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页岩中广泛存在含量较高的过渡金属可能对页岩烃类气体的生成与裂解有催化作用;同时水在页岩气生成过程中的影响直接关系到页岩气资源量的评价,因此,研究高成熟阶段过渡金属矿物催化作用及水对页岩气生成的影响机制,对探讨适合于我国地质特点的页岩气富集理论和评价方法具有重要意义。 本工作研究了渝东漆辽剖面五峰组-龙马溪组页岩中微量元素地球化学特征及地质意义,并根据其中过渡金属赋存特征选用了多种过渡金属矿物作为催化剂,通过黄金管热模拟实验来研究其对塔里木盆地萨尔干页岩干酪根热解生气的催化作用,取得了以下认识: 第一,渝东漆辽剖面五峰组和龙马溪组页岩干酪根中多数微量金属元素较页岩中更为富集,包括Ti、V、Mn、Co、Ni等过渡金属元素,说明这些过渡金属元素在地质演变中更倾向于以有机结合态的形式赋存于干酪根中。稀土元素轻、重稀土分异明显,相对富集轻稀土元素。Eu具有明显负异常,具有轻微的Ce负异常。 第二,渝东漆辽剖面五峰组-龙马溪组页岩沉积环境总体上为贫氧-缺氧的热水沉积环境,而正是热水沉积作用导致页岩中V-Ni-U的高度富集。稀土元素球粒陨石标准化配分模式曲线特征表明页岩沉积的原始物质应来源于上地壳。 第三,不同过渡金属矿物的催化效果不同。Fe2O3模拟实验四种条件下对气态烃的生成都表现出抑制作用;TiO、FeS2和MoS2仅在360℃无水条件下具有催化作用;TiO2在四种模拟条件下都表现出了催化效果;V2O5仅在360℃含水条件下催化效果较差,在其他条件下催化效果都较好;MnS仅在330℃含水条件下具有催化作用;Ni3S2的催化效果与V2O5类似,但在360℃含水条件下其对甲烷的生成表现出抑制作用。 第四,水在温度较高时能积极参与反应,为页岩干酪根热解生烃反应提供氢和氧。另外,由于在360℃含水体系下过渡金属矿物普遍丧失催化效果,说明水能降低催化剂的活性。研究结果显示含水体系下异构烷烃占优势,而无水体系下更倾向于形成直链正构烷烃,据此初步认为页岩干酪根在无水条件下的热解反应为自由基反应,而在含水条件下则相当程度上抑制了自由基反应,而一些水溶性强的小分子烃类或中间体则发生了碳正离子反应。