108 / 2023-07-13 20:57:15

基于TGA/DTA-MS的泥岩热解过程特征及水的定量方法研究

近年来，有机-无机相互作用在烃源岩生烃过程中的影响日益受到关注，尤其是在页岩油气等非常规油气生烃理论研究中，有机质和矿物相互作用是重要的研究方向。前人已证明水在油气形成中具有重要作用，而泥岩富含有机质或不含有机质，对水的赋存有很大影响，例如层间水充当“水桥”，将蒙脱石和有机质结合在一起形成有机粘土复合体。 因此，定量分析富含有机质泥岩和不含有机质泥岩热解过程中不同类型水的含量，了解水与有机质的关系，对于进一步认识水对有机质生烃的影响具有重大意义。

热重分析 (TGA) 和差热分析 (DTA) 与质谱 (MS) 相结合，可以在加热过程中实时监控识别样品的质量变化、反应过程和产物。本研究采用TGA/DTA-MS测试方法，比较富有机质的泥岩(CN1)和不含有机质的泥岩(CW1)的热解特征，并估算富有机质泥岩中不同类型H₂O和CO₂的含量。 结果表明，CN1和CW1的质量变化可分为0~200℃、200~650℃和650~900℃三个热重(TG)阶段，而CN1 和 CW1的MS数据显示其H₂O和CO₂峰值温度都不同。 结合CN1和CW1矿物成分和有机质的差异分析，CW1中H₂O和CO₂的MS峰主要受粘土和碳酸盐矿物的影响，CN1的MS峰不仅受到矿物影响，同时也受到有机质的影响。 因此，利用 CO₂和H₂O 的 MS 峰面积、TGA 中的质量损失以及不含有机质泥岩的矿物组成，即可建立富有机质泥岩中有机和无机成因的 CO₂ 和 H₂O 含量的定量方程。

本研究工作对富有机质和不含有机质泥岩的热解过程进行了对比，探索出富含有机质泥岩中的不同类型H₂O的定量方法，研究结果对于进一步认识水在有机质生烃中的作用机理及富有机质泥岩中水的定量具有重要指导意义。