有机硫化合物在自然与人工热成熟过程中的不一致性：对含硫烃源岩成熟度评价的启示

针对含硫烃源岩（Type II-S）成熟度评价指标在人工热模拟中的适用性问题，研究人员通过水热裂解实验（hydrous pyrolysis）对比自然与人工成熟样品中甲基二苯并噻吩异构体（MDBT）的变化规律，发现4-MDBT/1-MDBT比值（MDR）在人工条件下失效，而三芳甾类（triaromatic steroids）仍具指示意义，为含硫盆地油气勘探提供了关键校正依据。

　　

在全球油气勘探领域，富含有机硫的II-S型干酪根（Type II-S kerogen）一直是个令人又爱又恨的存在。这类烃源岩广泛分布于美国蒙特雷组、俄罗斯巴热诺夫组等世界级含硫盆地，因其活化能较低，往往在较低温度下就能生成高硫原油，给盆地建模和钻井决策带来巨大挑战。更棘手的是，传统生物标志物在高成熟阶段容易降解，而甲基二苯并噻吩异构体（methyldibenzothiophene isomers）特别是4-MDBT/1-MDBT比值（MDR）被奉为含硫烃源岩成熟度评价的"金标准"。但问题是：这些在自然界表现优异的指标，在实验室人工热模拟中还能保持可靠性吗？

为解答这一关键问题，研究人员开展了一项开创性研究。通过对比三种天然含硫烃源岩（来自美国得克萨斯和中东地区）与人工水热裂解（hydrous pyrolysis）样品（275-360°C温度区间）的有机地球化学特征，结合四套天然成熟序列样品（从未成熟到凝析油阶段），系统评估了烷基化二苯并噻吩化合物在两种成熟路径下的行为差异。

研究主要采用三项关键技术：1）水热裂解实验模拟不同成熟阶段，监测排出油与沥青质产量变化；2）HAWK热解分析获取T_max、氢指数（HI）等参数；3）气相色谱-质谱联用技术（GC-MS）定量分析MDBT、DMDBT、TMDBT等异构体比值。

【Samples】实验选用TOC含量2.5-7.8%、S_org 5.1-9.3 wt%的典型II-S型烃源岩，通过经验公式S_org(wt.%)=0.137×S/C_org+0.0025计算有机硫含量。

【Hydrocarbon yields】水热裂解显示，沥青质产量在275-290°C达峰（TX-1样品最高660.25 mg/g TOC），而排出油产量在330-340°C出现拐点，与天然成熟序列的油气生成动力学特征吻合。

【Comparison of kerogen vs. bitumen】HAWK热解证实人工成熟与自然演化具有相似趋势：T_max升至465-512°C，HI降至27-60 mg HC/g TOC，PI增至0.18-0.40。但令人意外的是，MDR比值在人工实验中未能呈现规律性变化，与天然样品中0.4-1.5%R_o(eq)范围内的良好线性关系形成鲜明对比。

【Conclusion】研究揭示：虽然三芳甾类（triaromatic steroids）异构化比值仍能反映实验温度梯度，但MDR等二苯并噻吩指标在封闭体系反应器中可能受额外硫物种生成、缓冲反应或基质效应干扰而失效。这一发现颠覆了传统认知，表明含硫化合物的成熟度响应机制在自然开放体系与人工封闭体系间存在本质差异。

该成果发表于《Marine and Petroleum Geology》，不仅为含硫盆地模拟提供了关键校正参数，更警示研究者需谨慎对待人工热模拟数据的直接外推。正如作者Poorna Srinivasan等强调的，原始母质特征（如TOC、HI、矿物组成）而不仅是硫含量本身，才是决定烷基化二苯并噻吩化合物反应动力学的核心因素。这项研究为全球含硫油气系统的精准评价树立了新标尺。