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石油作为优质的能源和重要的化工原料,石油本身形成的结构规律是其勘探、开发与炼制工作的主要依据。发展精确、可靠的石油检测技术的是解决能源战略问题的重要保障。本论文基于THz波对于有机分子的构型、构象变化反应灵敏特性,以石油生成的母质及石油分馏物作为研究对象,对其进行了太赫兹光学探测,为石油资源的评价、原油与各馏分的组成、结构、性质的分析与对比提供了新的理论与方法。主要取得了以下研究成果:
1.利用太赫兹时域光谱技术在室温氮气环境下对侵入岩、喷出岩、沉积岩类样品进行了光谱测试,得到了0.3-1.4THz光谱区间的太赫兹光学参数,分析了样品的硅化程度及金属矿物质对吸收谱的影响,通过对岩石样品的初步定性分析,建立了岩石的THz光谱采集系统方案和实验条件。
2.研究了在封闭系统和半封闭半开放系统的热模拟生烃方式下,经历不同生烃模拟温度、压力的黑色泥岩和灰色泥岩中干酪根的光学性质,用样品的太赫兹吸收谱和折射率谱建立了干酪根的演化模型,分析了干酪根在未成熟阶段、成熟阶段、过成熟阶段的生烃情况与太赫兹波的吸收、折射的关联性,并用常规的镜质体反射率实验进一步验证了所建立的太赫兹波段干酪根演化模型的正确性。
3.对同一地区不同油井含水原油进行了太赫兹光谱探测,分析了水对太赫兹波的影响以及在相对低频处出现的微弱峰进行了解释,同时将样品的太赫兹吸收谱与样品的傅里叶中红外吸收谱进行了比较,验证了太赫兹波对原油样品结构细微变化的敏锐性。
4.在不同产地脱水原油经过超声处理后的太赫兹光学实验中发现,由原油超声过程中的变性所引起的原油多级结构及其构像的变化,大大影响了THz波的透射光谱,从而实现了用THz光谱鉴别超声原油变性的可行性,进一步为原油超声处理时超声强度、频率、作用时间等参数的选择提供理论参考。
5.根据4种不同型号汽油以及FCC汽油中不同浓度烃类样品的的太赫兹光学信息可知,不同样品的结构和成分导致了分子振动模式和分子间氢键作用的差异,溶质浓度与吸收谱的线性关系可作为汽油中烃类物质检测的理论依据,可以鉴别不同汽油的组成与结构的细微变化。