煤的非均质性和结构复杂性使阐明其物理化学结构十分困难。本文在总结了国内外大量相关资料的基础上,以富氢煤热模拟实验所得到的不同温度点残渣为研究对象,采用扫描电子显微镜、小角X射线散射、高分辨率透射电镜、显微傅里叶红外研究了富氢煤纳米孔隙分布特征、大分子堆垛结构特征、镜质组红外参数演化规律。最后结合热模拟气液态产物演化曲线构建了富氢煤的结构演化模式,解释了富氢煤的成烃机理,取得了以下主要成果:1.热模拟实验表明富氢煤具有极高的生烃潜力。400℃是总烃变化的分界线,400℃之前总烃变化与液态烃一致,400-600℃总烃产率变化与气态烃一致。300℃之前,液态烃逐渐上升在300℃达到生油高峰,壳质组裂解生油阶段;300-400℃,液态烃、总烃急速下下降,气态烃缓慢上升,液态烃环化芳构转化成过渡态物质;400-450℃:气态烃急速上升,过渡态物质热裂解生气;450-550℃:气态烃再次快速上升,镜质组芳香环发生大量缩合作用脱甲基生气。2.扫描电镜下,原样结构较为致密,发育少量的原生孔,原生孔主要受外力脱水收缩形成;250℃,壳质组裂解生烃发育大量的纳米孔;300℃,壳质组基本裂解完全,纳米孔逐渐增大形成大孔,镜质组发育少量的纳米孔;450℃,镜质组由于生烃作用形成大量纳米孔。通过对富氢煤不同温度点残渣的小角散射研究表明,在0～60nm范围内,细介孔所占比例最大,体积百分比占45.51%～66.96%。随着热模拟温度的升高,最可几孔径、微孔逐渐增高,速度由缓到快;细介孔、中介孔逐渐减小,速度由缓到快。450℃之后,最可几孔径、细介孔以及中介孔百分含量的快速变化与富氢煤的缩聚作用有关。3.富氢煤的芳香环尺寸随着热模拟温度的升高不断增大:250℃（Ro=0.68）主要由萘环和2*2尺寸的芳香环组成,到600℃（Ro=2.88）萘环含量几乎为0,3*3以及4*4尺寸的芳香环成为煤的主要结构。芳香环随热模拟温度的变化主要分成两个阶段,第一个缩合阶段:250℃-400℃,萘环急剧下降,而2*2、3*3尺寸芳香环急剧上升,该阶段主要是萘环缩合成尺寸更大的2*2、3*3型芳环;第二个缩合阶段:400-600℃,2*2尺寸芳香环急剧下降时,3*3*以上的芳香环就急剧增大,该阶段主要是小尺寸芳香环逐渐缩聚成大尺寸芳香环。富氢煤芳香条纹的方向随着热模拟温度的增高从无序到有序,芳香条纹的层间距随着热模拟温度的升高逐渐减小,层间距的减小也可以分成两个阶段,350-400℃,层间距急剧减少,缩合作用强烈,与镜质组脱脂肪侧链有关;450-550℃,层间距减少与镜质组发生缩聚作用脱甲基生成气态烃有关。4.煤中壳质组主要是由长链脂肪结构组成,具有很强的生烃潜力;惰质组主要结构是芳香环,生烃潜力最弱;镜质组介于壳质组和惰质组之间。脂肪氢在300-400℃快速减少,该阶段主要是镜质组脱脂肪侧链生气。芳香氢含量整体呈先增加后减小的趋势,芳香氢的增加与镜质组脂肪链状结构裂解生烃有关,芳香氢的减少与高温下镜质组发生剧烈的缩聚反应有关。镜质组红外参数芳香度、缩合程度随着温度的升高不断升高。5.富氢煤结构的演化主要分成五个阶段:①300℃之前,镜质组脂肪氢、芳香氢含量几乎没有变化,荧光消失,壳质组发育了大量的孔隙,该阶段壳质组裂解生成液态烃;②300-400℃,镜质组脂肪氢含量急剧减少到400℃时含量几乎为0,芳香氢含量快速上升,镜质组脱脂肪侧链裂解生气;层间距快速下降,缩聚作用强烈,液态烃快速下降发生环化芳构转化为过渡态物质。③400-450℃,镜质组脂肪氢、芳香氢、层间距几乎没有变化,说明该阶段镜质组没有参与生烃,过渡物质热裂解生成了气态烃。④450-550℃,镜质组脂肪氢含量几乎为0,芳香氢快速减小到最小值,层间距快速减少,缩聚作用明显,气态烃产率再一次快速上升,该阶段主要是镜质组发生大量的缩聚反应脱甲基生成甲烷。⑤550-600℃,镜质组脂肪氢含量几乎为0,镜质组芳香氢含量、气液态烃、总烃产率几乎没有变化,该阶段富氢煤中的壳质组、镜质组基本裂解完全。