頁巖油作為非常規油氣資源的重要類型，在全球化石能源格局中占據重要地位，受到了廣泛關注。隨著頁巖油勘探開發的不斷深入，其在烴源巖中的賦存與排烴機理逐漸成為研究的重點。受制于工業技術，目前還無法實現干酪根溶脹吸附態頁巖油的開采。因此厘清頁巖油溶脹吸附賦存機理對頁巖油勘探開發具有重要意義。
近年來，中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室建立了溶脹-X射線衍射（XRD）技術聯用方法，初步探索了干酪根及固體瀝青賦存液態有機質的結構單元，建立了首個液態有機質賦存模型（Liang et al.,2021;Liang et al.,2022）。但缺少系統的研究規律總結，對雜原子在溶脹吸附過程中的影響研究也沒有展開。
為解決上述問題，中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室博士后梁天在彭平安院士、鄒艷榮研究員的指導下，通過溶脹實驗-XRD聯用方法對煤、干酪根及固體瀝青等多種類型的樣品開展研究，探索了固體有機質化學結構與液態有機質滯留能力的相關關系，分析了以乙酸為代表的雜原子化合物在固-液有機相互作用中的賦存單元及結構改造能力。
圖1. 脂鏈評價參數（LA）與烴類滯留總量（SP）相關關系
研究發現，與前期已有認識不同，液態烴滯留能力與固體的脂鏈長度及數量均相關，且過長的脂鏈不適合液態有機質的賦存，僅當脂鏈長度與數量所構成的參數LA在一定范圍內時，固體有機質度液態烴的賦存能力（SP）達到最高（圖1）。
圖2. 固體有機質結構堆疊參數與乙酸總量間的相關關系
研究發現隨著乙酸含量的逐漸增加，三類固體有機質的γ帶間距均呈現明顯的下降趨勢。說明雜原子化合物與烴類化合物相同，均賦存于固體有機質無定形碳堆疊的部分。值得注意的是，干酪根組（圖2 d）的002帶間距同樣出現了明顯的下降，這說明干酪根與煤及固體瀝青的化學結構堆疊可能存在一定程度差別，并且更容易受到雜原子化合物影響。
圖3. 固體有機質定量溶脹吸附實驗結果
綜合本研究溶脹定量結果發現，相比于飽和烴，所有類型的固體有機質都存在明顯的芳香烴選擇性吸附現象。這說明在排烴過程中，烴源巖更加傾向于排出飽和烴化合物而聚集成藏，芳烴化合物在飽和前則更傾向于富集在烴源巖干酪根結構中（圖3）。
本研究對不同類型固體有機質開展了系統性溶脹實驗，結合XRD系統比較了溶脹過程中固液有機質相互作用過程，也顯出溶脹吸附定量研究在烴源巖排烴及頁巖油評價研究中具有很好的應用前景。該成果近期發表于國際期刊Organic Geochemistry，得到廣東省基礎與應用基礎研究基金項目的支持。
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論文信息：Liang Tian(梁天), Lin Xiaohui(林曉慧), Zou Yanrong(鄒艷榮), Zhan Zhaowen(詹兆文), Yu Shuang(于雙), Pan Changchun(潘長春), Peng Ping’an(彭平安). Study on the swelling of macromolecular geological organic matter with hydrocarbons and heteroatomic compounds. Organic Geochemistry. 2024, 193, 104809.
https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2024.104809
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