?烴源巖生烴的核心是有機大分子向小分子烴類的轉化，包含了由干酪根→液態烴→濕氣→干氣的有機質連續生烴與轉換等一系列過程。頁巖氣中烴類主要由C₁?C₅氣態烴組成，其在頁巖中發生的熱解反應對頁巖氣藏的地質地球化學特征產生重要影響，包括氣態烴組成及其碳/氫同位素分餾、H₂的生成、儲層超壓的形成、礦物溶蝕與脆性礦物的生成、儲集性能與賦存空間的改造，以及頁巖氣資源甜點區的形成與判識等。

?最近，中國科學院廣州地球化學研究所廖澤文研究員、程斌副研究員及其團隊成員在結合全球主要頁巖氣藏地質地球化學特征的基礎上，系統總結了頁巖中氣態烴的裂解過程及其對高-過成熟頁巖氣藏的改造，闡述了頁巖中氣態烴裂解機理、影響及資源意義，主要取得如下成果認識：

?（1）頁巖氣藏中C₅H₁₂、C₄H₁₀、C₃H₈、C₂H₆和CH₄的初始裂解的成熟度（Ro值）分別約為1.1%、1.1%、1.3%、1.5%和2.0%，主裂解階段分別對應的成熟度（Ro值）區間約為1.7–2.4%、1.7–2.8%、1.8–3.2%、1.8–3.6%和3.0–4.0% （圖1）；

?（2）頁巖中氣態烴裂解向更多氣體小分子（如CH₄）轉化，導致高-過成熟階段頁巖氣藏干燥系數和儲層壓力的升高，這也是高-過成熟頁巖氣藏超壓形成的重要原因之一（圖2a）；

?（3）頁巖氣中CH₄裂解的開始標志著頁巖生氣潛力基本耗竭，其早期裂解階段因受限速步驟（C?H鍵斷裂）限制而普遍具有極低的裂解量，在封閉性良好的儲集空間中易形成頁巖氣資源甜點區，其倒轉程度常與產氣量呈正相關關系（圖2b），因此，頁巖氣碳同位素倒轉一般是頁巖氣資源甜點的重要標志；

?（4）頁巖中氣態烴（尤其是CH₄）的無水/有水裂解都會產生一定量H₂，是高-過成熟頁巖氣藏中伴生的有機成因H₂的重要來源；

?（5）隨著熱成熟度的增大，頁巖氣藏中CH₄逐漸富集重的穩定同位素（¹³C和²H）、到高-過成熟階段后趨于穩定，而C₂H₆（或C₃H₈）則呈現富集→虧損→再富集重同位素的演化趨勢（高演化階段甲烷、乙烷氫同位素演化趨勢如圖2c所示）；

圖1?在金管封閉系統中干酪根熱解過程中 C1?C5氣態烴產率的變化

????（6）濕氣裂解導致頁巖氣中相應的烴類氣體穩定碳同位素翻轉，而CH₄裂解可引發頁巖氣碳（圖2d）、氫同位素的倒轉。但烴類氣體的氫同位素還會受到無機氫源（如水）的影響，導致頁巖氣中烴類氣體氫同位素分布特征復雜化，這可能是高-過成熟頁巖氣藏中碳、氫同位素倒轉常表現出不同步性的主要原因；

圖2 （a）乙烷裂解過程中增加的氣體摩爾數量百分比；（b）頁巖氣產氣量與碳同位素倒轉（Δδ¹³C_CH4-C2H6）程度的關系；（c）四川盆地頁巖氣甲烷、乙烷氫同位素的演化特征；（d）頁巖氣碳同位素倒轉成因演化模式圖

?（7）氣態烴的含水熱解反應產生的甲酸、乙酸等有機酸會溶蝕頁巖中碳酸鹽和長石礦物（圖3），從而提高了頁巖儲層的孔隙度和滲透率。長石溶蝕過程中伴隨硅質沉淀，促進脆性石英礦物形成，有利于頁巖儲層壓裂改造。但是，硅質沉淀也可能堵塞孔喉，降低儲層滲透率，不利于頁巖氣的開采。

圖3 掃描電鏡（SEM）記錄實驗模擬乙酸溶蝕長石（a-c）和白云巖（d-f）的溶蝕過程。（a）溶蝕前長石形態；（b）長石顯被乙酸后局部形成溶蝕坑；（c）長石被嚴重溶蝕后形成大量溶蝕孔洞；（d）溶蝕前白云石形態；（e）白云石在75℃條件下被乙酸溶蝕形成的溶蝕坑；（f）白云石在200℃時條件下被乙酸溶蝕后形成的蜂窩狀孔隙。

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?該研究系統總結了頁巖中氣態烴裂解時機及其對頁巖氣藏地質地球化學特征的改造作用，深化了對頁巖氣藏形成演化過程及其伴隨的地質地球化學異常的理解，對頁巖氣資源勘探與開發具有重要意義。

?該成果發表在地球科學領域知名綜合性期刊《Earth-Science Reviews》上，研究得到了 “多圈層作用油氣富集理論”的資助。

?論文信息：Bin Cheng (程斌),Shida Li (李詩達).,Jianbing Xu (徐建兵),Zewen Liao* (廖澤文),2025. Gaseous hydrocarbons cracking in shale: Mechanism,impact and resource significance. Earth-Science Reviews,270,105211. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2025.105211.