干酪根分子结构对多尺度解析油气生成关键机制研究获新进展
发表日期:2025-06-20来源：油气资源研究中心
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干酪根作为烃源岩中有机质的主要组成部分，是油气生成的母质，其复杂的分子结构直接影响油气的生成效率和性质。干酪根分子结构的复杂异质性及其与生烃反应活性之间的关系，是油气地球化学研究中的核心科学问题之一。明确干酪根分子结构，能够为页岩油的高效开发提供理论支撑和技术保障。
中国科学院西北生态环境资源研究院油气资源研究中心研究团队联合西安工程大学、西安交通大学科研团队，以新疆准噶尔盆地二叠系芦草沟组干酪根为研究对象，系统阐明了芦草沟组干酪根并非均质大分子，而是由多种结构单元组成，包括长链脂肪族碳、支链和饱和环结构，以及多种芳香族环和杂原子官能团。这种复杂的分子异质性不仅深刻影响热裂解过程中的反应路径，还决定了生成油气的产率和化学性质。
研究团队采用多种先进实验技术，结合分子动力学模拟和量子化学计算，全面揭示了芦草沟组干酪根内部不同结构单元的分布特征及其对油气生成的调控作用。分析显示，干酪根中的脂肪族碳主要以长链线性亚甲基为主，部分区域富含高度支链和饱和环结构，芳香族碳则表现出不同程度的取代和聚合。氧、氮、硫等杂原子以多种化学态存在，尤其芳香族杂环结构对电子分布和化学反应活性影响显著。这些微观结构差异使干酪根在热裂解时表现出不同的反应倾向和产物特征，进而影响油气的组成和物理性质。
模拟结果表明，长链脂肪族结构赋予干酪根较强柔韧性，促进芳香单元的非共面排列，有利于热裂解反应的进行。而富含支链和饱和环的区域则通过π-π堆积增强分子间作用力，提高整体热稳定性和结构致密性。这种多尺度的分子结构差异有效解释了不同干酪根生成油气在黏度、密度及组分上的显著差异，揭示了干酪根分子结构对油气生成性能的决定性作用。
该研究系统揭示了二叠系芦草沟组干酪根复杂的分子结构及其对油气生成的深刻影响，深化了对陆相烃源岩成烃机理的理解，揭示了分子结构与电子性质之间的内在联系，为热解反应机理提供了微观电子学基础，推动了页岩油生成理论的创新。该研究成果为优化页岩油热解转化工艺、提升油气产率及改善油品质量提供了理论支撑，有助于推动我国非常规油气资源的绿色高效开发。
研究成果以Multiscale Elucidation of kerogen heterogeneity in Lucaogou Formation based on experiment and simulation: Structural Determinants of reactivity and stability for shale oil conversion为题发表于国际权威期刊Fuel上。西北研究院李友杰博士研究生为论文第一作者，陶辉飞研究员和李中平研究员为论文通讯作者。本研究得到中国科学院基础研究领域青年团队稳定支持项目、国家自然科学基金和甘肃省科技计划项目的资助。
论文链接： https://doi.org/10.1016/j.fuel.2025.135898
芦草沟页岩干酪根模型的3D分子构象
芦草沟页岩干酪根的固态核磁共振谱图及其拟合曲线
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