新研究揭示干酪根對飽和烴吸附能力的演化特征

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在中國科學院戰略性先導科技專項A類的資助下，中國科學院廣州地球化學研究所博士后梁天在研究員鄒艷榮和中國科學院院士彭平安的指導下，首次通過分子模擬及分子對接技術研究了干酪根對飽和烴吸附能力隨熱成熟度的演化特征，并探究了其內在作用機理。相關研究近日發表于Chemical Geology。

干酪根在地質溫壓條件下發生裂解生成烴類化合物，并通過排烴及之后的運聚形成油氣藏。在排烴過程中，干酪根與烴類化合物分子間有著較強的相互作用，導致部分化合物在烴源巖中富集，直接影響排烴效率及油氣性質。同時，隨著熱演化程度的增加，干酪根對烴類分子的束縛能力也會出現變化。開展不同成熟度條件下干酪根與烴類間相互作用研究對烴源巖排烴、油氣資源評價意義重大。

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下馬嶺干酪根三維分子模型。梁天 供圖

已有研究多采用溶脹法評估干酪根對不同烴類化合物的吸附能力，該方法對具體化合物滯留能力的研究效果較好，但其實驗的復雜性是的開展系列化合物研究的難度和成本均較大，且易受化合物特殊性質及實驗誤差影響，也難以準確揭示不同烴類與干酪根相互作用的內在機理。

研究人員選用生油能力最強的蘆草溝組Ⅰ型干酪根為研究對象，通過黃金管熱模擬技術開展生烴實驗，制備出不同成熟度的干酪根樣品。再通過元素分析及固體核磁共振檢測，建立三維分子模型并計算出不同成熟度干酪根分子與鏈烷烴分子間的吉布斯自由能分布，以此為基礎評估分子間作用力。

研究發現，正構烷烴化合物隨著分子量的增加與干酪根分子間相互作用力分為三個主要階段：C2-C13階段內隨著分子量的增加，正構烷烴與干酪根分子結合力逐漸增加；C14-C20階段內分子間相互結合最為緊密；C21-C30階段內，隨著正構烷烴分子量的增加，結合能力在波動逐漸減弱。這說明，正構烷烴中C14-C20化合物更傾向于在干酪根中發生富集，難以發生排烴作用。除分子量外，甲基的相對含量也是影響分子間作用力的關鍵因素。

為進一步確定甲基相對含量對分子間相互作用力的影響，研究人員選擇了6個C16異構體作為配體開展分子對接研究，結果表明干酪根與烷烴分子間作用力與烷烴分子甲基數量呈正比。

上述結果表明，干酪根與鏈烷烴發生相互作用的過程中，分子量及甲基的相對含量是影響分子間作用力的重要因素，這導致在排烴過程中異構C14-C20化合物傾向于在干酪根中發生富集作用，而其他的鏈烷烴則更容易從烴源巖中排出形成油氣藏。