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          黃金管生烴模擬實驗

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

          生烴產物分析完成之后,建立如圖詳細的有機質生烴反應網絡。每一個組分既有生成,又有裂解,且每一個反應對應一套生烴動力學參數(活化能分布與指前因子),每一個反應遵循質量守恒定律(化學計算系數)。
          總體反應網絡是非常復雜的,包含了許多獨立反應和上百個反應參數,采用逐步優化方案進行擬合產物生成數據,逐漸減少需要優化的參數,直到滿足擬合條件,確定所有反應參數。

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

               
          生烴動力學計算確定甲烷、乙烷和丙烷的動力學參數之后,建立同位素分餾參數ΔE與活化能之前的關系,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:

                 
          同位素參數的最優解通過迭代擬合產物同位素值來確定,而這個計算過程與產物生成動力學參數擬合過程是同時進行的。
          黃金管生烴模擬實驗結果的實際應用需要考慮地層埋藏史、熱史,巖石性質和干酪根性質,結合生烴動力學參數和碳同位素動力學參數(來自實驗數據的擬合計算),采用ISOBOX?軟件模擬地質過程中有機質生烴行為、烷烴氣碳同位素分餾效應,結合地質樣品的油氣組成和碳同位素組成特征,進一步研究地質條件下有機質生烴演化過程、油氣排烴運移過程,為油氣勘探和開發提供重要的成因解釋和油氣資源預測。


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