第七届青年地学论坛

      能源是国民经济发展的重要支柱。然而，我国国内油气供给增速长期远低于经济发展增速，使得油气对外依存度不断攀升，能源安全面临严峻挑战。页岩油气被认为是当前中国陆上油气勘探的重大接替领域。页岩油气“进源勘探”的重大突破和创新发展，将为提升国内油气储产量、保障国家能源安全做出重大贡献。
      鄂尔多斯盆地三叠系长7富铀页岩是盆内巨量石油资源的主力烃源岩，也是中国页岩油勘探最有利层系之一（如付金华等, 2020）。铀是一种特殊的、具天然放射性的元素，其衰变所释放的粒子（α、β）和能量（γ）被有机质吸收，会导致油气生成或组分改变（如Lewan和Buchardt, 1989; Jaraula, et al., 2015）。近年来，放射性作用对有机质的影响及其在油气勘探中的应用更是得到了国外多个知名研究团队的关注和深入研究。如：美国国家航空航天局（NASA）针对放射性辐射对有机质的影响立项用于火星上的有机生命和化石能源探索（如Fox et al., 2019; Roussel et al., 2019）；英国皇家学会会士Steve Larter教授团队提出辐射作用会导致原油组分改变，进而可用于推算储层中的原油赋存时间（Later et al., 2019; Silva et al., 2020）；德国国家工程院院士Brian Horsfield教授团队和澳大利亚科学院院士Kliti Grice教授团队分别研究了北欧寒武系Alum富铀页岩和西澳Mulga Rock铀矿中的放射性作用对有机质结构和油气生成的影响（如Greenwood et al., 2018; Yang et al., 2018, 2020）。
      但这些地质发现一直缺乏实验验证和可靠机理解释，原因在于自然丰度最高（99.27%）的²³⁸U半衰期长达45亿年，无法在实验室完成铀自然衰变的生烃模拟。前人开展的模拟实验多是研究了铀催化作用（如毛光周等, 2012a, 2012b, 2014）或γ射线（如Lewan et al., 1991、Later et al., 2019）对干酪根结构、油气生成和组成的影响，并非严格的放射性衰变实验，进而影响了放射性作用与油气之间的系统理论认识和勘探实践应用。针对这一空白欠缺之处，设计实施核反应堆中子辐照生烃模拟实验，通过热中子轰击，将²³⁸U活化为不稳定核素²³⁹U，迅速启动向²³⁹Np、²³⁹Pu和²³⁵U的衰变，半衰期仅为23.5分钟、2.3天和2.4万年，在此过程中所释放粒子与²³⁸U自然衰变相同，由此实现人工模拟铀衰变。
      长₇页岩的核反应堆中子辐照生烃模拟实验结果证实，室温放射性作用可导致有机质低熟阶段生烃，抽提沥青产量与辐照剂量正相关（r=0.931），最高产油量达19.5mg/gTOC；气体以氢气为主，含少量甲烷，最高产氢量达1145ml/gTOC。发现姥/植比（Pr/Ph）与辐照强度正相关（r=0.989），可作为放射性作用标定参数；280~680Mrad辐照剂量可提升干酪根生油气潜力，最高达31%。该研究提出了放射性作用导致有机质低熟生烃的模式，不同于传统的热降解生烃模式，补充和完善了油气生成理论；提出异常高放射性可提升储层烃类的气油比（GOR），增加流动性，为将放射异常高值区作为页岩油勘探“甜点区”和高伽玛层作为“甜点段”的工程实践提供了理论基础。
      该研究证实放射性作用可提升古老烃源岩和富铀烃源岩的生油气潜力，并可作为页岩油“甜点层”预测手段。远景来看，甚至可将核废料中的放射性能量用于低熟-未熟烃源岩的原位改质，实现“废物”的有效利用和能源的有效转换。

放射性,有机质,铀,页岩油