热作用下煤气-固耦合演化研究对于阐释储层特性演变动力学过程及控制机制具有重要意义。本文以二连盆地霍林河凹陷ⅢA煤组的陆相低阶煤为研究对象,开展了黄金管热模拟生烃实验,分析了热解过程中气体组分、产率以及碳氢同位素特征;通过X射线衍射、傅立叶红外光谱、¹³C核磁共振等实验,揭示了低阶煤热解分子结构演化机制;利用压汞测试、低温液氮以及CO₂吸附实验阐释了热解过程中孔隙演化特征,探讨了热作用下显微组分-气体-孔隙演化之间的耦合关系。取得了以下主要认识:(1)获取了不同样品在热解过程中的CH₄、C₂-C₅、C₆₊、非烃类气体产率以及主要的生烃动力学参数,揭示了热解过程中生烃量与煤级“三段式”演化特征,指出烷烃气的碳同位素受分子键能的影响变轻,而随官能团进一步脱除烷烃气的碳同位素变重,CO₂的碳同位素受同位素交换反应的影响先变重后变轻。(2)在热作用下,煤分子结构演变表现出碳网间距逐渐减小、堆砌度增加、芳香层片数增加、延展度先减小后增加、煤晶核逐渐向扁平状发展、煤结构逐渐致密等特征;热解前期(R_o,max<0.7%),大量甲基、亚甲基、季碳、氧接脂碳等脂族结构脱落以及含氧官能团、羟基逐渐脱落,CO₂以及烃类物质大量生成,在热解中期(0.7%o,max<1.3%)中由于大分子裂解,使得部分含氧官能团和少量脂族结构含量稍有上升;热解后期(R_o,max>1.3%),脂肪结构进一步降低,随着芳构化作用的加强,桥头碳含量上升、芳碳率增加。(3)热解前期(R_o,max<0.7%),煤显微组分中的树脂体首先分解;热解中期(0.7%o,max<1.3%),煤中腐植组中的充分分解腐木质体和碎屑腐植体气孔含量上升,并在热解后期(R_o,max>1.3%)气孔含量迅速增加,惰质组在热解过程中形态基本无变化。(4)热解早期受温度、压力以及液态烃分解的作用下使得煤中各类型孔隙体积降低,热解中期随着液态烃裂解以及煤基质的分解,气孔含量增加,各级孔隙体积逐渐升高,热解后期,2nm以内微孔含量持续增加,2¹00nm孔隙受分子有序化影响含量降低,大于100nm孔隙含量基本不变。研究成果初步揭示了陆相低阶煤生烃过程中气-固耦合演化规律,对煤层气勘探开发具有参考价值。