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黃金管生烴模擬實(shí)驗(yàn)

黃金管生烴模擬是封閉體系油氣生成模擬、生烴動力學(xué)、碳同位素動力學(xué)研究中最常用的實(shí)驗(yàn)體系。利用黃金的化學(xué)反應(yīng)惰性與可塑性,將封閉的黃金管作為樣品進(jìn)行熱裂解反應(yīng)生成烴類物質(zhì)的容器。根據(jù)反應(yīng)溫度設(shè)置,樣品封裝若干個(gè)黃金管,每個(gè)黃金管放在一個(gè)高壓釜中,所有高壓釜放在同一個(gè)加熱爐中升溫,在設(shè)定溫度依次逐個(gè)取出高壓釜終止生烴反應(yīng)。黃金管中生成的烴類物質(zhì)釋放在封閉真空腔,先進(jìn)行氣體組分組成和同位素組成分析,再液氮富集液態(tài)組分進(jìn)行定量。

生烴產(chǎn)物分析完成之后,建立如圖詳細(xì)的有機(jī)質(zhì)生烴反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)。每一個(gè)組分既有生成,又有裂解,且每一個(gè)反應(yīng)對應(yīng)一套生烴動力學(xué)參數(shù)(活化能分布與指前因子),每一個(gè)反應(yīng)遵循質(zhì)量守恒定律(化學(xué)計(jì)算系數(shù))。
總體反應(yīng)網(wǎng)絡(luò)是非常復(fù)雜的,包含了許多獨(dú)立反應(yīng)和上百個(gè)反應(yīng)參數(shù),采用逐步優(yōu)化方案進(jìn)行擬合產(chǎn)物生成數(shù)據(jù),逐漸減少需要優(yōu)化的參數(shù),直到滿足擬合條件,確定所有反應(yīng)參數(shù)。

碳同位素動力學(xué)參數(shù)計(jì)算參考Tang et al. (GCA, 2000)提出的動力學(xué)模型,甲烷、乙烷和丙烷的同位素參數(shù)擬合采用以下同位素分餾動力學(xué)模型:

     
生烴動力學(xué)計(jì)算確定甲烷、乙烷和丙烷的動力學(xué)參數(shù)之后,建立同位素分餾參數(shù)ΔE與活化能之前的關(guān)系,ΔE采用Sigmoid模型:

     
其中βL和βH是ΔE的最小值與最大值,f(E)服從高斯分布:

       
同位素參數(shù)的最優(yōu)解通過迭代擬合產(chǎn)物同位素值來確定,而這個(gè)計(jì)算過程與產(chǎn)物生成動力學(xué)參數(shù)擬合過程是同時(shí)進(jìn)行的。
黃金管生烴模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的實(shí)際應(yīng)用需要考慮地層埋藏史、熱史,巖石性質(zhì)和干酪根性質(zhì),結(jié)合生烴動力學(xué)參數(shù)和碳同位素動力學(xué)參數(shù)(來自實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的擬合計(jì)算),采用ISOBOX?軟件模擬地質(zhì)過程中有機(jī)質(zhì)生烴行為、烷烴氣碳同位素分餾效應(yīng),結(jié)合地質(zhì)樣品的油氣組成和碳同位素組成特征,進(jìn)一步研究地質(zhì)條件下有機(jī)質(zhì)生烴演化過程、油氣排烴運(yùn)移過程,為油氣勘探和開發(fā)提供重要的成因解釋和油氣資源預(yù)測。


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