金刚烷类化合物的裂解动力学及其地质意义

Diamondoids can be conserved in the high-over mature crude oils or source rocks due to their high structural stability, which are important to reveal the geochemical information on the deep oil and gas reservoirs. However, the understanding of thermal stabilities and processes of thermal degradations of diamondoids is less, which seriously limits the practical applications of diamondoid indices. In present study, we plan to select three typical diamondoid hydrocarbons (adamantane, diamantane, 1,3-dimethyladamantane) as modle-compounds to carry out the kinetic thermal degradation simulating experiments of diamondoid monomers respectively, using confined systems (gold capsules). The purpose of this study is to reveal the termal stability and thermal degradation regularity of diamondoids on the molecular level, by means of charactering the changes of quantities and distributions of modle-compound and the products during the degradation, and the changes of compound-specific carbon isotope composition of the modle-compound. Additionally, the main factors which may impact the thermal stability of diamondoids will be taken into consideration, by changing the simulation conditions (eg. pressure, minerals and water). And the results of this study will supply scientific theoretical foundations and experimental bases for the evaluation of the practical application of the commonly used diamondoid indices and the development of the new indices.

金刚烷类化合物由于其特殊的抗热降解的能力，可以在高过成熟原油和烃源岩中得以保存，对揭示深层油气藏的地化信息具有重要价值。然而，由于人们对金刚烷类化合物在高过成熟阶段的热稳定性及其裂解过程的认识还较低，严重制约了金刚烷类化合物指标的实际应用。本项目拟选取三种典型的金刚烷化合物（单金刚烷、双金刚烷、1,3-二甲基单金刚烷）作为模型化合物，分别开展金刚烷类化合物单体的黄金管封闭体系裂解动力学实验。通过研究裂解过程中金刚烷模型化合物及其裂解产物组成和含量的变化特征以及模型化合物单体碳同位素组成的变化特征，从分子水平揭示金刚烷类化合物的热稳定性和裂解演化规律；同时通过改变热模拟实验条件（压力、矿物和水介质等），对可能影响金刚烷类化合物热稳定性的主要地质因素进行探讨。研究结果将为一些常用的金刚烷类化合物指标的适用范围的评价以及新的金刚烷类化合物指标的建立和实际应用提供科学的理论基础和实验依据。

金刚烷类化合物广泛存在于原油和烃源岩抽提物中，因其特殊的抗热降解和生物降解的能力，近年来倍受油气地球化学家的关注。但是，目前对于此类化合物热稳定性的研究工作还很少。本次研究选取了单金刚烷（A）、双金刚烷（D）和1, 3-二甲基单金刚烷（1, 3-DMA）三种金刚烷化合物单体，开展了一系列黄金管热模拟实验，以此来研究金刚烷类化合物的热稳定性及其影响因素。模拟实验结果表明：（1）金刚烷类化合物的热稳定性与其结构中笼状结构的个数密切相关：笼状结构单元越多，金刚烷化合物越稳定；（2）甲基取代对金刚烷类化合物的稳定性影响不明显，但是会影响其热裂解产物的组成；（3）高压会抑制金刚烷类化合物的裂解，但是对裂解产物的组成没有明显影响；（4）金刚烷类化合物单体碳同位素组成与其裂解程度密切相关，随着其裂解程度的增加，残余母质越来越富集13C，当A、1, 3-DMA和D的裂解程度分别达到48.8~59.7%、84.4~86.9%和89.5%时，残余化合物单体碳同位素组成将明显偏离初始值（偏差>0.5‰），此时，金刚烷的单体碳同位素指标不再适用于来源示踪；（5）CaCO3对1, 3-DMA的热演化没有影响，表现为CaCO3参与热解反应的情况下，1, 3-DMA的裂解产物的含量、组成、以及残余1, 3-DMA的单体碳同位素组成都与CaCO3未参与反应情况下的结果一致。