挥发过程中化合物的同位素分馏不仅是稳定同位素研究领域的关键基础问题，也有很高的应用价值。其中，石油轻烃的氢同位素以其挥发过程中的逆向分馏特征而明显区别于碳同位素，使其有可能在复杂油气藏的成因研究中发挥重要的作用。然而，与碳同位素相比，已有研究对挥发过程中影响轻烃氢同位素分馏的关键因素还有待阐明。
针对上述问题，中国科学院广州地球化学研究所有机地球化学国家重点实验彭平安院士团队的博士生刘文娜在贾望鲁研究员的指导下，开展了单个化合物、烷烃混合物和轻质油三种体系下的自然挥发实验，结合碳（C）同位素定量深入研究了多类轻烃的氢（H）同位素富集因子（ε）的变化规律与主控因素，力图为原油成因的研究提供新方法。
图1. 不同挥发体系中H和C同位素富集因子（ε）
研究结果表明，轻烃H同位素的分馏程度受挥发体系、化合物分子量及其结构的影响：（1） H和C同位素分馏程度大小均依次为轻质油>烷烃混合物>单个化合物体系（图1），这种差异与挥发体系轻烃的不饱和度有关。（2） 对于同一体系中结构相似的轻烃，由于样品池的缓冲作用，H同位素的分馏程度随分子量的增加而增加，与C同位素相反（图1）。（3）对于相同碳数的轻烃，甲基环己烷具有比其它C7化合物（如3-甲基己烷、正庚烷和甲苯）更低的挥发速率和更小的H和C同位素分馏程度。
H同位素独特的分馏特征能够为油气成因提供独特的限定条件。结合轻烃的H和C同位素组成与分子组成参数（如nC 7/MCH，Tol/ nC 7）能够区分原油形成的三个关键过程：蒸发过程，热成熟和生物降解作用（图2）。挥发引起的C7 轻烃之间H同位素组成的差值（如ΔDnC7-Tol和ΔDTol-MCH）的变化幅度远小于来源差异引起的变化，可以指示母源沉积环境的变化。
图2. 轻烃H-C同位素-分子比值的综合成因判识图
该成果近期发表在油气领域主流刊物《Organic Geochemistry》，研究得到国家自然科学基金（42125304、42173057）的资助。
论文信息： Wenna Liu (刘文娜), Wanglu Jia (贾望鲁)*, Qiang Wang (王强), Jian Chen (陈键)，Jinbu Li (李进步)，Ping’an Peng (彭平安), 2024. Influencing factors of hydrogen isotopic fractionation of light hydrocarbons during evaporation and implications. Organic Geochemistry 198, 104894.
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2024.104894
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