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高过成熟页岩有机质生氢机理及地质意义

高过成熟页岩有机质生氢机理及地质意义

含油气盆地发育高含量氢气形成的地质条件，如何获取天然氢气资源备受关注。高过成熟页岩有机质具有氢气生成潜力，是天然氢气来源的一种重要类型，但成因机理研究薄弱。本次研究重点解剖松辽盆地高含量氢气赋存地区的富有机质页岩，结合不同参数设置的生氢模拟实验，对比评价高热演化条件下页岩有机质生成氢气的变化规律，获取氢气生成的重要界限参数。实验结果表明，松辽盆地深层页岩有机质热解产物主要为水、一氧化碳、二氧化碳、甲烷和氢气，几乎没有C_2-6烃类其它产出，总体上一氧化碳产量最大，二氧化碳和水次之，氢气产量略大于甲烷。不同页岩甲烷瞬时产率特征相对统一，水、一氧化碳、二氧化碳次之，氢气最为复杂。甲烷均只有一个产率高峰，发生在400℃~800℃。氢气产率高峰多为在600 ℃~800℃之间，部分样品存在两个甚至三个产率高峰。综合对比认为，相较于甲烷，氢气的生成温度区间相对较广，生成模式相对复杂，大量产出的温度节点相对滞后，需要更高的反应温度，且热解温度大于1100℃时仍大量产出。生氢始温与有机质成熟度正相关，估算松辽盆地深层页岩在高过成熟阶段每克有机质可以产出约30.07mg的氢气，具有较好的生氢潜力。深层页岩有机质热解生氢过程相对复杂，依据瞬时产率变化规律可以划分为四种模式。页岩矿物组分和有机质特征均对页岩有机质产氢存在影响。矿物组分中黏土矿物和石英对有机质热解产氢存在较为明显的影响，黏土矿物的存在可以促进氢气的生成，石英一定程度上会抑制氢气的生成。有机质成熟度的升高会降低氢气累计产量，且在Tmax＞618℃、Ro＞3.0%时单位质量有机质产出氢气量显著下降。而单位质量页岩累计产氢量与TOC、S₂均呈正相关关系，即有机质丰度越高，氢气累计产量越高。研究成果有利于完善深层天然气成因地质理论，可为天然氢气资源分布预测提供参考依据，对以松辽盆地为代表的富氢天然气勘探实践具有科学价值。