原子力显微镜(AFM)分析技术是近年来研究煤表面超微观结构的一种新方法。本文利用AFM对不同变质变形煤的表面超微结构(纳米级孔隙与纳米层次的大分子聚集体)进行系统的研究分析,并结合分形几何方法对超微观结构特征进行定量表征。结果表明,煤的变质程度、变形程度和变形性质不同,煤的超微结构特征也不一样。随着变质程度的升高,煤微观表面平均粗糙度Sa与均方根值Sq逐渐减小,至无烟煤阶段达到最小,同时峭度值Sku>3且偏斜度Ssk趋近于0,这说明表面微观形貌平整程度逐渐增高,表面高度值分布趋于集中,煤微观形貌表现出由粗糙起伏的颗粒面逐渐向平整光滑的平面过渡。同时纳米级变质气孔发育程度不断增高,至无烟煤阶段纳米级孔隙呈现密集分布的特点,微孔占孔隙数量比例达80%左右。纳米级大分子聚集体在低煤级阶段,呈现松散的网状栅格结构特征,随着变质程度加深,大分子栅格结构排列趋于紧密,栅格间的分子链间孔逐渐减小。随着构造变形强度的增强,Sa与Sq逐渐减小,同时峭度值Sku与偏斜度Ssk变化也说明形貌高度值趋于一致,这说明煤表面形貌中凸起逐渐被挤压磨平。在脆性变形机制下,脆性变形作用促使微孔及过渡孔发育,同时网状栅格结构骨架发生扭曲变形;而在韧性变形机制下,韧性变形作用促使微孔和过渡孔的发育,大分子栅格结构消失,蠕动状微观结构特征明显,具有网状栅格结构向蠕动状结构变化的趋势。因此,构造应力不仅引起煤储层物性产生变化,而且还对煤大分子结构的演化产生影响。分别利用功率谱密度与盒维法计算不同变质变形煤的分形维数,定量地描述表面轮廓的空间波长的分布情况与孔隙分布规律,发现随着变质程度的增高与构造变形程度的增强,两种分形维数均表现增大的趋势且趋近于2,说明微观形貌空间中的高频波长成分增加,表面轮廓细节特征复杂,且表面微孔呈现密集分布的形貌特征。