新聞動態(tài)廣州地化所在粘土礦物對有機質熱解生烴的影響和機理研究上取得新認識
自從二十世紀上半葉R. E. Grim等人發(fā)現(xiàn)粘土礦物對生烴母質向油氣轉化具有催化作用以來，粘土礦物在油氣生成中所起的作用及機理吸引了大量的研究關注。近幾十年來，相關研究在生烴作用與烴源巖粘土礦物組成的關系、粘土礦物對生烴母質催化熱解機制等方面取得了大量成果。與此同時，由于油氣生成體系的高度復雜性，地學界在粘土礦物影響生烴作用這一問題上也產(chǎn)生了諸多爭議（例如地層條件下粘土礦物催化反應及其發(fā)生條件問題）。眾多研究者指出，關于粘土礦物如何影響有機質的熱解，還存在許多亟待深入研究的機理問題。尤其是，生烴環(huán)境中粘土礦物與有機質間存在復雜的界面復合作用，關于粘土礦物-有機質復合體中礦物結構、表界面反應性的變化如何影響有機質的熱解，尚缺乏相關的研究工作。
廣州地球化學研究所中科院礦物學與成礦學重點實驗室袁鵬研究員的研究組，以生烴過程中常見的“蒙皂石—伊利石”礦物轉化序列之端元礦物（蒙脫石和伊利石）和過渡礦物（不同混層比的伊利石/蒙脫石混層礦物）為模型礦物，研究它們和有機質復合體系中界面復合方式、礦物微結構以及有機質特性對有機質熱解的影響，以期為更深入地認識“粘土礦物在油氣形成中的作用”這一重要而高度復雜的科學問題提供一定理論依據(jù)。在蒙脫石-有機質復合體的相關研究中，該組采用多類型具有不同特征官能團和不同鏈長的有機質，與蒙脫石以不同方式復合形成礦物-有機質復合體，運用礦物結構分析、礦物譜學以及模擬生烴實驗等研究手段，通過分析高溫-壓熱解反應產(chǎn)物組成和蒙脫石的結構變化，探討了礦物固體酸性和層間域微結構等礦物性質因素以及粘土礦物-有機質復合方式等界面反應條件因素影響有機質熱解的微觀機理。研究取得了如下新認識：
提出蒙脫石的固體酸活性位在微結構中的賦存位置及其類型是影響蒙脫石-有機質復合體中有機質熱解的主要因素。區(qū)分了蒙脫石結構中不同類型固體酸位在脫羧、裂解和異構化等熱解反應中的不同角色及其微觀機理。
該工作發(fā)現(xiàn)，蒙脫石對有機質的熱解不僅具有前人已廣泛發(fā)現(xiàn)的熱解促進作用，對一些有機質還存在熱解抑制作用。熱解促進或熱解抑制取決于有機質特征基團類型和粘土礦物的固體酸性和微結構特性，其主要通過反應路徑的改變而發(fā)生。蒙脫石等膨脹性粘土礦物的層間反應區(qū)域對上述熱解促進或熱解抑制作用具有增強效應，其本質原因在于層間域存在高酸性強度的固體酸位。
圖1. 蒙脫石結構中固體酸位的類型和來源
圖2. 不同類型蒙脫石-有機質復合體中有機質的熱解產(chǎn)物組成
該成果已在線發(fā)表于Geochimica et Cosmochimica Acta。該研究受到國家自然科學基金、國家重點基礎研究發(fā)展計劃子課題和中科院創(chuàng)新國際團隊等項目的資助。
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.
中國科學院礦物學與成礦學重點實驗室 & 科技與規(guī)劃處 供稿
