| 题名 | 对第三类生烃母质——有机酸盐的研究 |
| 作者 | 雷天柱 |
| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 2007-06 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 导师 | 夏燕青 |
| 关键词 | 有机酸盐 模拟实验 酮 一氧化碳 生烃动力学 生烃母质 |
| 学位专业 | 地球化学 |
| 中文摘要 | 碳酸盐岩在我国大面积分布，但高演化、低有机质丰度的特征一直困扰着烃源岩的评价。而近年来与碳酸盐岩有关大气田的相继发现，使开展高效天然气藏形成与分布的研究显得很有必要，而其中有效烃源岩的判识更是重要研究任务之一。因而，我们开展了碳酸盐岩生烃研究。然而在烃源岩生烃模拟实验中却发现生烃异常，分析认为是有机酸盐所致。之后又进行了方解石存在下脂肪酸生烃实验，发现二者反应非常容易，证实了地质体中有机酸盐存在的可能性。尔后对有机酸盐的物理化学特性、存在证据、生烃特征等进行了系统研究，得出了以下主要认识： 1. 有机酸盐的溶解性研究。结果表明，短链脂肪酸盐易溶于水，长链脂肪酸盐及环烷酸盐难溶于水；脂肪酸盐难溶于有机溶剂，但环烷酸盐易溶于有机溶剂；在族组分分离时，环烷酸盐一部分进入芳烃馏分，大部分进入非烃馏分；而长链脂肪酸盐由于难溶，在目前的有机地球化学处理过程中，它们主要和干酪根混在一起，少量的进入沥青质组分中。 2. 有机酸盐的分解温度研究。结果表明，同一种阳离子的不同羧酸盐有着几乎相同的分解温度与分解步骤，不同阳离子的羧酸盐分解温度差异非常明显，如脂肪酸钙的分解温度比脂肪酸镁高约100℃。 3. 地质样品中有机酸盐存在的证据。1）用不同极性有机溶剂进行了样品抽提，结果在用甲醇溶剂超常时间的抽提过程中，发现在瓶壁上有析出物，能谱分析揭示出其中含有C、H、O和Ca等元素，酸解后质谱鉴定其分解物主要为有机酸，因此判断是有机酸盐；2）软脂酸镁和硬脂酸镁的混合物热解模拟产物中发现了大量的C31-酮-16、C33-酮-16和C35-酮-18，而瓶壁上析出物的热模拟产物中也同样发现了C31-酮-16、C33-酮-16和C35-酮-18，这进一步证实了该析出物中存在有机酸盐；3）对许多抽提岩样的沥青质做灰分分析实验，发现灰分中有Ca、Mg等元素，而把沥青质酸解后，再次沉淀的沥青质灰分中无残留物或很少，而对正己烷的萃取物质谱分析发现大量的脂肪酸，这证明原沥青质中存在有机酸盐；4）用去离子水浸泡样品，水液中可以获得甲酸盐、乙酸盐等；5）对岩样酸解，发现其水液中存在有机酸，这部分有机酸也可能是有机酸盐转化而来的；6）用离子交换法，在烃源岩中可以获取一元（饱和、不饱和）羧酸、二元羧酸、3- 羰基羧酸和芳香酸四大系列有机酸盐，它们既有Ca、Mg型的也有Fe、Al型的。 4. 有机酸盐的生烃研究。有机酸盐热解可以形成液态烃和气态烃，这与其它生烃母质有相似之处。但我们在实验中发现有机酸盐热演化时有特殊性，演化过程中会形成大量的CO以及液态产物中有高含量的酮。探讨了CO的形成机理及同位素特征，研究了酮的形成机理及地质样品中大量酮-2的来源和意义。认为由于金属阳离子的存在，有机酸盐热解时不仅发生脱羧作用，而且发生酰氧键断裂形成羰基自由基，羰基自由基的再断裂就会形成一氧化碳，而烃源岩中大量活泼的甲基自由基很容易和这些羰基自由基结合，形成大量酮-2。因此，CO和酮-2可以作为评价有机酸盐生烃贡献的指标。 5. 有机酸盐的生烃动力学研究。结果表明，相同阳离子的不同羧酸盐活化能和频率因子分布特征相似，拥有相同的均值，不同之处在于短链的比长链的羧酸盐振荡幅度宽；不同阳离子的同种羧酸盐，活化能和频率因子分布却相差很大。生烃动力学反演表明，尕斯库勒地区作为主力烃源岩的下干柴沟组（E32）钙质泥岩中含有的有机酸盐正处于生烃初期阶段，因而它的有利生烃区带位于较高演化、埋藏较深的层段。 6. 在对柴达木盆地西部烃源岩进行热模拟和生烃动力学研究时，都出现了生烃异常，这主要源于有机酸盐的存在，其生烃过程可概括为：“有机母质→有机酸盐→ 烃类”和“有机母质→烃类”两条途径。 7. 烃源岩中主要存在的有机酸盐是钙盐，由于热稳定性较高，在液态烃大量生成阶段它们很少分解，但在高、过成熟阶段可以和其他有机质一样裂解生成轻质油和气态烃。因而在它们大量存在的情况下，烃源岩会呈现出低液态烃高气态烃产率特征。 作为继干酪根、可溶有机质之后可能的第三类直接生烃母质，有机酸盐生烃理论有望将生烃理论进一步完善为“母质三元论”。有机酸盐的低温稳定、高温裂解成气特性，对我国高演化古老碳酸盐岩区的天然气生成与保存极为有利，近年来，在古生界海相碳酸盐岩地层中相继发现了多个大气田，就是很好的例证。 |
| 公开日期 | 2013-01-10 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lig.ac.cn/handle/132962/1975]  |
| 专题 | 兰州油气资源研究中心_研究生论文_学位论文 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 雷天柱. 对第三类生烃母质——有机酸盐的研究[D]. 中国科学院研究生院. 2007. |
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