0 引言
非常规油气资源是常规油气资源的战略接替领域，页岩油气作为一种重要的源—储一体型非常规油气资源类型，在全球范围内取得了一系列勘探开发进展。有机质作为页岩油气形成的物质基础，在热演化过程中形成的孔隙可以为页岩气提供重要储集空间［1-2］。实际上，不同类型有机质由于分子结构存在差异，从而导致其演化路径、生成产物和孔隙发育程度也存在差异。为探索有机类型对有机质孔隙发育的影响，前人［3-4］通过自然演化样品和热模拟实验结合相应的孔隙结构表征技术开展了大量研究，认为有机孔的发育特征与有机质类型密切相关，不同类型干酪根在生烃过程中孔隙的演化存在差异，这主要受控于不同显微组分演化与孔隙发育的差异，如沥青、藻类体、细菌集合体、微粒体及笔石体等［5］。页岩中有机质的非均质性非常强，即使是在同一样品微米尺度范围内，SEM图像上依然可见有机质孔隙发育存在差异，这种差异的本质是有机质分子结构存在差异。
光谱技术在表征微观尺度下有机质分子结构具有独特的优势，传统傅里叶红外光谱技术（FTIR）通过对制备的溴化钾（KBr）颗粒与粉碎后的样品均匀混合后压片进行分析，对样品内干酪根的化学结构进行测定［6-7］。显微傅里叶红外光谱技术可实现微米尺度上（50 μm）有机质化学结构的研究，通过对微米级的红外光谱采样点进行测量和积分，利用定义光谱区域的峰面积等参数来映射目标官能团的分布［7-8］。激光拉曼光谱技术以拉曼散射原理为基础，不仅可用于有机质或页岩热演化程度、成熟度等研究，而且在流体包裹体、岩矿鉴定领域也可以发挥重要作用［9-10］。但是这些技术的空间分辨率仍然无法满足纳米尺度下有机质的分子结构的表征，近些年发展起来的纳米红外光谱技术（Nano-IR）可将原子力显微镜与红外光谱联合，原子力显微镜（AFM）可在纳米尺度下进行样品形貌成像与机械刚度测试，在此基础上红外光谱技术可对纳米尺度的成像区域进行光谱测试［11-13］。其工作原理是使用AFM探针尖端充当红外探测器，将可调节脉冲红外激光源聚焦在原子力显微镜尖端附近的样品上，当激光波长调节到样品材料的红外吸收波段时，吸收光子的能量转化为热量，样品发生热膨胀。热膨胀作用于AFM的悬臂上产生振荡，由于探针尖端与样品保持接触，形成了样品—悬臂梁耦合系统的接触共振频率，最高可实现10 nm分辨率有机质和矿物分子结构信息的表征。除此之外还可以提供样品机械刚度、形貌信息和特殊官能团平面分布规律［13］。这对研究页岩内非均质性较强的有机质提供了有效的研究手段（图1）。本文研究以北美福特沃斯盆地Barnett页岩为研究对象，通过光学显微镜观察、扫描电镜（SEM）分析和Nano-IR等实验，明确Barnett页岩显微组分类型，揭示不同显微组分的纳米尺度分子结构特征，探索Nano-IR技术在地质领域的应用与前景。
1 地质概况
Fort Worth盆地是美国得克萨斯州中北部南北向延伸的浅盆状洼地，边缘陡、向北加深的盆地，是晚古生代Quachita造山运动而形成的弧后前陆盆地，面积约为38 100 km2（图2）。密西西比期Fort Worth盆地沉积物的主要来源地区是西部Chappel陆架和南部的Caballos Arkansas岛链，沉积在位于奥陶系Ellenburger组和Viola灰岩顶部的不整合面之上Chappel灰岩和Barnett页岩，记录了被动边缘向活动边缘的转变过程。Fort Worth盆地Barnett页岩厚度在盆地范围内是变化的，盆地北部页岩平均厚91 m，在Muenster Arch处的厚度超过了350 m，向西向南的厚度迅速变薄，在Lam pasas县和San Saba县区域内Llano 隆起出露的地层厚9~15 m。根据东北部发育的Forestburg灰岩条带进一步划分分为下Barnett页岩和上Barnett页岩，下Barnett页岩主要由黑色富硅碳酸盐泥岩组成，有机质含量高，但不同组分相对含量不均匀。碳酸盐矿物含量变化较大，反映了沉积过程中物源区、海平面上升和海水化学成分的变化。根据Fort Worth盆地的埋藏史，Barnett页岩在宾夕法尼亚期和二叠纪发生了一次快速沉降，在三叠纪埋藏深度最大，之后在侏罗纪和三叠纪发生了显著的抬升和侵蚀作用。主要生烃阶段始于二叠纪，在二叠纪—三叠纪界线处最大埋藏期之前，三叠纪时达到生烃高峰。Barnett页岩埋藏深度相对较浅，一般介于1 950~2 250 m之间，演化程度相对较低，R O值介于0.5%~1.5%之间，正处于成熟和高成熟阶段［14-19］。
2 样品与实验方法
2.1 实验样品及基础岩石学和地球化学参数
本文研究选取的Barnett页岩分别来自密西西比州San saba地区低成熟度露头样品和Blakely1井在埋深2 185 m处的高成熟岩心样品。Barnett页岩露头样品成熟度低，TOC含量为11.5%，R O值为0.59%，Rock-Eval热解实验测得T max值为419 ℃，S 1值为0.68 mg/g、S 2值为51.62 mg/g、I H值为541 mg/g。高成熟岩心样品TOC含量为4.0%，R O值为1.70%。低成熟样品全岩X射线衍射（XRD）测试表明（表1），矿物组成主要为石英，其次为黏土矿物，属于硅质页岩范畴。
表1 低成熟Barnett页岩样品全岩X射线衍射矿物含量分析结果Table 1 Mineral content analysis by X-ray diffraction in whole rock of low maturity Barnett shale sample |
| 样号 | 矿物组成/% | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 石英 | 钾长石 | 斜长石 | 氟磷灰石 | 黄铁矿 | 石膏 | 黏土矿物 | |
| Barnett露头 | 41.58 | 3.91 | 1.13 | 15.67 | 4.99 | 0.41 | 32.31 |
2.2 实验方法
2.2.1 有机岩石学观察
将样品制成10 mm×8 mm左右的方块样，再对样品表面进行精细机械研磨和剖光，最后再利用氩离子剖光仪对垂直层理方面的截面进行剖光，获得光滑平整的表面。使用徕卡（Leica）DM4P显微镜在反射光油浸50倍物镜下进行显微组分观察，并对不同显微组分进行观察和识别。本文研究目的主要揭示有机质在微纳米尺度下分子结构信息，需要在后续SEM和Nano-IR实验中准备找出感兴趣显微组分的位置。因此，在有机岩石学观察时记录了无定型有机质、藻类体、惰质体及发育有机质孔隙的固体沥青的准确位置信息。显微组分随机反射率测试根据行业标准《沉积岩中镜质体反射率测定方法》（SY/T 5124—2012）在Leica DM4P 偏光显微镜反射光50倍物镜搭载MSP200光度计546 nm波长油浸下测试。测试前分别用标样钇铝石榴石（R O=0.90%）、钆镓石榴石（R O=1.72%）、立方氧化锆（R O=3.17%）和金刚石（R O=5.21%）进行校正。
2.2.2 有机地球化学
总有机碳含量测试前先粉碎样品至200目，称取0.1 g左右样品置于干锅中，使用5%稀盐酸处理去除样品中的碳酸盐矿物，滴加稀盐酸直至样品中不再产生气泡，然后使用蒸馏水反复冲洗样品，除去样品中残留的稀盐酸。然后将盛有试样的干埚放入80 ℃的干燥炉内干燥去除水分（12 h）后取出，放入 LECO CS744碳硫分析仪内进行测试。岩石热解分析测试前将页岩样品粉碎至0.07~0.15 mm（40~20目）之间。使用Rock-Eval 7进行实验，由氢火焰离子化检测器（FID）检测在热解过程中吸附烃（S 1）、干酪根热解烃（S 2）、二氧化碳峰（S 3）和热解峰温T max。
2.2.3 SEM观察
对氩离子抛光处理后的样品表面镀碳，使用蔡司公司生产聚焦离子束—电子束双束扫描电镜Zeiss Crossbeam 550进行观察，加速电压为3~5 keV，工作距离为5~10 mm。针对有机岩石学观察记录的同一视域进行纳米级尺度的精细刻画与表征，观察有机质的形态、大小以及内部孔隙发育情况。
2.2.4 Nano⁃IR测试
Nano-IR结合了原子力显微镜与红外光谱技术，可在多物理场下对软物质及生物样品微区官能团分布、偶极矩振动、成键、物相等特性及演化进行表征。可精确到10 nm空间分布的微区红外光谱分析及化学成像、表面形貌扫描及微区力学、电学及相变性能分析，扫描范围为50 μm×50 μm、环境温度为5~80 ℃、化学成像空间分辨率为10 nm、波数范围为950~1 900 cm-1和2 700~3 300 cm-1、光谱分辨率<1 cm-1［13，20］。针对页岩样品内有机质的测试，利用设备内自带反射光显微镜观察样品，选择感兴趣区域。通过AFM技术利用纳米探针接触样品后，精确刻画目标区域形貌图，最大范围为50 μm×50 μm。根据探针在样品表面所扫描的形貌，精确寻找目标有机质的位置。确定目标测试位置后连接红外系统，利用纳米探针头部的红外传感器，对目标点进行红外测试，采样间隔为4 cm-1。在开始红外光谱数据测试收集前，需对1 450 cm-1、1 600 cm-1、1 710 cm-1、2 850 cm-1、2 920 cm-1波段进行优化，将红外光谱的入射功率与吸收功率调为共振，以确保数据真实性与准确性。红外测试后，光谱原始数据需要进行基线校正、平滑以及归一化等方式处理。
2.2.5 红外光谱分析处理与结构指数计算
首先在Analysis Studio软件内对获得的光谱曲线进行平滑处理，然后将数据导入Matlab，进行线性基线校正，最后将1 600 cm-1处的C=C设置为1进行归一化处理，在1 300~1 800 cm-1波段通常利用线性基底去除的方法去除基线，在2 800~3 100 cm-1波段通常利用多项式拟合法去除基线。通过对处理好的光谱曲线进行拟合，确定峰强度和峰值面积等参数。
利用洛伦兹—高斯曲线函数的组合可以更好地对红外光谱吸收特征峰进行重建和拟合。根据不同官能团的峰值面积比可计算IR结构参数，其中A因子与C因子分别代表了脂类吸收峰与芳香吸收峰的比值、含氧官能团吸收峰与芳香吸收峰的比值［21］，通常用于绘制伪范—克雷维纶图，该图最初来源于煤显微组分的研究，显示了每种干酪根类型的成分随成熟度的变化［21］。GANZ等［22］最早提出利用峰值面积比值来计算A、C因子，A因子的计算方式为（2 930 cm-1+2 860 cm-1）/（2 930 cm-1+2 860 cm-1+1 630 cm-1）；C因子的计算方式为（1 710 cm-1）/（1 710 cm-1+1 630 cm-1）。由于本文实验的纳米探针红外光诱导共振分析系统由多个激光器联合组成，不同波段的激光光斑大小、频率等参数各不相同，因此无法使用2个不同波段测试出的峰面积值计算定量的IR结构参数。1 375 cm-1到1 450 cm-1波段的吸收信号是由于脂肪族C—H弯曲振动引起，因此可将该波段的积分面积代替2 860 cm-1与2 930 cm-1波数的峰面积作为脂肪族吸收峰值强度［11，23］。实验过程中吸收峰处波长通常会存在±10 cm-1范围的波动［24］，本文实验吸收峰值波长分别为2 850 cm-1与2 920 cm-1，用以代替波长2 860 cm-1与2 930 cm-1处的吸收峰。
3 结果与讨论
3.1 显微组分类型
泥页岩中分散有机质类型的划分方案逐渐趋于统一［25-28］。目前比较常用的分类方案将泥页岩中的有机质划分为5个显微组分组：镜质体、惰质体、类脂体、动物碎屑和次生有机质。每个显微组分组内包括多种显微组分［29-31］。在本文研究的样品中，常见的显微组分为类脂体、次生有机质、惰质体与镜质体。低成熟Barnett页岩露头样品主要以类脂体中的无定形有机质和藻类体为主。藻类体是泥页岩中常见的类脂体之一，具有非常高的生烃潜力，塔斯曼藻类是Barnett页岩中最常见的典型藻类［图3（a）—图3（c）］。藻类体在油浸反射蓝光中呈现亮黄绿色荧光，反射光下呈蓝灰色。藻类体在荧光下的颜色会反映样品的成熟度，一般在未成熟或低成熟时，藻类体在蓝光下显示出亮黄绿色，随着成熟度的增加，其颜色会加深变暗［29，32］。无定形有机质是指在显微镜下无固定形态结构的显微组分，在低成熟样品中分布最普遍，通常成片地分布在矿物基质中，在反射光下通常呈灰色或灰白色，在油浸蓝光下具有微弱的荧光性［图3（d）—图3（f）］。通过显微组分定量统计，类脂体占比77.5%，镜质体占比12.6%，惰质体占比11.9%（表2）。
图3 Barnett页岩显微组分特征（a）塔斯曼藻类呈蓝灰色，反射白光，露头样品；（b）塔斯曼藻类呈现亮黄色荧光，油浸荧光，露头样品；（c）塔斯曼藻类长约为50~60 μm，内部有原生孔隙发育，SEM图像，露头样品；（d）蓝灰色无定形有机质分布在矿物基质间，反射白光，露头样品；（e）无定形有机质荧光性较弱，油浸荧光，露头样品；（f）无定形有机质呈流动状充填在矿物基质之间，SEM图像，露头样品；（g）固体沥青呈灰色或深灰色，反射白光，Blakely1井；（h）固体沥青无明显荧光性，油浸荧光，Blakely1井；（i）固体沥青与黏土矿物混合发育，内部发育有大量海绵状孔隙，SEM图像，Blakely1井；（j）惰质体呈黑灰色，反射白光，Blakely1井；（k）惰质体黑色无荧光性，油浸荧光，Blakely1井；（l）惰质体发育于矿物基质间，无孔隙发育，SEM图像，Blakely1井 Fig.3 Maceral characteristics of Barnett shale |
高成熟Barnett页岩样品中最常见的显微组分为次生有机质和惰质体［图3（g）—图3（i）］。KO等［33］、SHAO等［19］利用Barnett页岩露头样品进行黄金管热模拟实验，对不同温度点下的实验样品进行SEM观察，指出固体沥青作为主要的次生有机质是由藻类、无定形有机质在热演化过程中转化形成，是泥页岩中主要的有机质类型［19，33］。固体沥青在反射光下呈黑色、深灰色、灰色等颜色，在油浸蓝光下一般无荧光性。主要赋存在矿物基质间或内部，无固定形态，通常呈现出充填特征。惰质体来自于陆源高等植物，以具有形态的颗粒状零散分布在页岩基质中［图3（j）—图3（l）］。惰质体的芳香化程度和反射率对比其他几个显微组分是最高的，基本无生烃能力［29，34］。在反射光下惰质体通常呈灰白色或亮白色，在油浸蓝光下无荧光性，呈现黑色。高成熟Barnett页岩样品中固体沥青含量约为73.4%，惰质体含量约为15.3%（表2）。
3.2 不同类型有机质分子结构特征
有机质分子结构的研究对于揭示页岩内显微组分类型和演化程度具有重要意义。红外光谱技术是表征显微组分及其在演化过程中官能团构成变化的有效技术手段［7，11，23，35-41］。前人使用傅里叶红外光谱技术，对煤中基本有机官能团的红外吸收波段进行了测试与总结（表3）。以Ⅱ型干酪根为例，随埋深增大有机质红外光谱谱图也在规律性地变化（图4）。首先C=O峰（1 710 cm-1）下降最为明显，对应着含氧量的迅速减少。其次1 450 cm-1、2 850 cm-1和2 920 cm-1波段的脂肪族吸收CH2和CH3峰值会迅速降低，表明大量的CH3、CH2基团以烃类形式排出。C=O、CH2和CH3基团呈逐渐下降趋势，表明有机质的烷基侧链逐渐消耗，此时仅有芳环上的C=C吸收带的峰值（1 600 cm-1）十分突出，反映了残余有机质在芳香结构不断缩合逐渐向石墨演化过程。本文在有机岩石学分析的基础上，选取典型的显微组分开展Nano-IR分析，明确其分子结构的特征和差异。
表3 有机官能团所对应的红外吸收波段[42-44]Table 3 The infrared absorption band corresponding to the organic functional group[42-44] |
| 波段/波数（cm-1） | 对应官能团 |
|---|---|
| 1 050~1 100 | 芳基烷基中醚键—C—O—C—伸缩振动 |
| 1 220~1 275 | 芳基烷基中醚键—C—O—C—伸缩振动 |
| 1 300~1 475 | CH2和CH3弯曲振动 |
| 1 600 | 芳香族C=C伸缩振动 |
| 1 710 | C=O伸缩振动 |
| 1 735 | C=O脂类伸缩振动 |
| 1 765~1 775 | C=O伸缩振动 |
| 1 835 | （C=O）伸缩振动 |
| 2 850，2 920 | 脂类CH、CH2和CH3伸缩振动 |
| 2 950 | 脂类CH3伸缩振动 |
| 3 000~3 100 | 芳香族C=C伸缩振动 |
低成熟Barnett页岩样品中藻类体在2 850 cm-1与2 920 cm-1处具有非常明显的脂肪链CH2和CH3伸缩振动吸收峰，在1 450 cm-1处也存在脂肪链CH2和CH3不对称弯曲振动峰，这些脂肪链是烃类形成的重要基础［图5（a）—图5（f）］。在1 710 cm-1表现出了强烈的芳香族C=O伸缩振动吸收峰，3 000~3 100 cm-1和1 600 cm-1波段处芳香族C=C伸缩振动吸收峰微弱，代表了该类有机质芳构化程度较低，这也印证了该页岩样品成熟度较低。Barnett页岩中藻类体Nano-IR特征与新奥尔巴尼页岩、立陶宛波罗的海盆地和威利斯顿盆地巴肯组页岩内的藻类体红外光谱特征类似［11，33，35］。无定形有机质与藻类体的红外光图特征峰相似，1 450 cm-1、2 850 cm-1与2 920 cm-1波段脂肪族吸收的特征峰最为明显，但无定形有机质的C=C吸收峰强于藻类体的C=C吸收峰，且C=O吸收峰与脂类吸收峰略低于藻类，表明其芳构化程度略高于藻类。两类有机质在分子结构上略有差异，但大体趋势大致相同［图5（g）—图5（i）］。
图5 Barnett页岩露头样品藻类与无定形有机质典型特征与局部红外光谱（a）椭球形塔斯曼藻，反射白光；（b）同一视域内椭球形塔斯曼藻，SEM图像；（c）图（a）和（b）视域内藻类体的局部红外光谱图，C=O与脂类吸收峰明显；（d）长条状塔斯曼藻，反射白光；（e）同一视域内长条状塔斯曼藻，SEM图像；（f）图（d）和（e）视域内藻类体的局部红外光谱图，C=O与脂类吸收峰与椭球形塔斯曼藻吸收峰相似，且吸收峰值更高；（g）无定形有机质发育在矿物基质之间，反射白光；（h）同一视域内无定形有机质，SEM图像；（i）图（g）和（h）视域内无定形有机质的局部红外光谱，C=O与脂类吸收峰明显，但峰值比藻类体峰值低 Fig.5 Typical characteristics and local infrared spectra of alginite and amorphous organic matter in Barnett shale outcrop samples |
高成熟Barnett页岩样品中惰质体在1 600 cm-1波段处的芳香族C=C伸缩振动吸收峰较强，代表了较高的芳构化程度；1 710 cm-1处芳香族C=O伸缩振动吸收峰与1 450 cm-1处脂肪链CH2和CH3不对称弯曲振动峰均低于芳香族C=C伸缩振动吸收峰；2 850 cm-1与2 920 cm-1脂肪链CH2和CH3伸缩振动吸收峰值很低（图6）。固体沥青的脂肪族吸收峰远高于惰质体，芳香族吸收峰低于惰质体，表明二者之间的分子结构差异较大（图7）。固体沥青普遍发育孔隙，惰质体内部偶尔发育孔隙，其孔隙成因较为复杂，可能受压实作用的影响，固体沥青与黏土矿物充填进细胞腔中形成孔隙［46-47］。即使同为固体沥青，分子结构上的C=O官能团与脂肪链的含量也具有一定的差异。这种差异的原因可能是生烃母质与热演化程度所导致。
图6 Blakely1井惰质体典型特征与局部红外光谱（a）不规则状惰质体发育于矿物基质之间，反射白光；（b）同一视域内不规则状惰质体特征，SEM图像；（c）图（a）和（b）视域内惰质体的局部红外光谱图，C=C吸收峰明显，具有较高的芳构化程度；（d）块状惰质体发育于矿物基质之间，反射白光；（e）同一视域内块状惰质体特征，SEM图像；（f）图（d）和（e）视域内惰质体的局部红外光谱，C=C吸收峰较为明显，具有较高的芳构化程度 Fig.6 Typical features and local infrared spectra of inertinite in Well Blakely 1 |
图7 Blakely1井发育孔隙的固体沥青典型特征与局部红外光谱（a）固体沥青形貌图原子力显微镜图像；（b）同一视域内固体沥青特征，SEM图像；（c）图（a）和（b）视域内固体沥青的局部红外光谱图，C=O吸收峰降低，与C=C吸收峰基本齐高，脂类吸收峰明显；（d）充填在惰质体内的固体沥青，反射白光；（e）同一视域内充填在惰质体内的固体沥青特征，SEM图像；（f）图（d）和（e）视域内固体沥青的局部红外光谱，C=O吸收峰与脂类吸收峰有所降低 Fig.7 Typical characteristics and local infrared spectra of solid bitumen with pores in Well Blakely 1 |
3.3 有机质分子结构演化特征
Nano-IR技术是实现页岩中有机质分子结构演化研究的有效手段。通过对比不同成熟度样品中4类显微组分分子结构特征（图8），可对有机质分子结构演化特征进行分析。
藻类与无定形有机质的芳构化程度最低，C=O吸收峰值最强，脂肪族吸收峰值较高。固体沥青受热演化作用的影响，其C=O吸收峰值最低，脂肪族吸收峰值较强，甚至超过部分无定形有机质，这也符合TISSOT等［45］的研究中提出的在热演化过程中，C=O吸收峰是第一个且最迅速下降的吸收峰，侧面反映了该固体沥青还有继续进行演化生烃的可能性。惰质体的脂肪族吸收峰是最低的，C=O吸收峰与脂肪族吸收峰均低于C=C吸收峰，是芳构化程度比较高的显微组分，且内部CH2、CH3官能团含量很低。
将低成熟样品内不同有机显微组分1 300~1 800 cm-1波段红外光谱进行线性校正和归一化（以C=C为1进行归一化）后进行对比发现（图9），即使同为塔斯曼藻，不同个体之间的芳构化程度与脂肪族吸收峰代表的官能团含量并不相同，无定形有机质的芳构化程度也并不相同。1 450 cm-1的脂肪族吸收峰在一定程度上可以反映有机质的生烃潜力，藻类与无定形有机质的脂肪族吸收峰高低不一致，芳构化程度也表现得各不相同，总体来看样品内的2种显微组分在分子结构方面具有一定差异，但特征峰趋势相同。较高的肪族吸收峰与较低的芳构化程度奠定了低成熟的Barnett页岩在热演化过程中很强的生烃能力。
固体沥青是由藻类或无定形有机质在热演化过程中形成的次生有机质。在热演化过程中，不论是藻类或无定形有机质，最先脱去的是C=O官能团，随着演化程度的增加，O/C原子比迅速下降，部分固体沥青会发生降解，逐渐脱去CH2、CH3官能团，脂类吸收特征峰下降，H/C原子比迅速下降，该阶段可能排出大量烃类物质。随着H/C与O/C的原子比不断降低，沥青反射率不断变大，芳香族吸收峰值逐渐开始增强，慢慢以富碳、缩聚为特征，往越来越稳定的分子结构发育。不同的固体沥青所表现出的分子结构也具有差异，造成这一差异的原因可能是固体沥青前驱物的不同。
KALKREUTH等［48］引入了A、C因子进行干酪根的分型与成熟度的鉴定，A因子可用于确定富有机质页岩的生烃潜力。CRADDOCK等［24］认为A因子表达了脂类吸收峰与芳香环官能团的光谱吸收峰强度之比，C因子表达了含氧官能团与芳香官能团的光谱吸收峰强度之比，因此在红外光谱中，将A、C因子分别作为H/C与O/C［11］。通过显微组分的红外光谱数据计算各显微组分的A、C因子，构建的伪范—克雷维纶图分析不同有机质分子结构和演化程度的差异（图10）。从图10可以看出，藻类在所有显微组分中A因子与C因子最高，其次是无定形有机质，这2种有机质类型奠定了烃类生成的物质基础。固体沥青相比藻类体和无定形有机质，C因子降低较为明显，A因子略有下降，说明固体沥青还有继续生烃的能力。惰质体的A、C因子含量均不高，说明惰质体的芳构化程度较高，且生烃潜力较差。藻类、无定形有机质与固体沥青的氢、氧含量差异相对较大，而惰质体的氢、氧含量差异并不显著，这是由于惰质体基本不受热演化作用影响，其内部官能团几乎没有较强的变化。不同成熟度样品中藻类、无定形有机质和固体沥青基本遵循着Ⅱ型干酪根的演化趋势，表明固体沥青的生烃母质主要来源于藻类和无定形有机质。相比藻类和无定形有机质，固体沥青具有较小的C因子，符合演化过程中生烃母质先脱去C=O官能团的特征。这些观察结果表明，有机质的热演化过程是不同显微组分内的各种有机官能团先后脱落和演变的过程，显微组分分子结构的差异是生烃能力的重要影响因素。
4 结论
Nano-IR技术利用了原子力显微镜与红外光谱联用技术，可对单个有机质的形貌进行刻画，同时可对单个有机质内官能团的分布与差异性进行研究，为研究纳米尺度下有机质的地球化学信息提供了有效手段。Barnett页岩无定形有机质、藻类体、固体沥青和惰质体纳米尺度红外光谱表现出不同特征，藻类体与无定形有机质的脂肪链吸收峰与C=O吸收峰强烈，且分子结构的整体趋势大致相同，藻类体的氢含量略高于无定形有机质，芳构化程度略低于无定形有机质。固体沥青具有较高的脂肪链吸收峰，C=O吸收峰较低，惰质体的C=C吸收峰最明显。基于红外光谱计算得出的A、C因子可以预测有机质的生油气潜力和演化程度。不同成熟度Barnett页岩样品中藻类、无定形有机质和固体沥青基本遵循着Ⅱ型干酪根的演化趋势，表明固体沥青的生烃母质主要来源于藻类和无定形有机质。
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