煤变质作用的构造物理化学机理实验研究进展

摘要

煤作为对温度、压力等地质环境条件极敏感的有机岩，地质历史演化过程中各种构造-热事件必然导致煤发生一系列物理、化学、结构和构造变化，物理模拟实验则是揭示煤变质作用机理的重要手段。本文基于煤变质热模拟实验、高温高压模拟实验方面的研究成果，着重对煤变质作用机理、演化进程及煤变质作用模拟实验的应用和发展趋势进行阐述。煤变质作用包含煤化作用和石墨化作用两个阶段，体现为多尺度、多阶段的物理化学结构演化，基本特征趋向于分子结构有序化和化学成分单一化。温度是煤变质的主导因素，而力的作用方式同样约束着煤变质作用。热模拟实验基于“时间-温度补偿原理”,采用开放、半开放和封闭等不同实验体系，模拟不同温压条件和构造-热环境下的热解过程。高温高压模拟实验基于相似性原理，在热模拟基础上加入压力变量，模拟不同温压条件和应力-应变环境，以全面模拟煤在各种构造物理化学条件下所发生的物理化学变化，探究不同温压耦合条件下煤变质作用机理、影响因素与演化途径。煤变质的热模拟及高温高压模拟实验在油气生成、煤储层评价、煤成石墨化及煤中战略性金属元素迁移等多个领域得到广泛应用，今后将朝多学科交叉融合和多场耦合模拟实验方向发展，以期更精确地模拟地层构造作用下的复杂地质条件，为深入探究煤变质作用的构造物理化学机理提供更有效的技术手段。

关键词

煤变质作用 / 构造物理化学机理 / 热模拟实验 / 高温高压模拟实验

基金资助

国家自然科学基金项目(42372187,42072197);; 国家重点研发计划资助项目(2021YFC2902004);; 宁夏2023年地质事业发展专项资金资助项目(640000233000000011005)