摘要
本文采集寒婆坳矿区不同变质类型的11个煤样，以构造物理化学作用因素的现有地质背景研究进展为基础，利用工业分析、元素分析、X射线衍射分析(XRD)、拉曼光谱分析(Raman)、高分辨透射电镜(HRTEM)、核磁共振分析(13C-NMR)等实验测试手段，结合煤大分子结构模型来探究无烟煤至石墨化阶段微晶结构演化特征。 在岩浆热力与构造应力作用下，煤基本结构单元的演化特征是呈波折跃变，但整体上从无烟煤阶段到石墨化阶段变化规律更明显。微观结构上，无烟煤阶段到石墨阶段变化规律明显，随着d002值的降低，延展度La、堆砌度Lc、堆砌层数N随着d002值的减小(变质程度的加深)而增大，H/C比的变化随着d002值的变化而略有下降，而O/C比总体变化不大，N、S元素含量较低，这些微观结构和元素含量上的变化，使分子结构有序化增加，最终向石墨方向演化。 高煤级煤石墨化过程分子结构变化可按三阶段模型来描述，先从无定形碳到石墨化无烟煤，再到半石墨，最终到有序石墨晶体。第一阶段对应于芳香层延展度La逐渐增加。第二阶段芳香层片由乱层结构向有序结构演化，芳香层片延展度Lc大大增强，在相对温度作用下的应力诱导也增强，参与三维晶体堆砌的芳香层片层数也增多。第三阶段演变为在构造动力条件下最终形成更稳定的有序排列的三维石墨结构。 通过HRTEM和Raman实验数据可以分析在无烟煤发生变质到石墨过程中，发生了差异性演化和结构缺陷。晶格条纹的层间距(d002)和方向发生了很大变化，到高石墨化度样品中晶格条纹平直有序且层间距最小，在石墨微晶结构发生突变、阶跃的石墨化阶段，利用拉曼面扫数据说明石墨化过程中非均质。 通过建立高煤级煤阶段的分子结构模型，从范德华能与电子能之间能量转换角度，更直观地反映无烟煤石墨化阶段分子内部分子键能的变化，为后续研究的进一步开展奠定基础。
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