陜南地區(qū)中煤階煤分子結(jié)構(gòu)演化特征

李煥同 鄒曉艷 張衛(wèi)國(guó) 喬軍偉

摘 要：為研究陜南地區(qū)中煤階煤結(jié)構(gòu)中官能團(tuán)的變化，以北秦嶺商洛煤產(chǎn)地和上揚(yáng)子鎮(zhèn)巴煤產(chǎn)地的8個(gè)中等變質(zhì)程度煤樣為研究對(duì)象，采用X射線衍射和傅里葉紅外光譜對(duì)煤結(jié)構(gòu)進(jìn)行表征，結(jié)合分峰擬合來(lái)獲取官能團(tuán)的相對(duì)含量及結(jié)構(gòu)參數(shù)。結(jié)果表明：隨著鏡質(zhì)體反射率增大，芳環(huán)層面網(wǎng)間距逐漸減小，堆砌度與延展度逐漸增大，芳香度在反射率為1.30%時(shí)出現(xiàn)拐點(diǎn)；中煤階煤芳香結(jié)構(gòu)中苯環(huán)取代方式以三取代和二取代為主，隨著變質(zhì)程度的增高，苯環(huán)二取代的比例升高，脂肪族結(jié)構(gòu)逐漸脫落導(dǎo)致相對(duì)比例降低，含氧官能團(tuán)的吸收峰強(qiáng)度逐漸減弱，其中在反射率為1.3%時(shí)羰基相對(duì)含量最低；自締合羥基、醚氧羥基和環(huán)羥基的相對(duì)含量均呈先減小后增大的趨勢(shì)，煤分子結(jié)構(gòu)中鏈狀結(jié)構(gòu)的環(huán)化使環(huán)狀羥基相對(duì)含量在反射率為1.30%后增大，環(huán)化作用增強(qiáng)導(dǎo)致甲基含量減少，分子結(jié)構(gòu)空間排列緊密，自締合羥基相對(duì)含量增加；紅外結(jié)構(gòu)參數(shù)芳碳率、芳香性、芳香環(huán)縮聚程度和CH2/CH3等隨反射率的增大而增大，成熟度的變化與醚氧或酚羥基的轉(zhuǎn)化相關(guān)。總體上芳香結(jié)構(gòu)相對(duì)含量增大，脂族結(jié)構(gòu)減少，縮聚程度增加，生烴潛力隨反射率增大，反映煤結(jié)構(gòu)的生烴潛力降低。關(guān)鍵詞：中煤階煤；X射線衍射測(cè)試；傅里葉紅外光譜；煤分子結(jié)構(gòu)；陜南地區(qū)中圖分類號(hào)：TQ 536.9

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：

A

文章編號(hào)：1672-9315（2023）06-1118

-10

DOI：10.13800/j.cnki.xakjdxxb.2023.0610開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

Molecular evolution of medium rank coal in Southern Shaanxi

LI Huantong1，2，ZOU Xiaoyan3，ZHANG Weiguo2，QIAO Junwei2

（1.Key Laboratory of Tectonics and Petroleum Resources（China University of Geosciences），Ministry of Education，Wuhan 430074，China；

2.College of Geology and Environment，Xian University of Science and Technology，Xian 710054，China；

3.College of Urban，Rural Planning and Architectural Engineering，Shangluo University，Shangluo 726000，China）

Abstract：In order to study the changes of functional groups in the structure of medium rank coal in southern Shaanxi，8 medium rank coal samples from Shangluo coal district in northern Qinling and Zhenba coal district in upper Yangtze were taken as the research objects.The coal structure was characterized by X-ray diffraction and FTIR，and the relative content and structural parameters of functional groups were obtained by peak fitting.The results show： with the increase of vitrinite reflectance，the distance between aromatic ring layers gradually decreases while the stacking degree and ductility gradually increase，and aromaticity displays a turning point at a reflectance of 1.30%.The benzene ring substitution in the aromatic structure of medium rank coal is mainly trisubstituted and disubstituted.With the increase of metamorphic grade，the proportion of benzene ring disubstituted increases.The gradual shedding of the aliphatic structure leads to a decrease in the relative proportion; the intensity of the absorption peak of the oxygen-containing functional group gradually weakens，and the relative content of the carbonyl group is the lowest when the reflectivity is 1.30%.The relative content of self-associated hydroxyl group，ether oxygen hydroxyl group and ring hydroxyl group see a trend of first decreasing and then increasing.The cyclization of chain like structure in coal molecular structure increases the relative content of ring hydroxyl group after the reflectivity is 1.30%.The enhancement of cyclization leads to the decrease of methyl content，the spatial arrangement of molecular structure is close，and the relative content of self-associated hydroxyl group increases.The infrared structural parameters such as aromatic carbon ratio，aromaticity，aromatic ring polycondensation degree and CH2/CH3 increase with the increasing reflectivity.The change of maturity is related to the conversion of ether oxygen or phenolic hydroxyl group.Overall，the relative content of aromatic structure increases，the aliphatic structure decreases，the degree of condensation increases，and the hydrocarbon generation potential? increases with reflectivity，reflecting a decrease in the hydrocarbon generation potential of coal structure.Key words：low-medium rank coal；

X-ray diffraction analysis；Fourier trnasform infrared spectrometer；coal molecular structure；Southern Shaanxi

0 引 言煤分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和非均質(zhì)性使其結(jié)構(gòu)表征極具挑戰(zhàn)性，復(fù)雜結(jié)構(gòu)中的稠合芳香結(jié)構(gòu)組成了煤大分子三維網(wǎng)絡(luò)骨架結(jié)構(gòu)，研究中煤階煤成因、化學(xué)結(jié)構(gòu)和碳骨架對(duì)其進(jìn)一步利用具有重要理論意義，可用于理解和控制煤炭加工過程，如氣化、熱解、液化、衍生化學(xué)品和燃燒過程等［1-5］。現(xiàn)代分析技術(shù)已經(jīng)非常成功地獲取了關(guān)于煤復(fù)雜結(jié)構(gòu)的新信息。李霞等通過系列樣品（鏡質(zhì)體反射率Rmax為0.30～2.05%）的紅外光譜分析（FTIR），認(rèn)為在反射率0.8～1.3%階段主要是脂肪類物質(zhì)的富集和支鏈化程度的增加或脂環(huán)化作用與芳香化作用的協(xié)同，反射率小于1.7%前主要為脂肪類物質(zhì)的熱解斷裂［6］。劉琬玥等認(rèn)為中高煤階煤中一個(gè)鄰近氫原子的芳香環(huán)含量最高，醚氧為含氧官能團(tuán)主要存在形式［7］。郝盼云等研究不同煤階煤發(fā)現(xiàn)苯環(huán)取代的轉(zhuǎn)化不存在單一量變關(guān)系，碳氧單鍵下降，亞甲基比例先增加后減小，甲基比例一直增加，自締合羥基的比例先減小后增加［8］。于春梅等研究煙煤中存在大量脂肪族CH2碳鏈結(jié)構(gòu)，隨著變質(zhì)程度增加，煤中芳香族氫含量增加，脂肪族氫含量降低［9］。李煥同等研究認(rèn)為陜北侏羅紀(jì)煤富惰組分芳烴CC骨架振動(dòng)、醚氧C—O相對(duì)含量略高，苯環(huán)五取代含量高［4］。X射線衍射分析（XRD）是獲取芳香核的尺寸大小、排列及微晶結(jié)構(gòu)的重要手段。羅隕飛等研究了中低變質(zhì)程度5種典型煤種，認(rèn)為隨著煤變質(zhì)程度的提高煤中脂族結(jié)構(gòu)減少，芳香結(jié)構(gòu)增多，且芳核在橫向上和縱向上進(jìn)行芳環(huán)的縮聚反應(yīng)［10］。

OLUWADAYO認(rèn)為尼日利亞煤中存在大量無(wú)序無(wú)定形碳，煤結(jié)構(gòu)參數(shù)與碳元素和揮發(fā)分含量有較好的線性關(guān)系［11］。李霞等認(rèn)為在反射率介于1.0%～1.6%階段，煤結(jié)構(gòu)參數(shù)延展度（La）持續(xù)增加，面網(wǎng)間距（d002）先增加后減小，堆砌度（Lc）先減小然后變緩，芳香體系脫氫和調(diào)整空間位阻同時(shí)進(jìn)行［12］。然而針對(duì)陜南中煤階煤的煤巖、煤質(zhì)及煤分子結(jié)構(gòu)的研究較少。陜南地區(qū)中煤階煤主要分布在北秦嶺商洛煤產(chǎn)地和上揚(yáng)子鎮(zhèn)巴煤產(chǎn)地，分別為二疊系石盒子組和三疊系須家河組，前者以焦煤和肥煤為主，后者以瘦煤為主［13-14］，具有一定的煤層氣勘探開發(fā)前景。采用X射線衍射分析和紅外光譜分析等測(cè)試手段，探討煤化學(xué)結(jié)構(gòu)中官能團(tuán)變化特征，為煤結(jié)構(gòu)演化和煤炭綜合利用提供依據(jù)。

1 樣品來(lái)源與測(cè)試方法

1.1 樣品來(lái)源樣品采自陜南地區(qū)8個(gè)煤礦（安家山煤礦AJS、白水溪煤礦BSX、饅頭山煤礦MTS、仁村鄉(xiāng)煤礦RCX、熊耳山煤礦XES、袁家壩煤礦、躍進(jìn)煤礦YJ及鎮(zhèn)巴縣煤礦ZBX）煤層煤樣；均為中等變質(zhì)程度煤樣［14］。采樣方法遵照GB/T482—2008《煤層煤樣采取方法》采集后及時(shí)裝入塑料樣袋中封存，防止污染和氧化。工業(yè)分析、元素分析及鏡質(zhì)體反射率測(cè)試分別依據(jù)GB/T 212—2008《煤的工業(yè)分析方法》、GB/T 31391—2015《煤的元素分析》以及GB/T 6948—2008《煤的鏡質(zhì)體反射率顯微鏡測(cè)定方法》。

1.2 測(cè)試方法

1.2.1 樣品預(yù)處理為減少礦物雜質(zhì)對(duì)煤結(jié)構(gòu)參數(shù)的影響，對(duì)煤樣進(jìn)行脫礦處理。將破碎至200目的煤粉，以每組10 g分別浸入到含有100mL HCl-HF混合液（HCl36.5wt.%，HF48wt.%）的聚四氟乙烯燒杯中，在溫度55～60 ℃恒溫水浴中攪拌6 h；然后，用蒸餾水沖洗、反復(fù)過濾經(jīng)HCl-HF混合液處理后的煤漿，直到用AgNO3檢測(cè)濾液不出現(xiàn)沉淀，且pH值呈中性為止，煤漿在電熱板上煮沸蒸至近干后，送至干燥箱中12 h烘干（恒溫65 ℃），研磨后用于X射線衍射分析。

1.2.2 X射線衍射測(cè)試采用北京普析通用儀器有限責(zé)任公司XD-3型X射線衍射儀分析煤大分子結(jié)構(gòu)特征，Cu靶波長(zhǎng)0.154 16 nm，管壓36 kV，管流20 mA，發(fā)散狹縫1 mm，接收狹縫0.16 mm，步進(jìn)式掃描，步寬0.02°，掃描速度4°/min，測(cè)量2θ范圍為5°～80°。根據(jù)煤樣的X射線衍射曲線可以獲得表征煤結(jié)構(gòu)的d002、La及Lc等參數(shù)信息［3，11-12］。本次采用多次擬合求平均值、剔除礦物峰，降低峰位、半峰寬等造成的誤差。

1.2.3 傅里葉紅外光譜測(cè)試傅里葉紅外光譜可用于檢測(cè)煤中官能團(tuán)的類型，進(jìn)而判斷煤變質(zhì)程度。采用溴化鉀壓片法，將脫礦樣品與溴化鉀比例（質(zhì)量比）為1∶

200混合，在瑪瑙研缽中充分研磨混勻，置于模具中，在油壓機(jī)上壓成薄片，干燥箱中100 ℃持續(xù)干燥4 h。利用Bruker TENSOR 37紅外光譜儀，測(cè)定范圍設(shè)置為4 000 cm-1～400 cm-1，分辨率為4 cm-1，累計(jì)掃描次數(shù)32次。

2 結(jié)果與討論隨著煤變質(zhì)程度的增加，煤中揮發(fā)分減少，碳含量增加（表1），排出H，N，S和O等雜原子和不穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，煤的有機(jī)大分子結(jié)構(gòu)表現(xiàn)為致密化，結(jié)構(gòu)趨于定向排列。

2.1 X射線衍射譜圖特征煤屬于非晶質(zhì)結(jié)構(gòu)，在變質(zhì)作用下芳環(huán)層縮聚、拼疊，形成縮聚芳香核（微晶結(jié)構(gòu)）［15-16］。在圖1（a）中，～26°2θ附近的（002）峰反映芳環(huán)層的堆砌程度，其左側(cè)的（γ）峰（圖1（b））與分子中脂肪碳（脂鏈和脂環(huán)）結(jié)構(gòu)相關(guān)，變質(zhì)程度越低，脂肪碳結(jié)構(gòu)越發(fā)育；在～44°2θ處為（100）峰和（101）峰的疊合峰（10l）峰，反映芳香結(jié)構(gòu)的縮合程度，即芳環(huán)層的延展度［17-19］。從X射線衍射譜圖來(lái)看，mts、xes和yj樣品的（002）衍射峰最低，而且寬闊（表2），隨著變質(zhì)程度升高，（002）峰不對(duì)稱程度降低，并逐漸收窄，強(qiáng)度變強(qiáng)，反映芳香層結(jié)構(gòu)逐漸增大、規(guī)整有序。

所用煤樣鏡質(zhì)體反射率的范圍在0.96%～1.68%，隨著反射率的增高，芳環(huán)層面網(wǎng)間距（d002）逐漸減小（圖2（a）），堆砌度（Lc）與延展度（La）逐漸增大（圖2（b），（c）），芳香度（fa）首先增加，在反射率為1.30%～1.50%范圍略有降低，隨后再次增大（圖2（d））。反射率小于1.30%階段，

屬于煤化作用第1次躍變，此階段各種含氧官能團(tuán)

逐漸脫落，芳香核上開始脫落脂肪族和脂肪官能團(tuán)和側(cè)鏈，（γ）峰所占比例降低。反射率大于1.30%階段，芳香核尺寸在橫向和縱向上持續(xù)增大，富氫的側(cè)鏈和鍵的大量縮短及減少，芳香層還沒有形成規(guī)整有序結(jié)構(gòu)，殘存的官能團(tuán)和氫化芳香環(huán)以任意角度和芳香層結(jié)構(gòu)鏈接［12］，芳香核脫氫、芳構(gòu)化和縮合同時(shí)進(jìn)行，當(dāng)芳香層結(jié)構(gòu)調(diào)整空間位置后，脫氫與殘存官能團(tuán)的脫落使芳香碳比例增大，芳香度再次升高，煤結(jié)構(gòu)逐漸趨于芳構(gòu)化、縮合為主的演化階段。

2.2 紅外光譜譜圖特征通常以波數(shù)1 500 cm-1為界將紅外譜圖劃分成高頻區(qū)（官能團(tuán)區(qū)）和低頻區(qū)（指紋區(qū)）［20-24］。低頻區(qū)內(nèi)吸收峰較少，主要是表征分子化學(xué)鍵和官能團(tuán)的特征頻譜區(qū)；高頻區(qū)內(nèi)吸收峰數(shù)目較多，反映整個(gè)分子由于振動(dòng)、轉(zhuǎn)動(dòng)所產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)特征（圖3）。

紅外光譜圖可分為芳香結(jié)構(gòu)、含氧官能團(tuán)、脂肪結(jié)構(gòu)和羥基吸收帶等4個(gè)部分［3-4，23-24］，由于煤結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，官能團(tuán)結(jié)構(gòu)所占有比例不同，而且這些譜帶也是由多個(gè)官能團(tuán)吸收峰疊加的結(jié)果（圖3），運(yùn)用Oringin軟件對(duì)相應(yīng)譜帶譜圖使用相同基線校正方式后，根據(jù)各譜線的二階導(dǎo)數(shù)來(lái)確定初始解疊擬合峰的大致位置和數(shù)目，通過軟件自帶功能來(lái)優(yōu)化最佳峰形（圖4），擬合標(biāo)準(zhǔn)是以原譜線與擬合譜線之間的殘差平方和為最小目標(biāo)函數(shù)，將分峰擬合后所得結(jié)果歸一化［4，6，21］，確定分峰歸屬及參數(shù)（表3），反映煤分子結(jié)構(gòu)的變化特征。

2.2.1 芳香結(jié)構(gòu)變化在700～900 cm-1屬于芳香結(jié)構(gòu)CH面外變形振動(dòng)，吸收強(qiáng)度總體偏小，芳香結(jié)構(gòu)的譜峰解疊以6～10個(gè)擬合峰為宜（圖4（a））。煤中芳環(huán)上的取代方式有3種：苯環(huán)五取代（850～900 cm-1）、苯環(huán)三取代（800～850 cm-1）、苯環(huán)二取代（730～780 cm-1）［20］。陜南地區(qū)煤中芳香結(jié)構(gòu)的苯環(huán)取代方式以三取代和二取代為主，其中三取代占主導(dǎo)地位（表4），隨著變質(zhì)程度的增高，芳環(huán)數(shù)量變化

導(dǎo)致取代方式產(chǎn)生變化，苯環(huán)二取代的比例升高。1 600 cm-1處芳烴CC骨架振動(dòng)隨著變質(zhì)程度增加，其吸收峰強(qiáng)度總體上是增強(qiáng)的（表4），可能為煤化作用過程中脂環(huán)脫氫芳構(gòu)化影響，CC相對(duì)含量先升高，隨熱解效應(yīng)導(dǎo)致側(cè)鏈結(jié)構(gòu)斷裂，CC含量再降低。煤中芳烴CH面外變形振動(dòng)和脂肪碳（2 800～3 000 cm-1）、芳烴CC骨架振動(dòng)的相對(duì)含量之比分別反映芳香性（I2）與芳香環(huán)縮聚程度（DOC2），隨著Rmax升高，芳香結(jié)構(gòu)的比例增大，其芳香化程度和縮聚程度呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)（圖5（b）和圖5（c））。3 040 cm-1處為芳環(huán)CH的伸縮振動(dòng)，其吸收強(qiáng)度的變化與芳環(huán)CH面外變形振動(dòng)表征芳香性（I1）的意義相同，反映芳香氫相對(duì)含量的變化，在反射率1.45%左右達(dá)到最大值，隨后芳香氫減少（圖5（a）），可能與脂肪結(jié)構(gòu)脫落、芳香結(jié)構(gòu)苯環(huán)取代基團(tuán)減少引起的假象有關(guān)［6］。

2.2.2 脂肪結(jié)構(gòu)變化在

2 800～3 000 cm-1段都屬于脂族結(jié)構(gòu)吸收

峰帶［25］，其吸收峰強(qiáng)度值與基團(tuán)振動(dòng)對(duì)稱性有關(guān)，振動(dòng)對(duì)稱性越大，化學(xué)鍵的偶極矩越小，則吸收力越弱。脂肪結(jié)構(gòu)的譜峰解疊以5～7個(gè)擬合峰為宜（圖4（c）），其中2 950 cm-1屬于CH3不對(duì)稱伸縮振動(dòng)、2 920 cm-1屬于CH2不對(duì)稱伸縮振動(dòng)、2 895 cm-1屬于CH伸縮振動(dòng)、2 875 cm-1屬于CH3對(duì)稱伸縮振動(dòng)、2 850 cm-1屬于CH2對(duì)稱伸縮振動(dòng)。隨變質(zhì)程度升高，煤化程度增高，脂族結(jié)構(gòu)中的側(cè)鏈逐漸脫落，產(chǎn)生以甲烷為主的揮發(fā)份。煤中脂肪碳（2 800～3 000 cm-1）與芳烴CC骨架振動(dòng)的相對(duì)含量之比反映芳香環(huán)縮聚程度（DOC1），對(duì)比亞甲基的直鏈部分與甲基的側(cè)鏈部分來(lái)判別鏈化程度（CH2/CH3）。隨著Rmax升高，脂肪族結(jié)構(gòu)逐漸脫落導(dǎo)致相對(duì)比例降低（圖6（a）），芳香結(jié)構(gòu)逐漸縮合成較大的聚合體，CH2/CH3逐漸增大可能因?yàn)槊夯饔眠M(jìn)行到1.30%左右階段，煤中芳香結(jié)構(gòu)之間脂環(huán)族結(jié)構(gòu)裂解，導(dǎo)致亞甲基相對(duì)比例增加（圖6（b））。

2.2.3 含氧官能團(tuán)結(jié)構(gòu)變化煤中含氧官能團(tuán)主要有羧基、羰基、羥基和醚氧［26］，1 000～

1 800 cm-1段譜峰解疊以18～20個(gè)擬合峰為宜（圖4（b）），其中1 700 cm-1附近峰屬于羧酸中—COOH伸縮振動(dòng)，1 650 cm-1處共軛CO伸縮振動(dòng)，在1 100～1 350 cm-1處為酚、醇、醚、脂的醚氧鍵伸縮振動(dòng)吸收峰，吸收峰強(qiáng)度隨煤級(jí)增高逐漸減弱。‘C代表含氧的CO對(duì)于CC伸縮官能團(tuán)的變化，反映煤的成熟度，其隨著反射率的升高先減小再逐漸增大，在反射率為1.25%附近達(dá)到最低（圖7）。煤結(jié)構(gòu)中CO在反射率小于1.25%前快速脫落，之后增加可能與醚氧或酚羥基的轉(zhuǎn)化相關(guān)，或與此階段熱解效應(yīng)導(dǎo)致側(cè)鏈斷裂，CC相對(duì)含量降低相關(guān)。

2.2.4 羥基吸收帶OH伸縮振動(dòng)產(chǎn)生于3 100～3 600 cm-1的寬闊頻帶，最大吸收峰位于

3 400 cm-1附近，譜峰解疊以7～8個(gè)擬合峰為宜。在3 520，3 410，3 300，3 220和3 170 cm-1附近分別歸屬羥基OH…π鍵、自締合羥基（Self-associated OH）、醚氧羥基（OH…ether O）、環(huán)羥基（Cyclic OH tetramers）和OH…N［27-28］，但對(duì)同一煤中不一定同時(shí)存在上述羥基類型。隨著反射率的升高，自締合羥基、醚氧羥基和環(huán)羥基的相對(duì)含量均呈先減小后增大的趨勢(shì)（圖8），羥基類型的存在隨煤化程度變化而變化。從峰谷出現(xiàn)的位置來(lái)看，環(huán)狀羥基的穩(wěn)定性小于自締合羥基和醚氧羥基，煤中非活性氧（醚氧）的存在（圖8（b））使醚氧羥基成鍵的機(jī)會(huì)增大，同時(shí)，煤分子結(jié)構(gòu)中鏈狀結(jié)構(gòu)的環(huán)化使環(huán)狀羥基在反射率為1.30%后的相對(duì)含量增大（圖8（c）），環(huán)化作用的增強(qiáng)也可導(dǎo)致煤中脂肪結(jié)構(gòu)中甲基含量減少，空間排列緊密，自締合羥基相對(duì)含量增加（圖8（a））。

2.3 生烴潛力評(píng)價(jià)從褐煤至無(wú)煙煤各個(gè)階段均能產(chǎn)生烴氣（CH4），產(chǎn)液態(tài)烴的產(chǎn)出高峰在反射率為0.9%～1.3%的氣肥煤階段，反射率大于1.3%時(shí)，相對(duì)于焦煤、貧瘦煤是主要生氣階段。

生烴潛力可以用來(lái)評(píng)價(jià)烴源巖的生烴潛力，值越大說(shuō)明在此煤階處生烴潛力越大［6-7］。隨著變質(zhì)程度的加深，煤的芳香度逐漸升高（圖9（a）），芳香縮合程度增加，脂族結(jié)構(gòu)成分減少，煤中有機(jī)質(zhì)在一定程度上生烴的能力減弱，生烴潛力隨Rmax升高呈降低的趨勢(shì)（圖9（b）），由于煤化作用使煤中脂肪結(jié)構(gòu)和芳香結(jié)構(gòu)側(cè)鏈等富氫組分脫落和裂解，脂環(huán)結(jié)構(gòu)裂解帶來(lái)生烴的高峰，同時(shí)生烴高峰相對(duì)于側(cè)鏈的斷裂明顯有延滯性。

3 結(jié) 論1）在陜南地區(qū)中煤階煤隨著反射率的增大，芳香度f(wàn)a先升高，在反射率為1.30%～1.50%范圍時(shí)略有降低，隨后再次增大；隨著芳環(huán)層面網(wǎng)間距逐漸減小，堆砌度與延展度逐漸增大，煤結(jié)構(gòu)逐漸趨于芳構(gòu)化、縮合為主的演化階段。2）煤中芳香結(jié)構(gòu)的苯環(huán)取代方式以三取代和二取代為主，其中三取代占主導(dǎo)地位。隨著反射率升高，芳香結(jié)構(gòu)的比例增大，其芳香化程度和縮聚程度呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)，在反射率為1.45%左右達(dá)到最大值，隨后芳香氫減少，可能由于脂肪結(jié)構(gòu)的脫落，芳香結(jié)構(gòu)的苯環(huán)取代基團(tuán)減少導(dǎo)致。3）隨著反射率升高，脂肪族結(jié)構(gòu)逐漸脫落導(dǎo)致相對(duì)比例降低，芳香結(jié)構(gòu)芳逐漸縮合成較大的聚合體，CH2/CH3逐漸增大可能因?yàn)槊夯饔眠M(jìn)行到反射率為1.30%左右階段，煤中芳香結(jié)構(gòu)之間脂環(huán)族結(jié)構(gòu)裂解，導(dǎo)致亞甲基相對(duì)比例增加。煤的成熟度隨著反射率的升高先減小再逐漸增大，在1.25%附近達(dá)到最低；自締合羥基、醚氧羥基和環(huán)羥基的相對(duì)含量均呈先減小后增大的趨勢(shì)。4）生烴潛力隨Rmax升高呈降低的趨勢(shì)，由于煤化作用使煤中脂肪結(jié)構(gòu)和芳香結(jié)構(gòu)側(cè)鏈等富氫組分脫落和裂解，形成生烴（CH4）的高峰。這可能與第1、2次的煤化作用躍變相關(guān)，此階段煤的芳香度逐漸升高，芳香縮合程度增加，脂族結(jié)構(gòu)成分減少。

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