新聞動(dòng)態(tài)廣州地化所在粘土礦物對(duì)有機(jī)質(zhì)熱解生烴的影響和機(jī)理研究上取得新認(rèn)識(shí)
自從二十世紀(jì)上半葉R. E. Grim等人發(fā)現(xiàn)粘土礦物對(duì)生烴母質(zhì)向油氣轉(zhuǎn)化具有催化作用以來(lái)，粘土礦物在油氣生成中所起的作用及機(jī)理吸引了大量的研究關(guān)注。近幾十年來(lái)，相關(guān)研究在生烴作用與烴源巖粘土礦物組成的關(guān)系、粘土礦物對(duì)生烴母質(zhì)催化熱解機(jī)制等方面取得了大量成果。與此同時(shí)，由于油氣生成體系的高度復(fù)雜性，地學(xué)界在粘土礦物影響生烴作用這一問(wèn)題上也產(chǎn)生了諸多爭(zhēng)議（例如地層條件下粘土礦物催化反應(yīng)及其發(fā)生條件問(wèn)題）。眾多研究者指出，關(guān)于粘土礦物如何影響有機(jī)質(zhì)的熱解，還存在許多亟待深入研究的機(jī)理問(wèn)題。尤其是，生烴環(huán)境中粘土礦物與有機(jī)質(zhì)間存在復(fù)雜的界面復(fù)合作用，關(guān)于粘土礦物-有機(jī)質(zhì)復(fù)合體中礦物結(jié)構(gòu)、表界面反應(yīng)性的變化如何影響有機(jī)質(zhì)的熱解，尚缺乏相關(guān)的研究工作。
廣州地球化學(xué)研究所中科院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室袁鵬研究員的研究組，以生烴過(guò)程中常見(jiàn)的“蒙皂石—伊利石”礦物轉(zhuǎn)化序列之端元礦物（蒙脫石和伊利石）和過(guò)渡礦物（不同混層比的伊利石/蒙脫石混層礦物）為模型礦物，研究它們和有機(jī)質(zhì)復(fù)合體系中界面復(fù)合方式、礦物微結(jié)構(gòu)以及有機(jī)質(zhì)特性對(duì)有機(jī)質(zhì)熱解的影響，以期為更深入地認(rèn)識(shí)“粘土礦物在油氣形成中的作用”這一重要而高度復(fù)雜的科學(xué)問(wèn)題提供一定理論依據(jù)。在蒙脫石-有機(jī)質(zhì)復(fù)合體的相關(guān)研究中，該組采用多類型具有不同特征官能團(tuán)和不同鏈長(zhǎng)的有機(jī)質(zhì)，與蒙脫石以不同方式復(fù)合形成礦物-有機(jī)質(zhì)復(fù)合體，運(yùn)用礦物結(jié)構(gòu)分析、礦物譜學(xué)以及模擬生烴實(shí)驗(yàn)等研究手段，通過(guò)分析高溫-壓熱解反應(yīng)產(chǎn)物組成和蒙脫石的結(jié)構(gòu)變化，探討了礦物固體酸性和層間域微結(jié)構(gòu)等礦物性質(zhì)因素以及粘土礦物-有機(jī)質(zhì)復(fù)合方式等界面反應(yīng)條件因素影響有機(jī)質(zhì)熱解的微觀機(jī)理。研究取得了如下新認(rèn)識(shí)：
提出蒙脫石的固體酸活性位在微結(jié)構(gòu)中的賦存位置及其類型是影響蒙脫石-有機(jī)質(zhì)復(fù)合體中有機(jī)質(zhì)熱解的主要因素。區(qū)分了蒙脫石結(jié)構(gòu)中不同類型固體酸位在脫羧、裂解和異構(gòu)化等熱解反應(yīng)中的不同角色及其微觀機(jī)理。
該工作發(fā)現(xiàn)，蒙脫石對(duì)有機(jī)質(zhì)的熱解不僅具有前人已廣泛發(fā)現(xiàn)的熱解促進(jìn)作用，對(duì)一些有機(jī)質(zhì)還存在熱解抑制作用。熱解促進(jìn)或熱解抑制取決于有機(jī)質(zhì)特征基團(tuán)類型和粘土礦物的固體酸性和微結(jié)構(gòu)特性，其主要通過(guò)反應(yīng)路徑的改變而發(fā)生。蒙脫石等膨脹性粘土礦物的層間反應(yīng)區(qū)域?qū)ι鲜鰺峤獯龠M(jìn)或熱解抑制作用具有增強(qiáng)效應(yīng)，其本質(zhì)原因在于層間域存在高酸性強(qiáng)度的固體酸位。
圖1. 蒙脫石結(jié)構(gòu)中固體酸位的類型和來(lái)源
圖2. 不同類型蒙脫石-有機(jī)質(zhì)復(fù)合體中有機(jī)質(zhì)的熱解產(chǎn)物組成
該成果已在線發(fā)表于Geochimica et Cosmochimica Acta。該研究受到國(guó)家自然科學(xué)基金、國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃子課題和中科院創(chuàng)新國(guó)際團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。
論文信息：
Hongling Bu, Peng Yuan,* Hongmei Liu , Dong Liu , Jinzhong Liu , Hongping He , Junming Zhou, Hongzhe Song, Zhaohui Li. Effects of complexation between organic matter (OM) and clay mineral on OM pyrolysis. Geochimica et Cosmochimica Acta (2017). Doi: https://doi.org/10.1016/j.gca.2017.04.045
原文連接：http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0016703717303186.
中國(guó)科學(xué)院礦物學(xué)與成礦學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 & 科技與規(guī)劃處 供稿
