煤和泥页岩纳米孔隙的图像学定量表征技术

摘要

本文以不同成熟度的自然演化煤样，热模拟煤样及南方三套主要的富有机质泥页岩样品为研究对象，以原子力显微镜、聚离子束刻蚀和场发射扫描电镜双束联用系统等图像学方法为主要实验手段，结合精细研磨、氩离子束抛光制样技术，Particles and Cracks Analysis System、Gwyddion等计算机数据分析处理技术，并以有机岩石学鉴定，总有机碳测试，全岩X射线衍射为辅助实验，观察煤和泥页岩纳米孔隙结构特征、建立了相应的定量表征技术，并进行了纳米孔隙的成因、演化研究，探讨了煤和泥页岩纳米孔隙特征表征的适应性技术方法，并据此分析了纳米孔隙发育的控制因素。有机质热成因孔包括气孔和分子间孔，常见气孔的大小多为纳米级，形态以椭圆形为主。气孔大多以孤立的形式存在，但在高—过成熟阶段的泥页岩与延展性较强的煤样中，气孔也能以群体的形式出现，呈串珠状，不规则状等各种复杂形态。分子间孔主要发育于煤中，是有机质分子有序化过程中超大分子间的分子孔，大小只有几个埃。而纳米孔隙特别是气孔后期遭受破坏，这可能是荷塘组黑色页岩含气性较低的原因之一。