广州地化所深地科学卓越创新中心

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广州地化所深地科学卓越创新中心基于密度泛函理论建立生烃过程中固体沥青分子结构演化模型。

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重要母质

固体沥青是石油中重质组分在后期地质作用下形成的有机物，仍具有较强的生烃潜力，是二次生烃的重要母质。在二次生烃过程中，固体沥青化学结构发生断裂，对石油、天然气资源类型与分布具有重要影响。这一过程中固体沥青的分子结构演化对研究其裂解机理有着重要意义，然而这一过程目前还缺乏系统和全面的认识。

有机质大分子模型不但能够“观察”到有机质的化学结构及其演化过程，而且也是有机质相互作用数字模拟的基础。近期中国科学院广州地球化学研究所有机地化国家重点实验室、深地科学卓越创新中心博士生梁天，在邹艳荣研究员的指导下，对四川广元地区青川火石岭（HSL）天然固体沥青样品开展人工热模拟实验，探究固体沥青的生烃特点，基于密度泛函理论建立了生烃过程中固体沥青基本结构单元的三维分子模型及其随成熟度的变化（图1）。图中所示的11个固体沥青分子是目前首套完整描述固体沥青生烃过程中分子结构变化的分子模型。可以看出，随着成熟度的增加（Easy%R o ），固体沥青分子中的氢原子持续减少，结构的缩合程度不断提高。

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广州地化所、深地科学卓越创新中心采用XRD揭示固体沥青与液态烃溶胀过程中的化学结构变化

溶胀是固-液有机质相互作用的重要现象，是油气地球化学领域中研究固体有机质生排烃能力的重要方法。以往的溶胀研究主要集中在固体有机质体积变化以及溶解烃类物质的能力上，尚缺乏微观条件下固-液有机质发生溶胀作用对固体有机质化学结构影响的认识，难以全面的认识溶胀作用的发生机理。同时，如何检测溶胀过程中固体有机质化学结构变化也是困扰研究人员的重要技术难点。

中国科学院广州地球化学研究所、深地科学卓越创新中心博士生梁天，在邹艳荣研究员的指导下，发展了全新的溶胀及其表征技术，在实现分段溶胀实验的基础上，对不同溶胀率的样品进行X射线衍射分析（XRD），揭示了溶胀过程固体沥青化学结构的变化、建立了结构变化模型。

本研究选用乌尔禾（新疆）、火石岭（四川）以及长岩（贵州）三地的天然固体沥青为固体有机质，选用正庚基苯（C13H20）与正十六烷（C16H34）作为液态有机质，分别代表芳烃及饱和烃化合物。将固液有机质以分阶段混合的方式开展溶胀实验，依次向每个固体样品中加入质量递增的液态有机质，直到液态有机质饱和溶解为止（图1），即认为固体沥青已经无法溶解更多烃类物质。在保证样品充分混合后，对混合样品进行XRD检测，分析其结构变化。