Fuel: 黄铁矿对Ⅲ型有机质生烃的影响

　　　　现代社会，原油和天然气已经被应用到几乎所有的人类生产和生活的各个领域，然而“石油是如何形成的？”这个世界性科学难题仍然存在很多未解之谜。其中，多种无机元素和/或矿物对沉积有机质转化形成烃类化合物的催化作用就有很多疑问需要解答。近年来，中心青年科技工作者提出和开展了常见催化性矿物和铁、锰、铬、铀等金属元素及其组合对石油烃形成的催化作用研究，研究结果显示出令人振奋的前景。 

　　黄铁矿是烃源岩中常见的重要矿物，特别是在黑色页岩和煤层中的含量特别显著，然而这些含铁矿物在油气的生成过程具有何种作用及其作用机理尚不清楚。我中心马向贤博士等通过对准噶尔盆地东部侏罗系低成熟煤样的干酪根进行了生烃加热模拟实验分析，初步揭示了黄铁矿对有机质生烃的影响过程及其可能的反应机理。 

　　模拟实验结果显示，黄铁矿不仅可以促进气态烃和液态烃生成率的增加，并且使得液态烃的生烃高峰从350℃提前到300℃左右(图1)。模拟产物的碳同位素数据显示，在加热生烃过程中黄铁矿对碳同位素分馏的影响并不明显，同样遵循正序分布规律，但在低温（250℃）阶段，热催化天然气碳同位素出现变轻的趋势。穆斯堡尔谱分析结果显示，黄铁矿从300℃开始逐渐向磁黄铁矿转化（图2），产出气体组分中也含有H₂S气体，由此推断，黄铁矿在Ⅲ型有机质生烃过程中作为一种诱导剂，通过诱导自由基的形成而促进烃类物质的生成，其总体化学反应可用如下方程式表示。 

FeS₂ → Fe_1-xS+S (0<x<1) 

S+RH → HS·+R· 

HS·+RH → H₂S+R· (R-kerogen)   

图1 黄铁矿对Ⅲ有机质生烃影响的热模拟实验结果(OS-原样，PS-原样+黄铁矿)
图2 黄铁矿在加热模拟实验中的变化过程穆斯堡尔谱图

　　  本项研究成果近期发表在Fuel：2016, 147: 329-336 

　　  相关链接：Influence of pyrite on hydrocarbon generation during pyrolysis of type-III kerogen