引言
烃类生成的热模拟技术起源于20世纪60至80年代，当时人们试图将烃类生成动力学与盆地埋藏历史相结合，以此预测石油和天然气的生成情况（Tissot, 1969; Tissot and Welte, 1984）。该技术能够在实验室条件下快速模拟有机物生成烃类的过程，从而有助于深入理解自然条件下的石油和天然气生成机制（Tissot et al., 1987; Peters et al., 2018）。经过数十年的发展，它已成为评估源岩并指导石油天然气勘探的重要工具（如Lopatin, 1971; Harwood, 1977; Sweeney et al., 1987; Schenk et al., 1997a; Burnham, 2015）。热模拟实验可分为开放系统、半开放系统和封闭系统，各类系统各有优缺点。开放系统热解能够快速得出有机物的烃类生成潜力，但无法获取有关二次裂解的信息（Espitalié et al., 1988）。半开放系统多用于研究烃类生成和运移的动态过程，但难以进行精确量化（Song et al., 2019）。封闭系统则能够完整描述有机物的初次和二次裂解过程，由于所有生成物和残留物都可以被回收，因此能得到最具代表性的定量结果（Zhang et al., 2020）。不过，某些类型的封闭系统实验耗时极长（Horsfield et al., 2015）。尽管存在这样的局限，封闭系统仍被广泛用于烃类生成模拟和相态预测（Bai et al., 2025; Yang et al., 2025）。
目前，最常见的三种封闭系统热模拟技术分别是含水热解、微尺度密封容器（MSSV）热模拟以及金管热模拟。含水热解是一种实验室方法，用于模拟在水环境条件下有机物的热成熟过程。它因能够较好地再现自然水环境条件，并促进与石油生成相关的反应而广受认可（Lewan, 1997）。不过，其实验温度通常需控制在374°C以下，以避免超临界水状态带来的复杂问题（Lewan, 1997）。由Horsfield等人（1989）开发的MSSV技术，能够以较快的实验速度、较低的成本、较高的精度以及良好的重复性，对小型有机物样本进行热裂解处理（Horsfield et al., 1989; Düppenbecker and Horsfield, 1990; di Primio and Horsfield, 2006）。金管技术由Monthioux等人于1985年和1986年提出，并经Behar等人（1992）进一步改进，该方法是将样品封在金管中并在氩气环境下，通过液压系统施加50–100 MPa的高外压，以此模拟地质层压作用。MSSV和金管热解技术都能模拟源岩、干酪根以及原油的热成熟过程，还可以选择添加催化剂，但只有金管技术允许加入液态水（Horsfield et al., 1989; Behar et al., 1992; Schenk et al., 1997b; Pan et al., 2010）。由于金管技术的外压可以独立调节，因此能够克服水临界点所带来的温度限制（Behar et al., 1992）。
这两种方法都已成功应用于模拟源岩中的烃类生成，并预测其组成和相态。例如，针对绿河页岩和波西多尼亚页岩进行的MSSV实验，揭示出了与勘探结果一致的独特生成动力学特征（Horsfield and Düppenbecker, 1991）。比较开放系统和封闭系统MSSV实验的研究表明，尽管石油产量和油气比存在差异，但总烃产量和活化能分布却保持一致（Schenk and Horsfield, 1993）。此后，基于MSSV数据开发的PhaseKinetics模型已被广泛应用于全球多个盆地（Tan et al., 2013; Horsfield and di Primio, 2014; Yang and Horsfield, 2016; Kuske et al., 2019; Liu et al., 2023）。同样，金管技术也被广泛用于中国主要盆地的源岩动力学研究（He et al., 2014; Xiang et al., 2016; Huang et al., 2019; Yan et al., 2019; Yang et al., 2022）。
尽管这些技术已被广泛应用，但目前仍缺乏对烃类含量数据及由此得出的动力学参数的直接比较。值得注意的是，这两种技术的压力条件存在显著差异。MSSV系统使用的是恒容玻璃管（高温时采用石英玻璃，温度高于570°C；低温时则使用普通玻璃毛细管）（Horsfield and Düppenbecker, 1991），其内部压力通常低于3 MPa，这限制了其模拟高层压条件的能力。而金管系统则能够施加50–100 MPa的高外压，从而模拟有机物自然埋藏过程中所受的静态岩压作用（Monthioux et al., 1985, Monthioux et al., 1986）。目前，压力对有机物热解的整体影响尚不明确。有些研究者认为增加压力会促进烃类生成（Fabuss et al., 1965; Braun and Burnham, 1990; Mastalerz et al., 1993; Shi et al., 2025），而另一些研究者则发现压力具有抑制作用（Sajgó et al., 1986; Price and Wenger, 1992; Sun et al., 2010）。还有一些研究认为压力并无显著影响（Monthioux et al., 1986; Horsfield et al., 1992; Schenk et al., 1997a）。Mi等人（2014）认为，这种不确定性主要是由于实验条件不一致，以及静岩压与流体压之间的本质差异所致。此外，加压介质的性质以及反应物之间的空间关系，也被认为是控制密闭环境热解过程中石油裂解行为的关键因素（Michels et al., 1995）。迄今为止，这两种技术之间的相似之处和差异仍然没有被充分理解，也未能得到妥善解释。
本研究的主要目的是明确MSSV技术和金管技术在热解产物组成及动力学参数方面的异同。在本研究中，选用了一种源自碳酸盐源岩的黑色石油，分别在0.1°C/h和0.5°C/h的加热速率下进行了MSSV和金管热模拟实验。随后，利用Kinetics 2000程序（Braun and Burnham, 1998），根据热解产物的组成和数量计算出了原油裂解的动力学参数。通过比较两种方法得到的原油裂解产物数量和动力学参数，阐明了这两种方法的异同。之后，本研究提出了一种氢转移机制，用以解释为何这两种热解系统会表现出不同的热解行为。
