摘 要 【意義】干酪根是世界上最豐富的天然有機質(zhì)來源，研究干酪根的熱解對油頁巖的開發(fā)利用具有重要的意義。傳統(tǒng)的熱解生烴模擬實驗難以深入揭示干酪根熱解機理，而分子模擬方法可從原子分子水平上深入揭示干酪根熱解的微觀機理，是一種重要的研究手段?！具M展】對干酪根熱解生烴的分子模擬研究進展進行了述評，并結(jié)合實驗結(jié)果，分別闡述了溫度、升溫速率、水、壓力、頁巖礦物組分對于干酪根熱解的影響。主要有：（1）構(gòu)建干酪根分子結(jié)構(gòu)模型最常用的方法是基于實驗分析方法中獲得的元素、官能團信息和結(jié)構(gòu)參數(shù)；（2）溫度、升溫速率、水、壓力、頁巖礦物組分對干酪根熱解產(chǎn)物分子數(shù)和組分均存在不同程度的影響，選擇合適的溫度和升溫速率可以使得頁巖油的產(chǎn)率達到最大；（3）H2O分子可促進干酪根和重質(zhì)頁巖油的裂解，提高輕質(zhì)頁巖油和氣體的產(chǎn)率；（4）對比分子模擬結(jié)果與實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，分子模擬在定量描述方面具有較大的優(yōu)勢，而在定性描述方面稍顯不足；（5）分子模擬通常采用提高模擬溫度的方法進而縮短反應(yīng)時間來彌補地質(zhì)上的熱演化時間，這是目前分子模擬技術(shù)的缺陷之一；（6）干酪根的高溫模擬會產(chǎn)生大量的C2H4，這與實驗事實和地質(zhì)概況不符，也是當(dāng)前分子模擬的不足之處?！菊雇空雇磥?，干酪根熱解生烴分子模擬研究可在以下方面取得發(fā)展：（1）使用機器學(xué)習(xí)法快速構(gòu)建相對分子量達上百萬，并且同時反映干酪根化學(xué)結(jié)構(gòu)和孔隙結(jié)構(gòu)的分子結(jié)構(gòu)模型；（2）建立富含頁巖礦物組分、地層水、有機酸以及無機鹽等多尺度且復(fù)雜的干酪根模型；（3）深入研究升溫速率、水的相態(tài)、地層水、壓力、礦物組分以及不同熱演化程度對干酪根熱解的影響；4）結(jié)合實際地質(zhì)概況探索低溫條件下干酪根的熱解生烴機制，進而彌補實驗—地質(zhì)—理論之間的鴻溝，為頁巖油和頁巖氣的勘探與開發(fā)提供重要的參考信息和理論指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞 干酪根；分子結(jié)構(gòu)模型；熱解機理；分子動力學(xué)模擬；ReaxFF力場

第一作者簡介 郭成波，男，1999年出生，碩士研究生，有機地球化學(xué)，E-mail： g1999gcb@163.com

通信作者 李美俊，男，教授，有機地球化學(xué)，E-mail： meijunli2008@hotmail.com

中圖分類號 P618.13 文獻標(biāo)志碼 A

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油氣是干酪根熱解生烴的產(chǎn)物，其熱解機理一直是受廣泛關(guān)注的重要基礎(chǔ)研究領(lǐng)域。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)的時溫補償原理，可以在實驗室通過提高模擬溫度，縮短反應(yīng)時間的方法來模擬有機質(zhì)在地質(zhì)條件下低溫漫長的烴類生成過程。通過這種實驗?zāi)M的方法，一方面，為研究干酪根生烴動力學(xué)機制、計算反應(yīng)速率、計算生烴量和確定生烴演化歷史等提供了可靠的實驗與理論依據(jù)[1]；另一方面，對比了溫度[2?3]、升溫速率[4?6]、壓力[2，7]、水介質(zhì)[8?9]和催化劑[10?13]等因素對熱解生烴模擬實驗的影響。然而，傳統(tǒng)的干酪根生烴模擬實驗不僅面臨反應(yīng)條件復(fù)雜、難以確定分解溫度等諸多制約因素，而且由于缺乏有效的檢測工具來檢測不斷變化的自由基和中間體，導(dǎo)致在實驗室條件下研究干酪根的詳細(xì)反應(yīng)過程和機理相當(dāng)困難[14]。分子模擬是一種利用計算機技術(shù)在原子水平上模擬分子結(jié)構(gòu)和行為，進而分析分子體系的各種物理化學(xué)性質(zhì)的方法[15]，其逐漸成為理解在分子結(jié)構(gòu)中發(fā)生復(fù)雜反應(yīng)基本原理的有力手段。因此，將分子模擬應(yīng)用于干酪根熱解，可以在原子和分子水平上研究干酪根的性質(zhì)和生烴過程，并進一步提高對干酪根熱解機理的認(rèn)識。

本文在查閱大量文獻的基礎(chǔ)上，介紹了干酪根的分類和熱解特征、干酪根分子結(jié)構(gòu)模型研究現(xiàn)狀及分子模擬研究方法，并將利用分子模擬技術(shù)對干酪根進行熱解模擬取得的一些認(rèn)識進行了重點詳述，提出了存在的不足和未來的發(fā)展方向，以期對我國油氣勘探提供有益幫助。