)力學(xué)模型，更好地指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)建設(shè)。

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