廣州地化所深地科學卓越創新中心

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廣州地化所深地科學卓越創新中心基於密度泛函理論建立生烴過程中固體瀝青分子結構演化模型。

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重要母質

固體瀝青是石油中重質組分在後期地質作用下形成的有機物，仍具有較強的生烴潛力，是二次生烴的重要母質。在二次生烴過程中，固體瀝青化學結構發生斷裂，對石油、天然氣資源類型與分布具有重要影響。這一過程中固體瀝青的分子結構演化對研究其裂解機理有着重要意義，然而這一過程目前還缺乏系統和全面的認識。

有機質大分子模型不但能夠「觀察」到有機質的化學結構及其演化過程，而且也是有機質相互作用數字模擬的基礎。近期中國科學院廣州地球化學研究所有機地化國家重點實驗室、深地科學卓越創新中心博士生梁天，在鄒艷榮研究員的指導下，對四川廣元地區青川火石嶺（HSL）天然固體瀝青樣品開展人工熱模擬實驗，探究固體瀝青的生烴特點，基於密度泛函理論建立了生烴過程中固體瀝青基本結構單元的三維分子模型及其隨成熟度的變化（圖1）。圖中所示的11個固體瀝青分子是目前首套完整描述固體瀝青生烴過程中分子結構變化的分子模型。可以看出，隨着成熟度的增加（Easy%R o ），固體瀝青分子中的氫原子持續減少，結構的縮合程度不斷提高。

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廣州地化所、深地科學卓越創新中心採用XRD揭示固體瀝青與液態烴溶脹過程中的化學結構變化

溶脹是固-液有機質相互作用的重要現象，是油氣地球化學領域中研究固體有機質生排烴能力的重要方法。以往的溶脹研究主要集中在固體有機質體積變化以及溶解烴類物質的能力上，尚缺乏微觀條件下固-液有機質發生溶脹作用對固體有機質化學結構影響的認識，難以全面的認識溶脹作用的發生機理。同時，如何檢測溶脹過程中固體有機質化學結構變化也是困擾研究人員的重要技術難點。

中國科學院廣州地球化學研究所、深地科學卓越創新中心博士生梁天，在鄒艷榮研究員的指導下，發展了全新的溶脹及其表徵技術，在實現分段溶脹實驗的基礎上，對不同溶脹率的樣品進行X射線衍射分析（XRD），揭示了溶脹過程固體瀝青化學結構的變化、建立了結構變化模型。

本研究選用烏爾禾（新疆）、火石嶺（四川）以及長岩（貴州）三地的天然固體瀝青為固體有機質，選用正庚基苯（C13H20）與正十六烷（C16H34）作為液態有機質，分別代表芳烴及飽和烴化合物。將固液有機質以分階段混合的方式開展溶脹實驗，依次向每個固體樣品中加入質量遞增的液態有機質，直到液態有機質飽和溶解為止（圖1），即認為固體瀝青已經無法溶解更多烴類物質。在保證樣品充分混合後，對混合樣品進行XRD檢測，分析其結構變化。