中国科学院广州地球化学研究所、深地科学卓越创新中心博士生梁天，在邹艳荣研究员的指导下，发展了全新的溶胀及其表征技术，在实现分段溶胀实验的基础上，对不同溶胀率的样品进行X射线衍射分析(XRD)，揭示了溶胀过程固体沥青化学结构的变化、建立了结构变化模型。
本研究选用乌尔禾(新疆)、火石岭(四川)以及长岩(贵州)三地的天然固体沥青为固体有机质，选用正庚基苯(C13H20)与正十六烷(C16H34)作为液态有机质，分别代表芳烃及饱和烃化合物。将固液有机质以分阶段混合的方式开展溶胀实验，依次向每个固体样品中加入质量递增的液态有机质，直到液态有机质饱和溶解为止(图1)，即认为固体沥青已经无法溶解更多烃类物质。在保证样品充分混合后，对混合样品进行XRD检测，分析其结构变化。
实验表明，固体沥青在与液态烃发生溶胀的过程中，变化最明显的结构单元是由脂肪碳所构成的无定形碳部分(γ带)，在液态烃分子的作用下，固体沥青样品中的γ带间距(dγ)逐渐缩小，表明烃类物质溶解在这一结构单元中，使其排列更加紧密、间距减小;而主要由芳碳堆叠而成的微晶部分(002带)几乎没有受到溶胀作用的影响，这是由于其堆叠更加紧密，液态烃难以进入该结构单元并对其产生影响(图2)。图2中(d)、(e)、(f)显示，三组固体沥青样品dγ值均随着溶胀率的增加而降低，而d002、La、Lc三组结构参数与溶胀率没有明显相关性。
研究还发现固体沥青滞留液态烃的能力与固体沥青的脂碳率成正比：沥青样品中脂碳率越高，滞留烃类的能力越强，这一点也印证了γ带为主要留烃的结构单元这一结论。同时，研究还发现固体沥青对芳烃类化合物拥有更强的滞留能力，而饱和烃的滞留能力更低。基于上述研究结果，建立了溶胀过程中固体沥青结构变化模型(图3)。
上述研究表明天然固体沥青在与液态烃接触时，脂碳率高的固体沥青会在无定形碳的结构单元中滞留更多的油，该结构单元是影响固体有机质留-排烃能力的关键，并且这一过程中会选择溶解更多的含芳核类化合物。因而，在油气资源生成、运移的过程中，饱和烃更加容易脱离固体沥青的束缚，聚集成藏。本研究结果对页岩油留烃机理及其资源勘探开发具有重要意义。
近期该成果发表于国际期刊International Journal of Coal Geology，该研究获得中国科学院战略性先导科技专项(A类)(XDA14010103)和有机地球化学国家重点实验室基金(SKLOG2020-1)等项目的资助。
