沁水盆地山西组煤岩的生气热模拟实验研究(3)

　　2.4 煤岩热模拟过程中演化特征及生气模式

　　1） 煤岩热模拟过程中的成熟度演化：镜质组反射率（Ro）作为成熟度的有效指标，论文答辩由于其具有不可逆性，故无论在连续升温实验中，还是在实际的自然演化剖面中，只要达到更高的热演化条件，镜质组反射率Ro就会增大[18]。温度对镜质组反射率Ro的增大起着决定性的作用，热模拟实验分析表明，随着模拟温度的升高，残渣煤岩样品的镜质组反射率Ro逐渐增大（见图5）。实验结果显示，镜质组反射率Ro与模拟温度t之间呈现很好的指数关系：Ro=0.1208e0.0052t。高温有利于有机质分子重排，促进有机质芳核稠化和石墨化，煤岩的成熟度增加越来越快。但是，由于相同温度时热模拟实验条件下的Ro增大往往比自然演化剖面的要快[6]24，为了把热模拟实验结果和自然剖面的热演化特征进行对比，故需要把模拟实验中各温度点残渣煤样的实测镜质组反射率Ro进行校正[19]。

　　t/℃

　　2） 煤岩在热模拟过程中的生气模式：沁水盆地山西组煤岩产气量大，最大烃气产率为226m3/t，甲烷产率超过130 m3/t。总气烃产率随演化程度升高，表现出“两急两缓”的增加模式（见图6）。Ro在0.65%～0.9%正好处于生油高峰期，湿气产率较高，与重烃的热解有关，总烃气产率显著增高；Ro在0.9%～1.6%，甲烷产率迅速增加，而此时湿气产率则在迅速下降，总烃气继续缓慢增加；Ro在1.6%～2.7%，甲烷产率平稳增大，重烃以及湿气产率较低，此时总气产率增加主要为甲烷贡献，总气烃产率在此阶段也缓慢增加；Ro在2.7%～3.4%，甲烷产率继续增加，此时氢气产率也迅速增大，总烃气（包含氢气）产率迅速增大。由此伴随着甲烷和湿气以及氢气随着演化程度的加深，完整地呈现出“两急两缓”的增加模式。其主生气期为热模拟温度450～600 ℃之间，相应的Ro为1.2%～2.7%。

　　1） 沁水盆地山西组煤岩（腐殖煤）有机质成熟度较高（Ro为0.86%），封闭高压釜热模拟实验可以产生大量的气态烃（产率高达226 m3/t），高演化阶段以产甲烷为主，仍是良好的生气源岩。

　　2） 温度影响沁水盆地煤岩有机质热解气组分碳同位素值的变化。 300 ℃以上， 热模拟温度越高， 热解气组分碳同位素值越大。 甲烷、 乙烷和丙烷碳同位素值符合正碳同位素系列规律， 具有δ13C1<δ13C2<δ13C3的特征。

　　3） 沁水盆地山西组煤岩的镜质组反射率Ro与热模拟温度t之间呈现明显的指数关系，其关系式为Ro=0.1208e0.0052t；随着热模拟温度的增加，气态烃产率增大，总气态烃产率表现出“两急两慢”的增加模式，主生气期为热模拟温度450～600 ℃（Ro=1.2%～2.7%）。

　　参考文献：

　　[1] 徐振泰，左顺林.干酪根向油、气演化的热变模拟试验[J].石油学报，1981，2（4）：25-31.

　　[2] 张大江，黄第藩，葛修丽，等.油页岩和低阶煤干酪根热降解产物的组成及其地化意义[J].石油实验地质，1984，6（1）：48-60.

　　[3] 张文正，徐正球.低阶煤热演化生烃的模拟试验研究[J].天然气工业，1986，6（2）：1-8.

　　[4] 杨天宇，王涵云.岩石中有机质高温高压模拟实验[J].石油与天然气地质，1987，8（4）：380-390.

　　[5] 傅家谟，秦匡宗.干酪根地球化学[M].广州：广东科技出版社，1995：473-517.

　　[6] 李贤庆，肖贤明，田辉，等.天然气生成动力学及其应用[M].北京：地质出版社，2011：1-26.

　　[7] 王治朝，米敬奎，李贤庆，等.生烃模拟实验方法现状与存在问题[J].天然气地球科学，2009，20（4）：592-597.