岩浆接触变质煤结构特征的谱学研究

1、第 卷，第 期光 谱 学 与 光 谱 分 析， 年月，岩浆接触变质煤结构特征的谱学研究吴 盾，孙若愚，刘桂建 ，袁自娇中国科学院壳幔物质与环境重点实验室，中国科学技术大学地球和空间科学学院，安徽合肥 摘 要 为了探讨岩浆侵入对煤结构参数的演化规律，对淮南煤田朱集区 钻孔内岩浆接触带两侧的个煤样品进行了射线衍射和激光共焦显微拉曼光谱测试和分析。结果表明：煤的光谱均显示出较高的背景强度，在与附近出现明显的石墨衍射峰；煤的拉曼光谱在波数范围内有两个明显的振动峰，分别为宽缓的峰（）和尖锐的峰（）。在岩浆侵入的影响下，煤结构参数的变化与煤级的变化有很好的相关性。关键词；接触变质煤 煤结构参数 激光 光谱

2、中图分类号：文献标识码：（）犇犗犐 引 言 实验部分近年来，样品取自淮南煤田朱集矿区 钻孔内侵入岩体两侧射线衍射和激光共焦显微拉曼光谱技术广泛用于测定并分析煤的结构参数，。（ ）。，（射线衍射分析技术可的个煤样品 表 脱灰前 各煤样品均磨成粉末状以快速、有效地确定碳质材料的结构参数，即煤中芳香族化目），并对其进行工业分析和元素分析，分析数据见表。合物结构（）、层间距（）、芳香层片直径（）和层片堆犳犱犔，光谱分析技术用来表征石墨等砌高度（ ）；激光犜犪犫犾犲 犚犪狀犽狊犪狀犱犚狅犳狋犺犲犮狅犪犾狊犪犿狆犾犲狊狊狋狌犱犻犲犱犔碳质材料的结构特征；煤的拉曼光谱具有两个特征谱带，分犚 （）（），（）别

3、为带和带 其强度反映了碳物质结构的有序程度，并能够指示碳物质中存在的结构缺（），（）陷 。（）以往探讨岩浆侵入对煤结构影响的研究侧重于对煤化学性质的研究。本工作运用和激光光谱技术对接触变质煤的结构参数进行系统研究，并试图从岩浆侵入作为了避免煤中矿物质对和激光光谱实验结用对煤化学结构的影响层面对岩浆侵入对煤结构影响进行解果的影响，实验前各煤样品均要进行脱矿物处理。具体的脱。释。灰方法见文献犜犪犫犾犲犘狉狅狓犻犿犪狋犲犪狀犱狌犾狋犻犿犪狋犲犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狋犺犲犮狅狀狋犪犮狋犿犲狋犪犿狅狉狆犺犻犮犮狅犪犾狊（ ）（ ）收稿日期： ，修订日期： 基金项目：国家自然科学基金项目（）和淮南矿业集团科

4、技创新项目共同资助作者简介：吴 盾，年生，中国科学技术大学地球和空间科学学院博士研究生 ：通讯联系人 ：光谱学与光谱分析第卷检测煤样品的 仪器型号为 型，犓靶。步进式扫描，扫描范围。激光 光谱仪器型号为 型，使用 激光器作激发光源，激发线波长，激光输出功率约为，照射在样品表面上的功率约为。每个样品中选取个不同颗粒进行拉曼光谱检测，检测后的拉曼光谱均经过基线校正处理。 结果与讨论 接触变质煤的 犡射线衍射分析各煤样品在脱矿物处理后，其图谱（图）表明：各煤样品均包含有一定数量的结晶碳，使得衍射图谱分别在与附近出现明显的石墨衍射峰，即峰和峰；高煤级样品的晶面衍射峰高且尖锐，而低煤级样品晶面衍射峰低且

5、宽缓；各煤样品峰两侧曲线形态均呈不对称特征，因此在峰左侧（）可能存在另一个峰。将各煤样品在波段附近的谱图拟合为两个高斯峰（图）。通过对图谱中（）和波段的曲线拟合，得到两个峰的峰位置、峰强度及半峰宽等参数。依据文献计算方法，解算出煤结构参数（表）。犉犻犵 犡犚犇狆犪狋狋犲狉狀狊狅犳狋犺犲犮狅狀狋犪犮狋犿犲狋犪犿狅狉狆犺犻犮犮狅犪犾狊犉犻犵 犆狌狉狏犲犳犻狋狋犻狀犵狅犳狋狑狅犌犪狌狊狊犻犪狀狆犲犪犽狊犳狅狉犖狅犮狅犪犾狊犪犿狆犾犲犻狀狉犪狀犵犲表得出：（）和煤的犔 和犔 值较高，这表明离侵入岩体近的煤层受岩浆烘烤作用程度增加，进而提高了煤的延展度和堆砌度；（）和煤受岩浆侵入所产生的挤压、剪切等应力

6、作用较强，使得煤的大分子结构更加有序化、定向化，由此反映出叠加在岩浆高温之上的应力作用在一定程度上缩减了煤中碳原子的层间距（犱）。犜犪犫犾犲 犛狋狉狌犮狋狌狉犪犾狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊犲狓狋狉犪犮狋犲犱犳狉狅犿狋犺犲犮狌狉狏犲犳犻狋狋犻狀犵狅犳犡犚犇狊狆犲犮狋狉犪犳犱 犔 犔 犔 犔 接触变质煤的 犚犪犿犪狀光谱表征分析图 给出了经过基线校正后拉曼位移在范围内的各煤样品拉曼图谱。在波数范围内有两个明显的拉曼频率振动区域，分别是位于的 峰和的 峰。犉犻犵 犔犪狊犲狉犚犪犿犪狀狊狆犲犮狋狉犪狅犳狋犺犲犮狅狀狋犪犮狋犿犲狋犪犿狅狉狆犺犻犮犮狅犪犾狊为得到各煤样品 峰和 峰的半峰宽（ ， ）、相对强度（

7、犐，犐）和峰面积（犃，犃 ）等参数，依据文献计算方法，对煤的拉曼图谱波段进行两个洛伦兹峰拟合（图），进而获得煤拉曼光谱参数（表）。表得出：（）峰与峰峰位差随煤级的提高而增大，这表明煤中碳原子键的伸缩振动增强、煤微晶结构的完善程度增加以及煤中有机质的石墨化程度增高；（） ， 和值随煤级的增加而降低，这说明岩浆烘烤、挤压、剪切作用使煤中脂肪族、脂环族及侧链脱落速度加快和芳香族化合物结构的有序程度提高。接触变质煤结构参数与煤级之间的关系发现煤结构参数（ ，和犱）与煤中犆呈现出良好犳 犔的相关性（图 ）。图表明随着煤的碳含量逐渐增加，和犳犔 值相应增大而犱值减小，这说明煤结构参数在一定程度上反映了煤的

8、成熟度。第期光谱学与光谱分析犜犪犫犾犲 犔狅狉犲狀狋狕犳犻狋狋犻狀犵狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊狅犫狋犪犻狀犲犱犳狉狅犿犚犪犿犪狀狊狆犲犮狋狉犪狅犳狋犺犲犮狅犪犾狊犪犿狆犾犲狊 犳犐 犐犔 犉犻犵 犚犪犿犪狀狊狆犲犮狋狉犪狅犳狋犺犲犮狅犪犾狊犪犿狆犾犲狊狑犻狋犺犔狅狉犲狀狋狕犮狌狉狏犲犳犻狋狋犻狀犵狑犻狋犺犻狀犮犿结论通过对接触变质煤的和激光光谱与煤结构参数关系的系统分析，结果表明。（）（ ）（）不同煤级煤的 图谱均分辨出峰和峰，这表明不同变质程度煤的层状微晶都具有相似的堆叠结，（），构 其中煤的微晶尺寸犔和犔 随着煤化作用加剧而增加层间距犱则减少。（）不同煤级煤的激光光谱在的波数范围内有两个明显的振动峰，并随煤变质程度的增加，而呈规律性的变化 其中 和参犉犻犵犚犲犾犪狋犻狅狀狊犺犻狆犫犲狋狑犲犲狀犮狅犪犾狊狋狉狌犮狋狌狉犪犾数随着煤级的提高而逐渐减小。狆犪狉犪犿犲狋犲狉狊犪狀犱犮狅犪犾狉犪狀犽狊（）煤结构参数的变化与煤级的变化有很好相对响应关系。光谱学与光谱分析第卷犚犲犳犲狉犲狀犮犲狊 ，： ， ，： ，： ，