煤田地质与勘探

作者：鲍园, 李嘉浚, 李丹, 陈雪茹, 王小婧,

关键词：中高阶煤, 生物气化, 甲烷生成潜力, 官能团结构, 鄂尔多斯盆地,

目的不同变质程度煤的生物降解产甲烷潜力差异显著。中高阶煤经微生物降解能够生成数量可观的甲烷，但其生物气化潜力的关键控制因素尚不明确，需从分子结构层面探讨影响中高阶煤生物气化潜力的主控因素及控制机理。方法以鄂尔多斯盆地东缘石炭−二叠系中高阶煤为研究对象，通过本源微生物降解煤生烃实验，进行生烃动力学分析，结合气相色谱与傅里叶变换红外光谱技术，揭示了不同煤层煤样的生物气化潜力及其表面官能团结构变化规律，并基于Pearson相关性分析探讨了煤分子结构参数与生烃潜力的内在关联。结果中高阶煤生物降解产甲烷过程可分为3个阶段：0~28 d为延滞期、28~42 d为指数增长期和42 d后进入平台衰减期。基于Modified Gompertz、SGompertz和Logistic模型的拟合参数分析表明，Modified Gompertz模型拟合效果最佳，且估算最大甲烷产量为8.94~14.65 m3/t，最大甲烷产生速率可达2.18 m3/(t·d)。微生物降解后，煤中含氧官能团吸收峰强度平均降低14.3%，脂肪结构吸收峰强度平均降低26.8%。不同煤层煤样的脂肪结构、芳香结构和含氧官能团特征存在明显差异。Pearson相关性分析显示，脂肪链长与芳香C=C键比值参数(I_\mathrmH_1 )及脂肪/芳香结构比值(Aal/Aar)与最大甲烷产量呈较强正相关关系。富含长链脂肪结构的煤样表现出更高的产气潜力，且脂肪族亚甲基含量与产气能力呈正相关。结论相较于低阶煤，中高阶煤具有更长的初始延滞期、更高的指数增长期和更快的产气速率。脂肪与芳香结构是影响中高阶煤生物甲烷生成潜力的关键因素，其中，I_\mathrmH_1 与Aal/Aar可作为评价中高阶煤生物气化潜力的有效指标。研究结果为中高变质程度煤层生物气化潜力评估提供了重要的理论依据。

来源：2026年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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