煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室秦勇教授團隊在碳結構研究方麵取得新成果

發布者:劉勇發布時間:2021-12-21瀏覽次數:10


偽彩色碳結構芳香條紋方向和堆疊


沉積有機質經曆強烈變質作用可轉化為無煙煤乃至超無煙煤,終點端元為石墨。褐煤至無煙煤演化過程中,煤岩物理化學性質產生量變積累,並在特定位置發生質變飛躍,形成演化躍變,該現象已被學術界廣泛認可。然而,無煙煤向石墨演化過程中,顯微組成特征、物質結構表征以及石墨化作用機理尚不明確,是業內學者不斷探索的研究熱點之一。

近日,煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室秦勇教授團隊針對高階煤向石墨演化過程中顯微組分難以準確識別及差異演化的關鍵科學問題,以我國福建永安盆地的超無煙煤至煤係石墨樣品為研究對象,通過偏振光觀察,結合交叉偏光、正交偏光+石膏試板和旋轉載物台等觀察組合,精細識別了高階煤原有顯微組分和新生顯微組分。在此基礎上,測試不同顯微組分最大、最小反射率,基於光學各向異性和反射率指示麵參數識別了不同顯微組分差異演化特征。相關研究成果以學術論文“Differential graphitization of organic matter in coal: Some new understandings from reflectance evolution of meta-anthracite macerals”發表在國際著名地學類期刊International Journal of Coal Geology(中科院一區Top期刊,IF 6.806)。該論文以中國礦業大學為第一單位,秦勇教授為通訊作者,李久慶博士生為第一作者,陳義林副教授為共同作者。合作作者包括中國石油大學(北京)油氣資源與探測國家重點實驗室鍾寧寧教授和羅情勇教授,以及福建省煤田地質局副局長(兼總工程師)陳泉霖、地勘處處長郭韶華和福建省煤田地質勘查院地質高級工程師兼地調所主任工程師鄧瑞錦。

後續研究中,秦勇教授團隊針對煤向石墨結構演化過程表征及作用機理這一關鍵科學問題,借助高分辨率透射電鏡和圖像信息提取技術,係統研究了芳香條紋形態在煤向石墨轉變過程中的變化行為。研究發現,芳香條紋形態在煤石墨化過程中存在非線性演化,體現在四個方麵:快速連接生長、排列有序性增強、堆疊層數增加和曲率平直化發展。芳香條紋形貌結構的階段性演化揭示,超無煙煤芳香條紋演化起源於晚期煤化作用主導的環縮合作用,石墨化作用在半石墨階段啟動並在石墨階段加強,起源於基本結構單元(BSUs)橫向拚接和垂向疊合的拚疊作用是煤中芳香條紋石墨化的主要機理。相關研究成果以學術論文“HRTEM observation of morphological and structural evolution of aromatic fringes during the transition from coal to graphite”發表在國際材料科學著名期刊Carbon(中科院一區Top期刊,IF 9.594)。該論文以中國礦業大學為唯一完成單位,秦勇教授為通訊作者,李久慶博士生為第一作者,陳義林副教授、宋昱老師和王子威博士生為共同作者。

上述研究工作得到國家自然科學基金重點項目(41530314,42130802)、江蘇省研究生科研創新計劃(KYCX21-2329)以及中國礦業大學煤層氣資源與成藏教育部重點實驗室開放基金(2020-006)等項目資助。


新聞來源:煤層氣資源與成藏過程教育部重點實驗室 陳義林攝影:責任編輯:李秀審核:劉堯

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