烃源岩生烃的核心是有机大分子向小分子烃类的转化，包含了由干酪根→液态烃→湿气→干气的有机质连续生烃与转换等一系列过程。页岩气中烃类主要由C₁−C₅气态烃组成，其在页岩中发生的热解反应对页岩气藏的地质地球化学特征产生重要影响，包括气态烃组成及其碳/氢同位素分馏、H₂的生成、储层超压的形成、矿物溶蚀与脆性矿物的生成、储集性能与赋存空间的改造，以及页岩气资源甜点区的形成与判识等。

 最近，中国科学院广州地球化学研究所廖泽文研究员、程斌副研究员及其团队成员在结合全球主要页岩气藏地质地球化学特征的基础上，系统总结了页岩中气态烃的裂解过程及其对高-过成熟页岩气藏的改造，阐述了页岩中气态烃裂解机理、影响及资源意义，主要取得如下成果认识：

 （1）页岩气藏中C₅H₁₂、C₄H₁₀、C₃H₈、C₂H₆和CH₄的初始裂解的成熟度（Ro值）分别约为1.1%、1.1%、1.3%、1.5%和2.0%，主裂解阶段分别对应的成熟度（Ro值）区间约为1.7–2.4%、1.7–2.8%、1.8–3.2%、1.8–3.6%和3.0–4.0% （图1）；

 （2）页岩中气态烃裂解向更多气体小分子（如CH₄）转化，导致高-过成熟阶段页岩气藏干燥系数和储层压力的升高，这也是高-过成熟页岩气藏超压形成的重要原因之一（图2a）；

 （3）页岩气中CH₄裂解的开始标志着页岩生气潜力基本耗竭，其早期裂解阶段因受限速步骤（C−H键断裂）限制而普遍具有极低的裂解量，在封闭性良好的储集空间中易形成页岩气资源甜点区，其倒转程度常与产气量呈正相关关系（图2b），因此，页岩气碳同位素倒转一般是页岩气资源甜点的重要标志；

 （4）页岩中气态烃（尤其是CH₄）的无水/有水裂解都会产生一定量H₂，是高-过成熟页岩气藏中伴生的有机成因H₂的重要来源；

 （5）随着热成熟度的增大，页岩气藏中CH₄逐渐富集重的稳定同位素（¹³C和²H）、到高-过成熟阶段后趋于稳定，而C₂H₆（或C₃H₈）则呈现富集→亏损→再富集重同位素的演化趋势（高演化阶段甲烷、乙烷氢同位素演化趋势如图2c所示）；

图1 在金管封闭系统中干酪根热解过程中 C1−C5气态烃产率的变化

 （6）湿气裂解导致页岩气中相应的烃类气体稳定碳同位素翻转，而CH₄裂解可引发页岩气碳（图2d）、氢同位素的倒转。但烃类气体的氢同位素还会受到无机氢源（如水）的影响，导致页岩气中烃类气体氢同位素分布特征复杂化，这可能是高-过成熟页岩气藏中碳、氢同位素倒转常表现出不同步性的主要原因；

图2 （a）乙烷裂解过程中增加的气体摩尔数量百分比；（b）页岩气产气量与碳同位素倒转（Δδ¹³C_CH4-C2H6）程度的关系；（c）四川盆地页岩气甲烷、乙烷氢同位素的演化特征；（d）页岩气碳同位素倒转成因演化模式图

 （7）气态烃的含水热解反应产生的甲酸、乙酸等有机酸会溶蚀页岩中碳酸盐和长石矿物（图3），从而提高了页岩储层的孔隙度和渗透率。长石溶蚀过程中伴随硅质沉淀，促进脆性石英矿物形成，有利于页岩储层压裂改造。但是，硅质沉淀也可能堵塞孔喉，降低储层渗透率，不利于页岩气的开采。

图3 扫描电镜（SEM）记录实验模拟乙酸溶蚀长石（a-c）和白云岩（d-f）的溶蚀过程。（a）溶蚀前长石形态；（b）长石显被乙酸后局部形成溶蚀坑；（c）长石被严重溶蚀后形成大量溶蚀孔洞；（d）溶蚀前白云石形态；（e）白云石在75℃条件下被乙酸溶蚀形成的溶蚀坑；（f）白云石在200℃时条件下被乙酸溶蚀后形成的蜂窝状孔隙。

 该研究系统总结了页岩中气态烃裂解时机及其对页岩气藏地质地球化学特征的改造作用，深化了对页岩气藏形成演化过程及其伴随的地质地球化学异常的理解，对页岩气资源勘探与开发具有重要意义。

 该成果发表在地球科学领域知名综合性期刊《Earth-Science Reviews》上，研究得到了 “多圈层作用油气富集理论（THEMSIE04010104）”的资助。

 论文信息：Bin Cheng (程斌), Shida Li (李诗达), Jianbing Xu (徐建兵), Zewen Liao* (廖泽文), 2025. Gaseous hydrocarbons cracking in shale: Mechanism, impact and resource significance. Earth-Science Reviews, 270, 105211. https://doi.org/10.1016/j.earscirev.2025.105211.