新闻动态李亢等-Fuel: 内生黄铁矿对Ⅱ型干酪根生烃特征的影响及催化机理探究
矿物在石油和天然气生成过程中对油气的产率及其组成具有较大的影响，黄铁矿是烃源岩及煤中的常见矿物，也是沉积有机质和多种固体矿床中普遍存在的一种金属硫化物，超过岩石总体积的5%，其作用不容忽视。但黄铁矿对有机质生烃的催化作用存在不同的观点，至今仍缺乏统一的认识。前人相关研究都是将外加的黄铁矿与干酪根进行简单的物理混合进行模拟，由于额外加入的黄铁矿很难保证与有机质的密切接触，而且还受到加入黄铁矿的量、粒度和孔隙度等多种因素影响，因此难以准确模拟烃源岩内部黄铁矿对有机质生烃的影响。针对上述问题，中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验室博士生李亢在导师卢鸿研究员指导下，选取富含黄铁矿且成熟度低的Alum海相页岩提取的干酪根为研究对象，利用CrCl2溶液有效去除干酪根中的黄铁矿，并将内含黄铁矿和去除黄铁矿的两种干酪根作为反应物，开展黄金管模拟实验对比研究，通过实验产物的产烃量和组成变化及残渣对比研究，探究内生黄铁矿对干酪根的生烃特征的影响及其催化机理。
通过对模拟实验热解残渣的定性及半定量分析发现，黄铁矿在热解过程中伴随着向磁黄铁矿（Fe7S8）发生转变，特别在432~528℃范围内具有最高的转化速率（图1），这必然伴随着新生S的生成。与以往黄铁矿对重烃生成具有促进作用的结论相反，内生黄铁矿显著降低了重烃产率，这可能是因为内生黄铁矿与干酪根的密切键合作用限制了重烃的排出而致。实验室条件下含黄铁矿系列轻烃组分峰值温度前移近50 ℃，表明内生黄铁矿的存在加速了轻烃的生成，这主要是因为黄铁矿分解过程中生成的新生S加速了重烃向轻烃的裂解。含黄铁矿系列湿气组分产率（∑C2-5）显著降低，但H2S产率显著增加，这是由于新生S对干酪根中可用氢源具有较强的夺取能力，从而限制了湿气生成，而促进了H2S生成。
图1 左：含黄铁矿干酪根热解残渣在不同温度点的XRD图谱分析（圆圈：FeS2；三角：Fe7S8）；右：含黄铁矿干酪根中黄铁矿与磁黄铁矿相对含量变化
上述实验揭示了内生黄铁矿对Ⅱ型干酪根产烃影响及催化机理，对于自然条件下富含黄铁矿的海相干酪根生烃模式的研究与评价具有重要的理论意义。研究成果发表在国际期刊Fuel杂志，研究得到了国家重点研发计划“深地资源勘查开采”重点专项（2017YFC0603102）及中国科学院战略性先导科技专项A类（XDA14010102）的资助。
论文信息：Li, Kang; Zhao, Zhongfeng; Lu, Hong; Liu, Xinran; Peng, Ping'an; Hsu, Chang Samuel. Effects of inherent pyrite on hydrocarbon generation by thermal pyrolysis: An example of low maturity type-II kerogen from Alum shale formation, Sweden. FUEL, 2022, 312: 122865. DOI: 10.1016/j.fuel.2021.122865
