中国科学院院士、中国科学院广州地球化学研究所研究员彭平安团队的博士生刘文娜在研究员贾望鲁的指导下，研究揭示了挥发过程中轻烃氢同位素逆向分馏的主控因素及油气成因指示意义。相关成果近日发表于《有机地球化学》。
挥发过程中化合物的同位素分馏不仅是稳定同位素研究领域的关键基础问题，也有很高的应用价值。其中，石油轻烃的氢同位素以其挥发过程中的逆向分馏特征而明显区别于碳同位素，使其有可能在复杂油气藏的成因研究中发挥重要的作用。然而，与碳同位素相比，对挥发过程中影响轻烃氢同位素分馏的关键因素还有待阐明。
轻烃H-C同位素-分子比值的综合成因判识图。研究团队供图
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针对上述问题，研究人员在国家自然科学基金的资助下，开展了单个化合物、烷烃混合物和轻质油三种体系下的自然挥发实验，结合碳（C）同位素定量深入研究了多类轻烃的氢（H）同位素富集因子（ε）的变化规律与主控因素，力图为原油成因的研究提供新方法。
研究结果表明，轻烃H同位素的分馏程度受挥发体系、化合物分子量及其结构的影响：一是，H和C同位素分馏程度大小均依次为轻质油>烷烃混合物>单个化合物体系，这种差异与挥发体系轻烃的不饱和度有关；二是，对于同一体系中结构相似的轻烃，由于样品池的缓冲作用，H同位素的分馏程度随分子量的增加而增加，与C同位素相反；三是，对于相同碳数的轻烃，甲基环己烷具有比其它C7化合物（如3-甲基己烷、正庚烷和甲苯）更低的挥发速率和更小的H和C同位素分馏程度。
不同挥发体系中H和C同位素富集因子（ε）。研究团队供图
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H同位素独特的分馏特征能够为油气成因提供独特的限定条件。结合轻烃的H和C同位素组成与分子组成参数能够区分原油形成的三个关键过程：蒸发过程，热成熟和生物降解作用。挥发引起的C7轻烃之间H同位素组成的差值的变化幅度远小于来源差异引起的变化，可以指示母源沉积环境的变化。
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2024.104894
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