煤显微组分对生烃能力的影响研究

2014-07-12冯松宝赵梓臣

滁州学院学报 2014年2期

冯松宝，赵梓臣

煤显微组分作为煤的本身组成成分，对煤的生烃能力有重要的影响。每一种显微组分由于生物母质和所形成沉积环境及遭受的成煤作用的不同，故其化学组成与化学性质各不相同，主要体现在其热稳定性、生烃活化能及脂肪侧链的结构和链长等的差别上［1］，从而决定了各自的生油门限和演化范围的差异［2］。不同类型的煤一般由不同类型的显微组分按不同的比例混合而成，也就是说各种显微组分所能生成的烃的量的叠加可能决定了煤的生烃能力。研究煤显微组分对生烃能力的影响对我们更好地评价煤矿资源，更合理地对煤矿资源进行针对性的开发利用有着重要的价值和意义。

1 煤显微组分分类及分离富集

煤显微组分是指在显微镜下才能辨认出的组成煤的有机成分。在偏光显微镜下观测时，根据不同性质有机成分的物理性质，如：透光色、透光性、反射色、反射率、结构、突起、荧光性、各向异性、硬度以及密度等差异［3］，可将煤的显微组分分为镜质组、壳质组以及惰质组三大类。

镜质组根据植物细胞结构的保存程度及形态特征，镜质组可分为结构镜质体、无结构镜质体和镜屑体。其中无结构镜质体按照镜质组显微组分的形态、产状和成因的不同，可分为均质镜质体、基质镜质体、胶质镜质体以及团块镜质体四个亚组分。镜质组在油浸反射光下呈深灰色到浅灰色［4］，其反射率逐渐变高，各向异性增强。

煤中常见的壳质组主要有：孢子体、角质体、木栓体、藻类体、荧光体、沥青质体、壳屑体以及树脂体等，壳质组的反射色在油浸反射光下呈深灰色到浅灰色，壳质组与镜质组在偏光显微镜下的区分除观察颜色外，在煤样变质程度较强时，应以两者的形态差异作为主要的区分条件。

惰质组主要组分有半丝质体、丝质体、微粒体、粗粒体及碎屑惰质体等，惰质组在油浸反射光下呈灰白色、亮白色、亮黄白色，且大多具中高突起。

通过在实验室显微镜下观测大量煤中的显微组分我们得到这样的结论：随着煤样变质程度慢慢增大，煤中各显微组分的颜色开始趋于接近；而当变质程度渐渐降低时，各显微组分的颜色也相接近。在这两种情况下，如果我们仅通过颜色的区分难以准确对显微组分进行识别分类，这时则应借助煤样显微组分在镜下所表现的突起、形态等的差异综合进行区分。

煤显微组分分离与富集的方法有人工手选法、筛选富集法、重液浮沉法、重液离心法、浮选法、电选分离法、油团聚法等［5］。实验室中一般采用人工手选法和浮沉法联合的综合方法，这种方法可提高显微组分富集的纯度。离心分离法可达到的富集纯度最高，在90%以上［5］。

2 煤显微组分影响生烃能力的因素及研究现状

2.1 煤显微组分影响生烃能力的因素

煤显微组分的脂肪侧链的链长对煤生烃能力有着重要影响。用A2925／A2955来定量计算CH2／CH3的比值［6］，此比值可以用来评价煤中烷基侧链的长度及支链化程度，其比值大小与所含化学键在高温热解断裂生成烃类物质的分解能相关［7］。在煤超分子结构中，短的富支链结构分解时分解能较低；长的支链少的结构分解时分解能较高。分解能越高其生烃所需的能量越多，对煤生烃能力会起到抑制的作用。同为相同结构的烷基侧链，对其提供的分解能越多，生成烃越多。分析表征脂肪链长度的脂肪结构参数A1380／A1430－1460比值变化趋势。对各显微组分进行分析上述两个参数可以看出，壳质组脂族结构以长链脂肪烃为主，镜质体和惰质组则以短链脂肪烃为主，壳质组的这种结构有利于生油，而镜质组和惰质组则利于生气［8］。

图1 塔里木盆地煤岩与各显微组分生成CH4潜力与活化能分布关系图（据刘全有，2009年）

根据塔里木盆地煤样热模拟实验，分析实验结果图1得到，当在活化能为42～90kcal／mol内时，煤、镜质组、壳质组、丝质组和半丝质组生成CH4的主频活化能分别为60、52、50、70和66kcal／mol。各显微组分生成CH4活化能具有规律性变化，即Ea壳质组＜Ea镜质组＜Ea煤＜Ea半丝质组＜Ea丝质组［9］。这种活化能关系与煤样及各显微组分生烃过程相一致。由此可看出，煤显微组分中的壳质组和镜质组两个组分较先产生烃。

煤生烃能力的影响因素还与煤显微组分本身由什么母质生成、煤显微组分的百分比以及煤中的无机矿物沥青基质含量都有相关的关系，这些因素应具体考虑煤所在的地质环境及煤显微组分间的相互作用。

2.2 煤显微组分影响生烃能力的研究

研究煤显微组分生烃能力对评价煤矿价值，充分利用煤矿资源，使煤矿资源效率最大化有着重要的意义。王传格等［7］在研究煤显微组分结构特征及其与热解行为的关系中采用X射线衍射和FTIR技术研究煤的结构特征，以神东煤和平朔煤为研究样品，得出神东煤惰质组和镜质组含有相对较少的、长的脂肪侧链结构。余晓露和李志明等［8］采用衰减全反射－显微傅立叶变换红外光谱原位分析煤有机显微组分提出：不同煤的显微组分其化学结构和组成也不相同，从生烃角度来看，正是因为它们之间存在着这种化学性质上的差异导致了不同显微组分的生烃能力的强弱差异。通过红外光谱分析知由壳质组到镜质组，再到惰质组，其显微组分化学结构中的脂肪烃逐渐减少，而芳香烃逐渐增大。脂肪烃是生成烃类物质的主要组分，因此，壳质组到惰质组其生烃潜力减小，由脂肪结构参数知壳质组以长链结构为主，利于油的生成，而惰质组和镜质组则是以短链为主，有利于生成气。刘全有，金之钧和王毅等［9］通过对塔里木盆地煤及其显微组分以1K／min升温速率在开放体系下进行热模拟实验，确定了CH4的生成动力参数，由实验可知，CH4生成的主频活化能较低，范围较窄，所需地质条件提供的温度较低，各显微组分在温度小于200℃时即已几乎完成生烃过程，生成了CH4总量的80%左右。钱门辉、蒋启贵和郑伦举等对西湖凹陷煤系烃源岩的研究中［10］，认为显微组分的差异性是导致西湖凹陷煤系烃源岩所生成烃的相态不同的主要原因。以孢子体和树脂体为主的壳质组较多生成液态烃类，以基质镜质体为主的镜质体则有利于生成气态烃类。方朝合、王义凤、郑德温等在对苏北盆地溱潼凹陷古近系烃源岩显微组分分析中提出［11］：苏北盆地烃源岩中矿物沥青基质对烃源岩的总体生烃潜力作出了积极的贡献，矿物沥青基质在不同地质时期，不同的地区，其形成的母质来源不同［12－14］，对生烃潜力的影响也不相同，应在对具体地区进行研究时，结合当地的构造历史，具体分析对待。