萍乐坳陷树皮煤的结构演化及成烃机制研究

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1、ADissertationSubmittedtoNanjingUniversityForDoctorofScienceStudyonstructureevolutionandhydrocarbongeneratingmechanismofbarkcoalsinPingxiang—Lepingdepression，SouthChinaPh．D．Candidate：KeZhangSupervisor：Prof．WenxuanHuProf．SupingYaoMajor：Energyresourcesge

2、ologySubject：HydrocarbonaccumulationmechanismSchoolofEarthSciencesandengineering，NanjingUniversity抽e201眯anJ‘ng，P．R．China{f㈣㈣舢㈣删栅删Y2373083毕业论文题目：莲压坳陷挝麈堪丝结构演丝殛盛烃扭剑班窒篚湮丝厘堂专业』￡级博士生姓名：丞型指导教师(姓名、职称)：胡塞董塾握姚蠢垩熬援摘要树皮煤是中国特有的一类煤种，具有高类脂组含量，高挥发份，高氢含量的独特特征，因此对其成因与成

3、烃机制的研究是煤地质学与煤成烃研究的热点，但因结构与成分复杂，所以亦是研究难点。以萍乐坳陷树皮煤为例，选择其中的特殊显微组分一树皮体为主要研究对象，应用热模拟实验、有机岩石学、有机地球化学、生烃动力学等方法，开展了“树皮煤的结构演化及成烃机制研究”，试图揭示树皮体与其它煤岩组分在化学性质上的本质区别，探讨树皮煤在热演化过程中的结构变化及其演化机理，目的是为树皮体的成因和成烃机制研究提供理论依据，丰富完善煤地质学与煤成烃理论。萍乐坳陷在构造性质上属于扬子板块东南缘江南隆起与华南褶皱系之间的一个晚古生

4、代海相与海陆交互相裂陷盆地，晚二叠世沉积了华南地区特有的树皮煤，主要发育在龙潭组初期沉积的、以陆相为主的含煤地层(官山段至老山段下部)，以及晚期王潘里段的含煤地层中。坳陷东西部构造演化和沉积环境差异较大，树皮煤在平面上主要分布东段乐平凹陷内，古地理环境为滨海潮坪环境。树皮煤中含有丰富的树皮体，一般含量在35％～55％，最高可达80％以上，多呈叠瓦状细胞排列特征，产出状态有单层型、多层型和多层环带型。在元素组成上C含量一般71．43％～85．85％，H含量一般4．76％～7．64％，0含量一般3．4

5、1％～9。66％，S含量一般1．387／旷15。35％，所以具有富氢、高硫的特点，这是其利于生油的元素组成基础。Rock．Eval分析显示，S2值在350mg／g左右，氢指数超过450mg／gTOC，表明有机质类型可达II型，所以生油潜力高。树皮煤可溶有机质的地球化学特征是分析其成因与成烃机制的基础。实验发现，树皮煤的氯仿沥青“A”含量一般在2．5％左右，族组分具有沥青质>芳烃>非烃>饱和烃的组成特点。正构烷烃碳数分布窄，一般在C14．C32之间；主峰碳靠前，一般为C17或C19：相对富含轻组分，

6、(C2l+C22)／(C28+C29)>l，∑c2l’／EC22+>1；CPI和OEP值均大于1，具明显的奇偶优势。类异戊二烯烃类的分布具有明显的姥鲛烷优势，P卯h值平均为3．59。萜烷分布中，三环菇烷相对含量不足总萜烷的1％；五环三萜烷中藿烷相对含量在93．23％～94．19％，藿烷以C29和C30藿烷为主，并具有C30>C29>C27的组成特征；甾烷的含量较正常腐植煤相对较低，但规则甾烷的分布仍与正常腐植煤一致。这些地球化学特征均反映树皮煤具有煤系有机质特征，且轻质烃类组分含量高，所以利于生油

7、。进一步应用原子力显微镜对树皮煤进行了表面三维超微形貌特征的精细观测，以从新角度揭示树皮煤在热演化过程中的结构变化特征。结果发现，树皮体显微组分的宏观大分子或超分子团具有纤维状、颗粒状和网络状排列结构，颗粒粒径可从几十nrfl到1um以上，大小混杂堆积，形态近似圆形或椭圆形，表面光滑，颗粒互相连接成不明显的链状结构。随演化程度的增高，超微结构出现变化，由纤维状一粒状一纤维状一不规则网状一网状，而镜质体则由结构松散的网状结构向高度定向排列的规则网状结构演化，其表面粗糙度逐渐降低。根据树皮煤的加水热压

8、模拟实验，揭示出树皮煤的生油主要发生在低成熟一成熟早期阶段，且成熟阶段的产油率是低熟阶段的4倍；而烃气的生成主要是在高一过成熟阶段，其中高演化阶段烃气的生成量占总烃气量的55％，过成熟阶段约占36％。在产物液态烃的生物标志物组成中，与母质类型有关的甾、萜烷相对含量等指标随模拟温度的变化较小，分析认为，这主要是由于这些生物标志物在较低的温度下己达到平衡状态；此外，其它一些生物标志物(如正构烷烃的分布)则随温度增高呈现有规律的变化，这与一般腐殖煤的演化相一致。在族组分组成上，树皮煤具有