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黄金管生烃模拟实验

黄金管生烃模拟是封闭体系油气生成模拟、生烃动力学、碳同位素动力学研究中最常用的实验体系。利用黄金的化学反应惰性与可塑性,将封闭的黄金管作为样品进行热裂解反应生成烃类物质的容器。根据反应温度设置,样品封装若干个黄金管,每个黄金管放在一个高压釜中,所有高压釜放在同一个加热炉中升温,在设定温度依次逐个取出高压釜终止生烃反应。黄金管中生成的烃类物质释放在封闭真空腔,先进行气体组分组成和同位素组成分析,再液氮富集液态组分进行定量。

生烃产物分析完成之后,建立如图详细的有机质生烃反应网络。每一个组分既有生成,又有裂解,且每一个反应对应一套生烃动力学参数(活化能分布与指前因子),每一个反应遵循质量守恒定律(化学计算系数)。
总体反应网络是非常复杂的,包含了许多独立反应和上百个反应参数,采用逐步优化方案进行拟合产物生成数据,逐渐减少需要优化的参数,直到满足拟合条件,确定所有反应参数。

碳同位素动力学参数计算参考Tang et al. (GCA, 2000)提出的动力学模型,甲烷、乙烷和丙烷的同位素参数拟合采用以下同位素分馏动力学模型:

     
生烃动力学计算确定甲烷、乙烷和丙烷的动力学参数之后,建立同位素分馏参数ΔE与活化能之前的关系,ΔE采用Sigmoid模型:

     
其中βL和βH是ΔE的最小值与最大值,f(E)服从高斯分布:

       
同位素参数的最优解通过迭代拟合产物同位素值来确定,而这个计算过程与产物生成动力学参数拟合过程是同时进行的。
黄金管生烃模拟实验结果的实际应用需要考虑地层埋藏史、热史,岩石性质和干酪根性质,结合生烃动力学参数和碳同位素动力学参数(来自实验数据的拟合计算),采用ISOBOX®软件模拟地质过程中有机质生烃行为、烷烃气碳同位素分馏效应,结合地质样品的油气组成和碳同位素组成特征,进一步研究地质条件下有机质生烃演化过程、油气排烃运移过程,为油气勘探和开发提供重要的成因解释和油气资源预测。


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