【摘 要】
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煤是由结构复杂的聚集体组成。煤分子结构表征直接影响着煤储层评价和煤层气的富集机理,国内外学者对不同煤阶的煤大分子结构进行了大量研究,构建了多种模型,为煤化学结构基础研究和煤的热解与生物气转化技术研究提供了理论依据。本文通过野外样品采集、室内实验测试分析及数值模拟研究等方法,借助元素分析、工业分析、XRD、FTIR、13C-NMR、XPS 及模拟软件（Petromod 1D、Materials St
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煤是由结构复杂的聚集体组成。煤分子结构表征直接影响着煤储层评价和煤层气的富集机理,国内外学者对不同煤阶的煤大分子结构进行了大量研究,构建了多种模型,为煤化学结构基础研究和煤的热解与生物气转化技术研究提供了理论依据。本文通过野外样品采集、室内实验测试分析及数值模拟研究等方法,借助元素分析、工业分析、XRD、FTIR、13C-NMR、XPS 及模拟软件（Petromod 1D、Materials Studio 8.0）等手段,对黄陵矿区煤系地质演化史及侏罗系延安组2号煤层分子结构进行全面研究,认为:（1）黄陵矿区中生代侏罗系延安组煤层自晚三叠世以来,主要经历了4次的“沉降-抬升”过程,最大埋藏深度为早白垩世末期的2077～2148m,煤系在早白垩世末经受最大受热温度分别为瓦窑堡组115℃、富县组113℃、延安组3号煤层109℃和2号煤层107℃,其生烃演化过程分别对应原生生物成因气（镜质组反射率小于0.3%）、热成因气（镜质组反射率演化至0.67%～0.74%）和次生生物成因气（煤系埋深浅于1292～1328m,受热温度低于75℃）三个阶段。（2）黄陵矿区煤大分子结构主要为苯环二取代和苯环四取代;含氧官能团主要形式为羧基、羰基、羟基和醚基;碳元素赋存形式主要为芳构碳;氮元素赋存形式主要为吡啶型氮和吡咯型氮;硫元素赋存形式主要为噻吩型硫;羟基主要为羟基醚氧键,其次为自缔合羟基键;亚甲基多于次甲基。（3）黄陵矿区煤分子结构中桥碳比处于0.163～0.191之间,芳香层间距、芳香层片的延展度、堆砌高度、堆砌层数分别处于3.52～3.61A、19.22～23.96A、15.05～16.72A和4.18～4.69之间。（4）黄陵矿区HL2-4煤分子式为C157H125O28N2,模拟密度为1.25g/cm3,经优化后的结构模型立体感增强,模型的总能量降低,键伸缩能和范德华能在维持黄陵矿区HL2-4煤结构中起着及其重要的作用,氢键主要存在于分子间。黄陵矿区煤分子结构表征结果为揭示生物气化过程中煤分子结构演化规律提供了基础。
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