近日，中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室博士生王建豐在導師熊永強研究員指導下，研究揭示了干酪根力學性質隨熱成熟度的演化特征。相關研究發表于Marine and Petroleum Geology。
干酪根是頁巖基質的重要組成部分，對于富有機質頁巖來說，其相對高的含量一定程度上也影響著頁巖的宏觀力學特征。在整個頁巖熱演化過程中，由于有機質自身化學組構改變等，可能會導致頁巖宏觀力學性質的變化。
因此，準確理解干酪根在熱成熟過程中的納米力學行為對建立相應巖石力學模型來提高地震數據解釋精度、優化頁巖井壁穩定性和水力壓裂設計、開展甜點評價以及進行鉆井工程設計等都具有重要意義。前人對于干酪根的力學性能隨熱成熟度的演化特征一直存在一定的爭議，也缺乏干酪根在整個油氣生成階段力學性質的演化特征的研究。
針對上述問題，研究人員選取下馬嶺組頁巖干酪根為研究對象，開展封閉體系黃金管熱模擬實驗，利用激光拉曼光譜儀、固體13C核磁共振技術和納米壓痕儀，探究熱演化過程中干酪根表面力學性能演化規律及影響因素。研究表明：干酪根表面力學性質（楊氏模量和硬度）隨熱成熟度EasyRo（0.73-4.45%）增大而增大，主要表現為兩段式的演化規律。
在熱降解生油階段-濕氣階段（EasyRo在0.73%-2.50%）力學參數值增長量較小；楊氏模量從3.44±0.29GPa上升到5.56±0.30GPa，硬度從0.18±0.01 GPa上升到0.42±0.03GPa。干氣階段（EasyRo在2.50%-4.45%），其力學性能參數值增長量較大，上升更快；楊氏模量從5.56±0.3GPa迅速上升到9.71±1.0GPa，硬度從0.42±0.03GPa上升到1.47±0.31GPa，干氣階段的力學參數值標準差相對較大，主要與其表面結構各向異性程度較高有關。
干酪根力學性能隨成熟度的演化趨勢主要受控于其內部化學結構的變化。表現在：在整個熱成熟演化階段，其楊氏模量、硬度與峰位差（RBS）、芳碳率（fa）和橋頭碳占比（faB）都存在較好的線性正相關性（R2＞0.71），表明干酪根中芳香結構的不斷縮合是導致其力學性能增強的主要因素。
該研究通過實驗揭示了干酪根力學性質隨熱成熟度的演化特征，對于建立相應巖石力學模型，精細刻畫和預測不同成熟度頁巖的力學性能具有重要的理論意義與應用潛力。
上述研究得到了中國科學院戰略性先導科技專項A類、國家自然科學基金項目和有機地球化學國家重點實驗室自主課題的資助。