矿物中氦的扩散过程及控制因素研究进展

研究氦在矿物中的初次运移过程是认识氦气成藏机制的基础。研究对氦的产生、扩散和释放过程及主要控制因素进行了系统综述。放射性元素U和Th发生α衰变后,产生的氦在晶格中可发生间隙迁移、与缺陷位复合,并通过自捕陷、迁移合并或热融合方式形成氦泡并长大,氦泡贯通后促进氦释放。氦也可通过α衰变形成的裂变径迹释放。氦源岩组成与晶体结构不同时,矿物对氦的封存能力存在显著差异;高温有利于氦的扩散与氦泡的长大,促进氦的释放;压裂及矿物转化过程也可引起氦的迅速释放。阐明氦初次运移的微观过程与主控因素,可为系统认识氦气的来源、运移聚集等成藏过程,以及氦气成藏理论的建立提供重要的理论基础。     

黏土矿物对油气生成的催化作用:研究进展与方向

黏土矿物是烃源岩的主要组成部分,但其对油气形成所产生的影响和作用还存在很多争议。大多数研究认为:在开放含水体系中,黏土矿物没有催化作用甚至对生烃有抑制作用;在封闭体系中,黏土矿物对烃类物质的生成具有催化作用。关于黏土矿物的催化作用,一种观点认为黏土矿物的催化大大提高了烃类物质的产率,且增加了生成物中烃的种类;另一种观点认为,黏土矿物的催化只改变产物的组成,而不改变烃类物质的产率。黏土矿物的催化机制主要有正碳离子机制和自由基机制,在地质过程中两者中哪一个起主导作用,尚无统一的认识。目前的研究主要集中在以正碳离子机制支持的催化裂化,缺乏对自由基机理的研究,特别是地质过程中自由基发挥的作用。通过对前人在该领域研究成果的分析,寻求造成研究结果迥异的原因,阐述黏土矿物催化研究的新认识,提出多种地质催化剂协同催化的研究思路。     

黏土矿物甲烷吸附性能与微孔隙体积关系

为了揭示黏土矿物在含气页岩储层中所扮演的角色,选择以不同黏土矿物为主的黏土岩进行了孔隙—表面积测量和甲烷等温吸附实验。测量显示,黏土矿物以3~100nm微孔隙为主,并出现3~6nm和20~70nm 2个主要分布区。其中,蒙脱石黏土以小孔占优势,伊/蒙混层黏土以小孔和中—大孔同时发育为特征,高岭石、绿泥石和伊利石黏土均以中—大孔为主。蒙脱石、伊/蒙混层和高岭石黏土为孔隙发育类型,总孔隙体积和表面积分别达到0.04mL/g和11.47m2/g以上。不同类型黏土岩的甲烷吸附能力有较大差异,利用朗格缪尔方程拟合计算的蒙脱石黏土、伊/蒙混层、高岭石黏土、绿泥石黏土、伊利石黏土、粉砂岩及石英岩小于270目试样的最大甲烷吸附容量分别为8.12mL/g、3.66mL/g、2.70mL/g、2.28mL/g、1.72mL/g、0.97mL/g和0.70mL/g。黏土岩的表面积不仅取决于总孔隙体积和孔隙率,而且与孔隙尺寸的分布关系更为密切。黏土岩中小于100nm微孔隙体积与甲烷最大吸附量显示良好的线性关系,因此,页岩微孔隙体积的大小反映其天然气的吸附能力,而气体吸附能力的大小受其内孔隙,特别是小于20nm微孔隙发育程度的控制。不同黏土矿物由于形态结构、孔隙大小和孔隙率的不同,导致其气体吸附性上的差异,而这种差异不仅与黏土的类型有关,而且受岩石成因和成岩作用的影响。     

含铁矿物对褐煤生烃演化的催化作用

作为煤系烃源岩中重要的无机组分,含铁矿物对有机-无机相互作用和油气生成具有重要意义。对褐煤样品添加不同含铁矿物的加热模拟实验结果显示,菱铁矿对气态烃和液态烃（氯仿沥青“A”）均有催化作用,其中甲烷、气态C+4、液态饱和烃和非烃产率增加较显著。与菱铁矿一样,赤铁矿也能促进气态烃产率的增加,但却使褐煤液态烃的生成高峰推迟（350℃推迟至375℃）,且在450℃及其之后对液态烃的生成表现为抑制作用。应用穆斯堡尔谱对实验前后样品中铁元素化学种检测发现,从375℃开始,赤铁矿在褐煤生烃的过程中被还原为磁铁矿（Fe3O4）。菱铁矿在450℃的加热模拟实验后变成磁铁矿（Fe3O4）。其本质说明含铁矿物在中低温阶段对褐煤生烃具有吸附-催化作用,而在中高温阶段与有机质发生复杂的有机-无机反应。