新聞動(dòng)態(tài)程斌、廖澤文等-ESR：頁巖中氣態(tài)烴裂解機(jī)理、影響及資源意義
?烴源巖生烴的核心是有機(jī)大分子向小分子烴類的轉(zhuǎn)化，包含了由干酪根→液態(tài)烴→濕氣→干氣的有機(jī)質(zhì)連續(xù)生烴與轉(zhuǎn)換等一系列過程。頁巖氣中烴類主要由C1?C5氣態(tài)烴組成，其在頁巖中發(fā)生的熱解反應(yīng)對頁巖氣藏的地質(zhì)地球化學(xué)特征產(chǎn)生重要影響，包括氣態(tài)烴組成及其碳/氫同位素分餾、H2的生成、儲層超壓的形成、礦物溶蝕與脆性礦物的生成、儲集性能與賦存空間的改造，以及頁巖氣資源甜點(diǎn)區(qū)的形成與判識等。
?最近，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所廖澤文研究員、程斌副研究員及其團(tuán)隊(duì)成員在結(jié)合全球主要頁巖氣藏地質(zhì)地球化學(xué)特征的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)總結(jié)了頁巖中氣態(tài)烴的裂解過程及其對高-過成熟頁巖氣藏的改造，闡述了頁巖中氣態(tài)烴裂解機(jī)理、影響及資源意義，主要取得如下成果認(rèn)識：
?（1）頁巖氣藏中C5H12、C4H10、C3H8、C2H6和CH4的初始裂解的成熟度（Ro值）分別約為1.1%、1.1%、1.3%、1.5%和2.0%，主裂解階段分別對應(yīng)的成熟度（Ro值）區(qū)間約為1.7–2.4%、1.7–2.8%、1.8–3.2%、1.8–3.6%和3.0–4.0% （圖1）；
?（2）頁巖中氣態(tài)烴裂解向更多氣體小分子（如CH4）轉(zhuǎn)化，導(dǎo)致高-過成熟階段頁巖氣藏干燥系數(shù)和儲層壓力的升高，這也是高-過成熟頁巖氣藏超壓形成的重要原因之一（圖2a）；
?（3）頁巖氣中CH4裂解的開始標(biāo)志著頁巖生氣潛力基本耗竭，其早期裂解階段因受限速步驟（C?H鍵斷裂）限制而普遍具有極低的裂解量，在封閉性良好的儲集空間中易形成頁巖氣資源甜點(diǎn)區(qū)，其倒轉(zhuǎn)程度常與產(chǎn)氣量呈正相關(guān)關(guān)系（圖2b），因此，頁巖氣碳同位素倒轉(zhuǎn)一般是頁巖氣資源甜點(diǎn)的重要標(biāo)志；
?（4）頁巖中氣態(tài)烴（尤其是CH4）的無水/有水裂解都會產(chǎn)生一定量H2，是高-過成熟頁巖氣藏中伴生的有機(jī)成因H2的重要來源；
?（5）隨著熱成熟度的增大，頁巖氣藏中CH4逐漸富集重的穩(wěn)定同位素（13C和2H）、到高-過成熟階段后趨于穩(wěn)定，而C2H6（或C3H8）則呈現(xiàn)富集→虧損→再富集重同位素的演化趨勢（高演化階段甲烷、乙烷氫同位素演化趨勢如圖2c所示）；
圖1?在金管封閉系統(tǒng)中干酪根熱解過程中 C1?C5氣態(tài)烴產(chǎn)率的變化
????（6）濕氣裂解導(dǎo)致頁巖氣中相應(yīng)的烴類氣體穩(wěn)定碳同位素翻轉(zhuǎn)，而CH4裂解可引發(fā)頁巖氣碳（圖2d）、氫同位素的倒轉(zhuǎn)。但烴類氣體的氫同位素還會受到無機(jī)氫源（如水）的影響，導(dǎo)致頁巖氣中烴類氣體氫同位素分布特征復(fù)雜化，這可能是高-過成熟頁巖氣藏中碳、氫同位素倒轉(zhuǎn)常表現(xiàn)出不同步性的主要原因；
圖2 （a）乙烷裂解過程中增加的氣體摩爾數(shù)量百分比；（b）頁巖氣產(chǎn)氣量與碳同位素倒轉(zhuǎn)（Δδ13CCH4-C2H6）程度的關(guān)系；（c）四川盆地頁巖氣甲烷、乙烷氫同位素的演化特征；（d）頁巖氣碳同位素倒轉(zhuǎn)成因演化模式圖
?（7）氣態(tài)烴的含水熱解反應(yīng)產(chǎn)生的甲酸、乙酸等有機(jī)酸會溶蝕頁巖中碳酸鹽和長石礦物（圖3），從而提高了頁巖儲層的孔隙度和滲透率。長石溶蝕過程中伴隨硅質(zhì)沉淀，促進(jìn)脆性石英礦物形成，有利于頁巖儲層壓裂改造。但是，硅質(zhì)沉淀也可能堵塞孔喉，降低儲層滲透率，不利于頁巖氣的開采。
圖3 掃描電鏡（SEM）記錄實(shí)驗(yàn)?zāi)M乙酸溶蝕長石（a-c）和白云巖（d-f）的溶蝕過程。（a）溶蝕前長石形態(tài)；（b）長石顯被乙酸后局部形成溶蝕坑；（c）長石被嚴(yán)重溶蝕后形成大量溶蝕孔洞；（d）溶蝕前白云石形態(tài)；（e）白云石在75℃條件下被乙酸溶蝕形成的溶蝕坑；（f）白云石在200℃時(shí)條件下被乙酸溶蝕后形成的蜂窩狀孔隙。
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?該研究系統(tǒng)總結(jié)了頁巖中氣態(tài)烴裂解時(shí)機(jī)及其對頁巖氣藏地質(zhì)地球化學(xué)特征的改造作用，深化了對頁巖氣藏形成演化過程及其伴隨的地質(zhì)地球化學(xué)異常的理解，對頁巖氣資源勘探與開發(fā)具有重要意義。
?該成果發(fā)表在地球科學(xué)領(lǐng)域知名綜合性期刊《Earth-Science Reviews》上，研究得到了 “多圈層作用油氣富集理論（THEMSIE04010104）”的資助。
?論文信息：Bin Cheng (程斌), Shida Li (李詩達(dá))., Jianbing Xu (徐建兵), Zewen Liao* (廖澤文), 2025. Gaseous hydrocarbons cracking in shale: Mechanism, impact and resource significance. Earth-Science Reviews, 270, 105211. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2025.105211.
