黏土礦物對(duì)油氣生成的催化作用：研究進(jìn)展與方向

馬向賢，鄭建京，王曉鋒，王作棟，吳應(yīng)忠，錢宇

（1.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730000；2.中國科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730000；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

黏土礦物對(duì)油氣生成的催化作用：研究進(jìn)展與方向

馬向賢1，2，3，鄭建京1，2，王曉鋒1，2，王作棟1，2，吳應(yīng)忠1，2，3，錢宇1，2，3

（1.甘肅省油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730000；2.中國科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，蘭州730000；3.中國科學(xué)院大學(xué)，北京100049）

黏土礦物是烴源巖的主要組成部分，但其對(duì)油氣形成所產(chǎn)生的影響和作用還存在很多爭議。大多數(shù)研究認(rèn)為：在開放含水體系中，黏土礦物沒有催化作用甚至對(duì)生烴有抑制作用；在封閉體系中，黏土礦物對(duì)烴類物質(zhì)的生成具有催化作用。關(guān)于黏土礦物的催化作用，一種觀點(diǎn)認(rèn)為黏土礦物的催化大大提高了烴類物質(zhì)的產(chǎn)率，且增加了生成物中烴的種類；另一種觀點(diǎn)認(rèn)為，黏土礦物的催化只改變產(chǎn)物的組成，而不改變烴類物質(zhì)的產(chǎn)率。黏土礦物的催化機(jī)制主要有正碳離子機(jī)制和自由基機(jī)制，在地質(zhì)過程中兩者中哪一個(gè)起主導(dǎo)作用，尚無統(tǒng)一的認(rèn)識(shí)。目前的研究主要集中在以正碳離子機(jī)制支持的催化裂化，缺乏對(duì)自由基機(jī)理的研究，特別是地質(zhì)過程中自由基發(fā)揮的作用。通過對(duì)前人在該領(lǐng)域研究成果的分析，尋求造成研究結(jié)果迥異的原因，闡述黏土礦物催化研究的新認(rèn)識(shí)，提出多種地質(zhì)催化劑協(xié)同催化的研究思路。

黏土礦物；油氣生成；催化作用；綜述

0　引言

油氣是在特定的地質(zhì)條件下，經(jīng)過長時(shí)間的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)而形成的，這一過程既有生物化學(xué)作用，也有熱化學(xué)作用。復(fù)雜地質(zhì)體中的熱化學(xué)反應(yīng)，一般都存在礦物催化作用。前人對(duì)烴類物質(zhì)形成過程中黏土礦物的催化的作用及表現(xiàn)形式做了大量的研究［1-8］。這些研究成果和主要分歧是：①封閉體系中的熱模擬實(shí)驗(yàn)表明黏土礦物具有催化作用，而開放體系中的熱模擬實(shí)驗(yàn)則認(rèn)為黏土礦物不具有催化作用；②化學(xué)工業(yè)使用的黏土催化劑是經(jīng)酸化處理的黏土，對(duì)烴類物質(zhì)的生成具有一定催化作用，但在中性或堿性地層條件下，黏土礦物催化性能很低或者不具有催化性能；③水的存在會(huì)大大降低黏土的催化活性［6］，因?yàn)楹康脑黾咏档土舜呋镔|(zhì)的吸附性，使之成為低活性催化劑，但也有學(xué)者認(rèn)為水能夠提供生烴的氫源，有助于黏土礦物催化生烴；④有的觀點(diǎn)主張黏土礦物與有機(jī)質(zhì)緊密結(jié)合形成有機(jī)黏土復(fù)合體，黏土礦物不存在催化作用，而有的觀點(diǎn)則主張有機(jī)復(fù)合黏土中的黏土礦物和有機(jī)質(zhì)容易發(fā)生電子轉(zhuǎn)移和交換，對(duì)生烴有促進(jìn)作用［4，7］；⑤有研究提出，黏土礦物的催化機(jī)理中產(chǎn)生了碳正離子中間體，其產(chǎn)物以異構(gòu)烴類為主，而石油組分中則以正構(gòu)烴類占優(yōu)勢，這種催化作用的產(chǎn)物與石油在烴類組成上不一致［8］。

正是由于存在以上分歧，黏土礦物的催化作用研究成為油氣地質(zhì)研究的一大難題，加之現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段難以揭示地質(zhì)實(shí)際情況，且此項(xiàng)研究的影響因素繁多，因此逐步造成了黏土礦物催化作用認(rèn)識(shí)比較混亂的局面［4］。筆者通過對(duì)前人研究成果的梳理，分析黏土礦物催化作用認(rèn)識(shí)上存在差異的原因，提出黏土礦物在烴源巖生烴過程中催化作用的新認(rèn)識(shí)，以期為該領(lǐng)域相關(guān)研究提供借鑒。

1　研究現(xiàn)狀

黏土礦物催化作用研究已有70多年的歷史，經(jīng)歷了問題的提出、研究的高潮和研究的低谷3個(gè)階段。

1.1黏土礦物催化作用研究歷程

1.1.1黏土礦物催化作用的提出和研究的初期階段

早在20世紀(jì)四五十年代，美國礦物學(xué)家Grim和化學(xué)家Brooks［9-10］提出了酸性黏土具有吸附-催化作用，隨后蒙脫石等黏土礦物催化作用被廣泛研究［11］，酸化蒙脫石類黏土礦物也被認(rèn)可為工業(yè)催化劑。Greensfelder等［12］通過對(duì)蒙脫石催化裂解作用的研究提出發(fā)生在Bronsted酸（簡稱B酸）位的正碳離子機(jī)制。這種催化機(jī)制的解釋面臨2個(gè)問題：一是正碳離子機(jī)制產(chǎn)物以異構(gòu)烴類為主，與以正構(gòu)烴類為主的地質(zhì)實(shí)際不符；二是對(duì)于中性和堿性地層，黏土礦物是否有催化作用。在這2個(gè)問題的困擾下，Solomon等［13］論述了黏土礦物催化的自由基機(jī)理，主要指暴露于黏土礦物側(cè)端的Fe3+和Al3+等離子由于配位不足，存在一個(gè)對(duì)外來電子對(duì)有高度親和力的空軌道，它從有機(jī)質(zhì)中獲得一個(gè)（對(duì)）電子，使黏土礦物邊角的Fe3+和Al3+等離子被還原，有機(jī)質(zhì)發(fā)生氧化生烴。Mortland等［14］進(jìn)一步論證硅酸鹽黏土礦物層間發(fā)生的離子交換，指出主要是黏土礦物層間水提供正碳離子機(jī)制所需的質(zhì)子，因此黏土礦物的含水量影響著B酸的活性。后來的研究也逐漸解決了正碳離子催化機(jī)制解釋所面臨的第二個(gè)問題，即有機(jī)質(zhì)中的腐殖酸可以活化黏土礦物，使其具有催化性能，因而可以不依賴于地層的酸堿度。

1.1.2黏土礦物催化作用研究的高潮階段

20世紀(jì)70～90年代末，黏土礦物的催化作用成為油氣領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)，得到眾多學(xué)者的關(guān)注［15-33］，相關(guān)的研究成果也很多（表1），并初步形成以下認(rèn)識(shí)。

（1）黏土礦物會(huì)對(duì)烴類物質(zhì)的組成和產(chǎn)率產(chǎn)生影響

在地質(zhì)領(lǐng)域和現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)（生產(chǎn)）條件下，有機(jī)質(zhì)不可能全部轉(zhuǎn)化為烴類，因此催化劑除了改變反應(yīng)效率外，還可能使原來?xiàng)l件下不能轉(zhuǎn)化為烴類的有機(jī)質(zhì)發(fā)生降解，從而達(dá)到生成產(chǎn)物種類和/或數(shù)量的增加。以往認(rèn)為生烴的數(shù)量和種類主要與源巖干酪根類型密切相關(guān)，但后期的大量實(shí)驗(yàn)證實(shí)烴源巖的生：烴與其內(nèi)部所含黏土等催化劑密切相關(guān)。Mackenzie等［44］將干酪根按2%的濃度分別與蒙脫石、伊利石和高嶺石混合，熱解后測定各種混合物中C1～C4，C5～C10和C11+的百分比。結(jié)果表明，干酪根分別與蒙脫石、伊利石和高嶺石相混時(shí)，熱解產(chǎn)物中C11+部分均顯著降低，使C1～C4和C5～C10兩部分相對(duì)富集。高先志等［35］和Shimoyama［45］等的實(shí)驗(yàn)都表明，干酪根加入各種礦物后的混合樣品在無水條件下熱解時(shí)，正烷烴的產(chǎn)率以及飽和烴的組成均隨礦物催化性質(zhì)的不同而不同，其中以蒙脫石的影響最大，使產(chǎn)物中烯烴減少，飽和烴增加，飽和烴中輕烴增加，重?zé)N減少。在含水熱解的條件下，由于黏土礦物的催化性能降低，加入礦物以后的熱解產(chǎn)物與干酪根單獨(dú)熱解時(shí)相近。王行信等［4］對(duì)Huizinga曾經(jīng)研究過的未成熟綠河頁巖干酪根（Ⅰ型）和蒙特雷干酪根（Ⅱ型）做了對(duì)比研究發(fā)現(xiàn)，礦物對(duì)生烴能力的影響大于Ⅰ型和Ⅱ型干酪根之間的生烴差距，足見礦物在生烴過程中的顯著作用。

表1　黏土礦物催化作用研究歷程及主要成果Table 1 Thestudy history andmain achievementsof the catalysisof claym inerals

（2）黏土礦物特別是蒙脫石可以降低生烴活化能，加快反應(yīng)速率

Cooper等［39］研究發(fā)現(xiàn)二十一烷酸脫羧的活化能為151 kJ/mol，而加入鈣蒙脫石后，脫羧的活化能降低為130.2 kJ/mol。之后Lei等［40］和Johns等［46］也證實(shí)了黏土礦物催化會(huì)降低反應(yīng)所需的活化能。

（3）蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化過程是黏土礦物催化生烴的高峰

在自然界中，蒙皂石黏土在成巖過程中，隨著埋藏深度和溫度的增加，蒙脫石逐漸向伊利石轉(zhuǎn)化。在這一轉(zhuǎn)化過程中發(fā)生的Al3+交代四面體中Si4+而形成的陽離子晶位，其催化活性比八面體成因的要大40倍。因此，黏土的活度隨伊利石/蒙脫石中伊利石層的增加和四面體電荷的增加而增加，使黏土的催化活性增強(qiáng)［40，46］。一方面，蒙脫石在脫水后，促進(jìn)了水的電離，為有機(jī)質(zhì)的生烴提供了氫源；另一方面，脫水造成孔隙壓力升高，有利于烴類的排出。

（4）有機(jī)酸是促進(jìn)黏土礦物活化的潛在因素

工業(yè)上所用的黏土礦物催化劑都是經(jīng)過硫酸活化的，但在自然界中黏土礦物主要是通過有機(jī)酸來活化?，F(xiàn)代沉積物瀝青的膠質(zhì)組分中有機(jī)酸占50%～60%。在有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化過程的初期，常有相當(dāng)數(shù)量的醋酸和脂肪酸類型的簡單有機(jī)酸伴生。Andresen等［15］對(duì)北海盆地井深1 519～4 975m的19個(gè)烴源巖的熱解模擬實(shí)驗(yàn)表明，每克有機(jī)碳可生成約0.001 3mol的有機(jī)酸。

（5）地層水地球化學(xué)特征是影響?zhàn)ね恋V物催化作用的重要因素

黏土礦物的B酸催化活性是由黏土礦物中交換性陽離子對(duì)鍵合水分子的離解和極化作用引起的，因此它與交換性陽離子的數(shù)量、極化性質(zhì)和分布有關(guān)。Johns等［47］對(duì)維也納盆地古近系和新近系頁巖的研究發(fā)現(xiàn)，在含水量一定的條件下，頁巖的催化活度與水介質(zhì)的陽離子組成有關(guān)，并依照K+＜Na+＜Ca2+＜Mg2+的順序增加。Zhang等［48］的高溫高壓模擬實(shí)驗(yàn)表明，在氯化物和碳酸鹽存在的條件下，有機(jī)質(zhì)的熱敏性增強(qiáng)，生油溫度降低，對(duì)未熟—低熟油的形成非常有利，即氯化物和碳酸鹽對(duì)生烴有促進(jìn)作用。富含鈣鹽和膏鹽的黏土礦物對(duì)烴源巖生烴催化作用更大。此外，當(dāng)古環(huán)境變遷并發(fā)生海進(jìn)海退時(shí)，含油氣盆地的礦化度迅速升高，所含K+和Na+等離子增加，同時(shí)也促進(jìn)蒙脫石脫水并向伊利石迅速轉(zhuǎn)化，其金屬離子也發(fā)生水解，產(chǎn)生更多的H+，從而增加了黏土的催化活性。

1.1.3黏土礦物催化作用研究的低谷階段

2000年之后，黏土礦物催化作用的研究又進(jìn)入了一個(gè)新的階段。由于前人各有所據(jù)，加之前期對(duì)黏土礦物催化作用的認(rèn)識(shí)在石油生產(chǎn)方面未產(chǎn)生直接的經(jīng)濟(jì)效益，該領(lǐng)域的研究被逐漸淡化，甚至被忽略，僅有為數(shù)不多的幾位科學(xué)家繼續(xù)深究不同實(shí)驗(yàn)條件下黏土礦物的催化作用，特別是Lewan等［49］證實(shí)了水能使C15+組分和總烴產(chǎn)量明顯增加，主要表現(xiàn)為對(duì)熱分解的抑制，對(duì)熱裂解的促進(jìn)；水還可以為烴類的生成提供氫源，同時(shí)驅(qū)使飽和液態(tài)烴排出。Fan等［50］、Pan等［43］、Zhou等［51］、Wang等［52］、Xia等［53］和王行信等［4］對(duì)黏土礦物催化作用進(jìn)行了詳細(xì)的研究，在黏土礦物的合成和催化性質(zhì)上有了系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，認(rèn)為黏土礦物的催化裂化主要發(fā)生在B酸位，熱分解主要發(fā)生在L酸位。B酸的催化裂化已成熟并廣泛應(yīng)用于石油化工領(lǐng)域。最近，這些研究也將重點(diǎn)放在了L酸位的研究上，認(rèn)為在250～300℃的熱模擬實(shí)驗(yàn)中Lewis酸（簡稱L酸）更活潑，L酸位產(chǎn)生的脫羧和氧化—還原反應(yīng)對(duì)油氣生成貢獻(xiàn)更大。

1.2黏土礦物催化機(jī)制

黏土礦物的催化機(jī)制主要與其表面的B酸和L酸相關(guān)，因此形成了2種催化生烴機(jī)制，即正碳離子機(jī)制和自由基機(jī)制（圖1）［54-57］。在烴源巖生烴催化反應(yīng)過程中，B酸和L酸都是活潑的，但它們?cè)诖呋磻?yīng)過程中的作用截然不同。催化反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)表明，裂解反應(yīng)、聚合反應(yīng)及加氫反應(yīng)主要在B酸中進(jìn)行，而有機(jī)質(zhì)的脫羧基反應(yīng)主要與L酸有關(guān)。烴源巖向烴類轉(zhuǎn)化過程中經(jīng)歷了有機(jī)質(zhì)脫羧基和熱裂解2種不同的反應(yīng)。在這2種不同反應(yīng)中，黏土礦物表現(xiàn)出不同性質(zhì)的催化機(jī)理。在有機(jī)質(zhì)脫羧基反應(yīng)中，黏土礦物作為L酸接受來自有機(jī)質(zhì)的一個(gè)電子，而羧酸失去一個(gè)CO2，結(jié)果形成自由基，自由基進(jìn)一步發(fā)生重排反應(yīng)并導(dǎo)致C—C鍵斷裂，生成鏈長較短的游離烴，其反應(yīng)式如下：

在有機(jī)質(zhì)的熱裂解反應(yīng)中，黏土礦物作為B酸為被它吸附的有機(jī)質(zhì)提供質(zhì)子H+。質(zhì)子（H+）來自與交換性陽離子結(jié)合的吸附水和層間水分子的離解，主要通過形成過渡態(tài)的碳正離子發(fā)生反應(yīng)，如下式：

式中：M為交換性陽離子；z為電價(jià)；x為直接與M配位的水分子數(shù)；n為交換性陽離子數(shù)；k為層間水的離解常數(shù)。

實(shí)際上，B酸和L酸并不是孤立存在的，在一定的條件下可相互轉(zhuǎn)化。黏土礦物表面吸附水分子時(shí)，由于L酸對(duì)電子有很強(qiáng)的親和力，它可與水中的羥基（—OH）共享一對(duì)電子，使羥基牢牢吸附在L酸表面，剩下的另一個(gè)H+所受的束縛力較弱，很容易被釋放出來，從而使L酸轉(zhuǎn)化為B酸。當(dāng)黏土礦物發(fā)生脫水時(shí)，B酸位因得不到質(zhì)子而逐漸向L酸轉(zhuǎn)化［58］。

圖1　黏土礦物的催化機(jī)制［1，5］Fig.1 Catalyticmechanism of claym inerals

從熱力學(xué)角度來看，B酸失去一個(gè)質(zhì)子，需要克服分子內(nèi)氫鍵的束縛，一般都會(huì)存在一個(gè)能壘，使體系能量增高，但這只有在外界能量充足時(shí)才可以發(fā)生，而L酸位得到一個(gè)電子，體系能量會(huì)降低，其反應(yīng)的發(fā)生對(duì)外界能量需要不高。因此，在低溫（250～300℃）條件下，黏土礦物表面的L酸位更活潑。從地質(zhì)實(shí)際來看，油氣生成過程伴隨著蒙脫石向伊利石的轉(zhuǎn)化過程，蒙脫石脫水，B酸活性降低，相應(yīng)L酸位活性增強(qiáng)。因此，黏土礦物在自然界低溫催化的主要機(jī)制為自由基生烴。

2　存在的問題

（1）源巖類型與黏土礦物的催化作用

黏土礦物對(duì)不同母質(zhì)類型烴源巖（干酪根）的催化作用不同，甚至同一種黏土礦物對(duì)不同烴源巖生烴的催化作用也會(huì)截然相反，如Hetenyi［59］通過對(duì)Ⅰ型和Ⅲ型干酪根在開放體系下的熱模擬實(shí)驗(yàn)研究認(rèn)為，蒙脫石對(duì)Ⅰ型干酪根具有催化作用，對(duì)Ⅲ型干酪根具有抑制作用。但Huizinga等［6］對(duì)未成熟綠河頁巖干酪根（Ⅰ型）和蒙特雷干酪根（Ⅱ型）做了對(duì)比研究（封閉體系），通過測定不同加熱條件下C12～C34正烷烴以及C13～C20（蒙特雷干酪根）、C13～C22（綠河干酪根）無環(huán)類異戊間二烯化合物的含量發(fā)現(xiàn)，黏土礦物對(duì)2類干酪根都具有催化作用，兩者之間的差距主要是實(shí)驗(yàn)體系造成的（參見表1）。

然而，有些不同類型烴源巖在封閉條件下的熱模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果的差異，主要是由于烴源巖中有機(jī)質(zhì)的含量和無機(jī)礦物（石英、長石等）的含量不同所致，因?yàn)楫?dāng)烴源巖中有機(jī)質(zhì)含量很低或者無機(jī)礦物含量很高時(shí)，黏土與有機(jī)復(fù)合體之間的吸附滯留作用減弱或消失，從而影響了催化作用的發(fā)生［41］。

（2）實(shí)驗(yàn)體系對(duì)黏土礦物催化作用的影響

實(shí)驗(yàn)體系和條件對(duì)熱模擬生烴實(shí)驗(yàn)具有重要的影響［49，60］。在開放體系中，反應(yīng)生成的氣體和液體可以隨生隨排，生成物的二次反應(yīng)機(jī)會(huì)減少。在封閉體系中，反應(yīng)物和生成的水以及氣態(tài)和液態(tài)烴共存于一個(gè)體系，容易發(fā)生二次反應(yīng)，生成的氣體產(chǎn)量也較高。但對(duì)于開放體系，液態(tài)烴被及時(shí)排出而避免了裂解作用的發(fā)生，加之體系系統(tǒng)內(nèi)自身壓力因產(chǎn)物的排出而下降，導(dǎo)致催化劑的吸附性能下降，這也是造成有些學(xué)者認(rèn)為黏土礦物沒有催化作用的主要原因。

（3）水介質(zhì)對(duì)黏土礦物催化作用的影響

大量的實(shí)驗(yàn)證明，水在烴源巖生烴過程中主要起到提供氫源和驅(qū)逐不溶水的飽和油的作用，而它對(duì)黏土礦物的催化作用具有雙重效應(yīng)。其催化作用主要由于汽態(tài)的水容易為B酸提供H+。其抑制作用主要由于：①水的存在降低了黏土礦物對(duì)烴類的吸附性；②黏土礦物本身含有吸附水和結(jié)晶水，可以滿足催化過程中水的需求，如果含水量過高，反而會(huì)降低水分子的極化和電解能力［49，61］。因此，地層中所含的少量水就足以使黏土礦物的催化作用處于最佳狀態(tài)，且不會(huì)降低黏土礦物對(duì)有機(jī)質(zhì)的吸附性，也不會(huì)降低水分子的極化和電解能力，同時(shí)可為烴類物質(zhì)的形成提供氫源。

3　結(jié)束語

黏土礦物催化作用主要與實(shí)驗(yàn)體系（開放或封閉）和實(shí)驗(yàn)條件（溫度、壓力和含水性）等相關(guān)。由于油氣地質(zhì)研究具有很強(qiáng)的區(qū)域性，因此黏土礦物的催化作用研究應(yīng)重點(diǎn)考慮環(huán)境地球化學(xué)特征，重視地層水的礦化度、氧化—還原電位和酸堿度等對(duì)黏土礦物催化作用的影響和制約。以往地學(xué)研究人員很少從基礎(chǔ)化學(xué)的角度審視地質(zhì)催化作用，從而忽略了化學(xué)基本參數(shù)對(duì)催化劑的影響。下一階段，還需要重視并深入研究以下內(nèi)容：

（1）黏土礦物和有機(jī)質(zhì)的相互作用主要發(fā)生在成巖階段，因此選擇的實(shí)驗(yàn)樣品以成熟度參數(shù)Ro小于0.5%為宜，同時(shí)應(yīng)該重視蒙脫石向伊利石轉(zhuǎn)化過程對(duì)有機(jī)質(zhì)生烴的影響。

（2）在熱模擬實(shí)驗(yàn)前，必須除去所選地質(zhì)樣品中所有可能的催化物質(zhì)，否則人工再添加催化劑導(dǎo)致的催化作用屬于量變，不能體現(xiàn)催化劑從無到有的質(zhì)變。

（3）運(yùn)用各種新的技術(shù)手段，在借鑒化學(xué)和物理基礎(chǔ)理論的基礎(chǔ)上，大力開展地質(zhì)催化劑的表征研究，揭示催化物質(zhì)的催化機(jī)制，特別是干酪根向烴類轉(zhuǎn)化過程中2種催化機(jī)制所起的作用，尤其應(yīng)注意自由基模式對(duì)生烴的貢獻(xiàn)。

（4）前人研究表明，黏土礦物和有機(jī)質(zhì)之間存在鍵合關(guān)系，黏土礦物并不是簡單地起到催化作用，還參與了很多化學(xué)合成和反應(yīng)，應(yīng)拓展黏土礦物在有機(jī)質(zhì)生烴過程中的作用研究，弄清黏土礦物和有機(jī)質(zhì)熱演化是否同步（一致）等問題。

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（本文編輯：于惠宇）

Research progressand new direction：Catalysisof clay m ineralson oiland gasgeneration

MA Xiangxian1，2，3，ZHENG Jianjing1，2，WANG Xiaofeng1，2，WANG Zuodong1，2，WU Yingzhong1，2，3，QIAN Yu1，2，3
（1.Key Laboratory of Petroleum Resources Research，Gansu Province，Lanzhou 730000，China；2.Key Laboratory of Petroleum ResourcesResearch，Institute ofGeology and Geophysics，Chinese Academy ofSciences，Lanzhou 730000，China；3.University ofChinese Academy ofSciences，Beijing 100049，China）

Claymineralsaremain componentofhydrocarbon source rocks.They play an important roleon oiland gas formation.Therearea lotofdisputeson presentand absentofcatalyst for catalytic role，and catalytic behaviorperformance inwhataspects.Mostof the researches support that clayminerals have no catalytic effecteven have inhibitory effect on hydrocarbon generation In theopenwatersystem，buthave catalysis in the closed system.Thereare two viewson the catalysisofclayminerals.Oneview is that the catalysisofclaymineralscan improve thehydrocarbon production rate，and increase the kindsofproductsofhydrocarbon；another think is that the catalysisofclaymineralsonly changes the composition of the product，without changing the hydrocarbon yield.The catalyticmechanisms of clayminerals are mainly carbon ionmechanism and themechanism of free radical，which one playsa leading role in geologicalprocesses isnotclear.Thepresentstudymainly focused on catalytic cracking supported by carbon ionmechanism which is lack of research on free radicalmechanism，especially the role of free radicals playing in geological process.The research achievementsofpredecessorsin this fieldwereanalyzed，toseek thecausesofdifferentresults，expound new understanding ofclaymineralscatalytic research and put forward collaborative catalytic systemsconcept.

clayminerals；oiland gasgenerateon；catalysis；overview

P574

A

1673-8926（2015）02-0055-07

2014-06-10；

2014-07-22

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“菱鐵礦對(duì)低熟氣形成的促進(jìn)作用”（編號(hào)：41402129）、中國科學(xué)院油氣資源研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金項(xiàng)目“含鐵礦物對(duì)烴源巖生烴的催化作用”（編號(hào)：Y207KF1-MXX）及中國科學(xué)院西部行動(dòng)計(jì)劃項(xiàng)目“準(zhǔn)噶爾盆地東部低熟氣資源潛力與有利勘探區(qū)預(yù)測”（編號(hào)：KZCX-XB3-12）聯(lián)合資助

馬向賢（1987-），男，博士，助理研究員，主要從事油氣地球化學(xué)和構(gòu)造地球化學(xué)方面的研究工作。地址：（730000）甘肅省蘭州市城關(guān)區(qū)東崗西路382號(hào)中國科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所蘭州油氣資源研究中心。E-mail：maxxan04@163.com。