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干酪根碳檢測

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發(fā)布時間：2025-07-31 09:14:25 更新時間：2025-07-30 09:14:25

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作者：中科光析科學(xué)技術(shù)研究所檢測中心

干酪根碳檢測：揭示烴源巖潛力的關(guān)鍵指標(biāo)

干酪根（Kerogen）是沉積巖中不溶于常規(guī)有機(jī)溶劑的分散有機(jī)質(zhì)，是石油和天然氣生成的原始物質(zhì)基礎(chǔ)，被譽(yù)為“化石能源的寶庫”。對干酪根進(jìn)行碳含量及相關(guān)指標(biāo)的檢測分析，是評價烴源巖生烴潛力、熱成熟度以及油氣資源遠(yuǎn)景的核心環(huán)節(jié)。通過精確測定干酪根的碳元素組成、形態(tài)及其同位素特征，地質(zhì)學(xué)家和石油工程師能夠深入理解有機(jī)質(zhì)的類型、演化階段以及可能的生烴量和產(chǎn)物性質(zhì)（油或氣），從而為油氣勘探?jīng)Q策和資源量評估提供至關(guān)重要的科學(xué)依據(jù)。因此，干酪根碳檢測在地球化學(xué)研究和油氣地質(zhì)勘探領(lǐng)域具有不可替代的地位。

檢測項目

干酪根碳檢測的核心項目主要包括：

總有機(jī)碳含量（TOC - Total Organic Carbon）： 反映干酪根中有機(jī)碳的總量，是評價烴源巖豐度最基本也是最重要的指標(biāo)。
元素組成（C, H, O, N, S）： 特別是碳（C）、氫（H）、氧（O）元素的含量測定。通過計算H/C和O/C原子比，可以判斷干酪根的類型（I型、II型、III型、IV型），進(jìn)而推斷其生烴產(chǎn)物（油為主、氣為主或貧瘠）。
穩(wěn)定碳同位素組成（δ¹³C）： 測定干酪中有機(jī)碳的¹³C/¹²C比值。不同來源（海相、陸相）和類型的干酪根具有不同的碳同位素特征，是進(jìn)行有機(jī)質(zhì)來源判識和油氣源對比的關(guān)鍵指紋。
生烴潛量（S1+S2）： 通過熱解分析獲得，其中S2峰（熱解烴）與干酪根的熱降解生烴潛力直接相關(guān)。

檢測儀器

進(jìn)行干酪根碳檢測需要依賴一系列精密的儀器設(shè)備：

元素分析儀（Elemental Analyzer, EA）： 這是測定干酪根中C、H、O、N、S元素百分含量的標(biāo)準(zhǔn)儀器。樣品在高溫富氧環(huán)境下燃燒，產(chǎn)生的氣體（CO₂, H₂O, N₂, SO₂等）經(jīng)分離后由熱導(dǎo)檢測器（TCD）或紅外檢測器（IR）定量測定。
穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀（Isotope Ratio Mass Spectrometer, IRMS）： 與元素分析儀聯(lián)用（EA-IRMS），用于高精度測量燃燒產(chǎn)生的CO₂中碳同位素比值（δ¹³C）。這是測定干酪根碳同位素的標(biāo)準(zhǔn)配置。
巖石熱解分析儀（Rock-Eval Pyrolysis）： 用于測定TOC、S1（游離烴）、S2（熱解烴）和T_max（最高熱解峰溫）等參數(shù)，快速評價烴源巖的有機(jī)質(zhì)豐度、類型和成熟度。
總有機(jī)碳分析儀（TOC Analyzer）： 主要用于測定巖石樣品（非純干酪根）中的總有機(jī)碳含量，通過酸處理去除無機(jī)碳后進(jìn)行高溫燃燒或濕法氧化測定有機(jī)碳。

檢測方法

干酪根碳檢測的流程通常包括嚴(yán)格的樣品前處理和儀器分析步驟：

樣品前處理： 這是獲得可靠數(shù)據(jù)的前提。首先需將巖石樣品破碎研磨，然后用鹽酸（HCl）和氫氟酸（HF）依次處理，徹底去除碳酸鹽礦物、硅酸鹽礦物等無機(jī)基質(zhì)，最終得到提純的干酪根濃縮物。此過程必須確保干酪根本身的化學(xué)組成不被改變。
元素分析（EA）： 將少量提純的干酪根樣品（約1-3 mg）包裹在錫杯中，放入元素分析儀的自動進(jìn)樣器。樣品在高溫燃燒管（約950-1150℃）中瞬時燃燒氧化，生成的混合氣體經(jīng)還原管和色譜柱分離，最后由檢測器定量各元素含量。
碳同位素分析（EA-IRMS）： 在元素分析儀燃燒生成的CO₂氣體，被載氣送入同位素質(zhì)譜儀。質(zhì)譜儀通過電磁場分離不同質(zhì)荷比的¹²CO₂⁺和¹³CO₂⁺離子流，精確測定其強(qiáng)度比，計算得到樣品的δ¹³C值（相對于國際標(biāo)準(zhǔn)VPDB）。
熱解分析（Rock-Eval）： 對原始巖石樣品或提純干酪根進(jìn)行程序升溫?zé)峤猓ㄍǔＶ?00℃），檢測不同溫度段釋放出的烴類（S1, S2）和CO、CO₂（S3）等產(chǎn)物，自動計算TOC（通過S2峰面積計算或殘留碳測定）和氫指數(shù)（HI = S2/TOC * 100）等參數(shù)。

檢測標(biāo)準(zhǔn)

為確保干酪根碳檢測數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、可靠性和可比性，國內(nèi)外制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)方法：

中國國家標(biāo)準(zhǔn)（GB/T）：
- GB/T 19145-2003 《沉積巖中總有機(jī)碳測定》：規(guī)定了利用燃燒氧化法測定沉積巖中總有機(jī)碳含量的方法。
- GB/T 18602-2012 《巖石熱解分析》：規(guī)定了利用巖石熱解儀測定巖石中游離烴（S1）、熱解烴（S2）、二氧化碳（S3）、T_max及計算TOC、HI、OI等參數(shù)的方法。
國際/行業(yè)通用標(biāo)準(zhǔn)：
- 元素分析（C, H, N）： 通常遵循儀器制造商推薦的操作規(guī)程，并廣泛采用國際通用的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)（如U, NIST, IAEA等提供的有機(jī)標(biāo)樣）進(jìn)行校準(zhǔn)和質(zhì)量控制。
- 碳同位素（δ¹³C）： 測定嚴(yán)格參照國際原子能機(jī)構(gòu)（IAEA）和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行校準(zhǔn)。結(jié)果報告以相對于Vienna Pee Dee Belemnite (VPDB)標(biāo)準(zhǔn)的千分偏差（‰）表示。
- 巖石熱解： 國際標(biāo)準(zhǔn)化組織（ISO）有相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（如ISO 7404-5:2009 Methods for the petrographic analysis of bituminous coal and anthracite - Part 5: Method of determining microscopically the reflectance of vitrinite，其中包含反射率測定，常與熱解參數(shù)結(jié)合評價成熟度），但Rock-Eval分析更多依據(jù)儀器廠家（如Vinci Technologies）的標(biāo)準(zhǔn)操作流程和行業(yè)共識方法。

進(jìn)行干酪根碳檢測時，嚴(yán)格遵守相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)、使用經(jīng)認(rèn)證的標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)進(jìn)行校準(zhǔn)、執(zhí)行嚴(yán)格的空白和重復(fù)樣測試，是確保數(shù)據(jù)質(zhì)量的關(guān)鍵。樣品的代表性、前處理的徹底性和避免污染也至關(guān)重要。