干酪根在地質(zhì)溫壓條件下發(fā)生裂解生成烴類化合物，并通過排烴及之后的運(yùn)聚形成油氣藏。在排烴過程中，干酪根與烴類化合物分子間有著較強(qiáng)的相互作用，導(dǎo)致部分化合物在烴源巖中富集，直接影響排烴效率及油氣性質(zhì)。同時，隨著熱演化程度的增加，干酪根對烴類分子的束縛能力也會出現(xiàn)變化。開展不同成熟度條件下干酪根與烴類間相互作用研究對烴源巖排烴、油氣資源評價意義重大。
已有研究多采用溶脹法評估干酪根對不同烴類化合物的吸附能力，該方法對具體化合物滯留能力的研究效果較好，但其實驗的復(fù)雜性是的開展系列化合物研究的難度和成本均較大，且易受化合物特殊性質(zhì)及實驗誤差影響，也難以準(zhǔn)確揭示不同烴類與干酪根相互作用的內(nèi)在機(jī)理。為此，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士后梁天在鄒艷榮研究員和彭平安院士的指導(dǎo)下，首次通過分子模擬及分子對接技術(shù)研究了干酪根對飽和烴吸附能力隨熱成熟度的演化特征，并探究了其內(nèi)在作用機(jī)理。
研究團(tuán)隊選用生油能力最強(qiáng)的蘆草溝組Ⅰ型干酪根為研究對象，通過黃金管熱模擬技術(shù)開展生烴實驗，制備出不同成熟度的干酪根樣品。再通過元素分析及固體核磁共振檢測，建立三維分子模型（圖1）并計算出不同成熟度干酪根分子與鏈烷烴分子間的吉布斯自由能分布，以此為基礎(chǔ)評估分子間作用力。
圖1 下馬嶺干酪根三維分子模型
研究發(fā)現(xiàn)，正構(gòu)烷烴化合物隨著分子量的增加與干酪根分子間相互作用力分為三個主要階段：C2-C13階段內(nèi)隨著分子量的增加，正構(gòu)烷烴與干酪根分子結(jié)合力逐漸增加；C14-C20階段內(nèi)分子間相互結(jié)合最為緊密；C21-C30階段內(nèi)，隨著正構(gòu)烷烴分子量的增加，結(jié)合能力在波動逐漸減弱。這說明，正構(gòu)烷烴中C14-C20化合物更傾向于在干酪根中發(fā)生富集，難以發(fā)生排烴作用（圖2）。
圖2 不同成熟度干酪根與正構(gòu)烷烴分子對接結(jié)果
除分子量外，甲基的相對含量也是影響分子間作用力的關(guān)鍵因素。圖1顯示出成熟度0.75（Easy%Ro）的干酪根殘渣與正構(gòu)烷烴分子間吉布斯自由能最低，圖3所示的甲基相對含量分布也印證這一觀點。
圖3 干酪根甲基相對含量隨成熟度變化情況
為進(jìn)一步確定甲基相對含量對分子間相互作用力的影響，選擇了6個C16異構(gòu)體作為配體開展分子對接研究，結(jié)果表明干酪根與烷烴分子間作用力與烷烴分子甲基數(shù)量呈正比（圖4）。
圖4 干酪根與異構(gòu)C16分子對接結(jié)果
（圖中Type1，3，5，7異構(gòu)分子甲基數(shù)量分別為3，5，7，9；Type8，9甲基含量均為4）
上述結(jié)果表明，干酪根與鏈烷烴發(fā)生相互作用的過程中，分子量及甲基的相對含量是影響分子間作用力的重要因素，這導(dǎo)致在排烴過程中異構(gòu)C14-C20化合物傾向于在干酪根中發(fā)生富集作用，而其他的鏈烷烴則更容易從烴源巖中排出形成油氣藏。
研究成果近期發(fā)表在期刊《Chemical Geology》。本研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項A類（XDA14010102）的資助。
論文信息：
Tian Liang(梁天), Zhao-Wen Zhan(詹兆文), Yan-Rong Zou(鄒艷榮), Xiao-Hui Lin(林曉慧), Yun Shan(單云), Ping’an Peng(彭平安). 2023. Research on type I kerogen molecular simulation and docking between kerogen and saturated hydrocarbon molecule during oil generation. Chemical Geology 617 121263. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2022.121263
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