科研进展
  • 华南植物园阐述植物功能性状与生物多样性的多尺度连接
        了解生物多样性的起源、分布规律和动态变化的内在机制是现代生态学的关键问题。基于功能性状的生态学(Trait-based ecology)强调植物功能性状在群落构建和生态系统功能中的重要性,然而,功能性状也可以在更广泛的时间和空间尺度上提供与生物多样性的链接。因此,需要构建一个多时空尺度、基于植物功能性状评估全球变化对生物多样性影响的研究框架,以探究生物多样性形成和维持的生理生态机制,助力未来气候变化下生物多样性的保护和预测。    中国科学院华南植物园植物生态与环境科学中心(PI叶清研究员)的刘慧副研究员,联合群落生态、生态系统、生物多样性、全球变化领域的多位科学家,提出了利用植物功能性状从不同生态维度分析和预测生物多样性的新视角,并同时考虑了演化和环境的影响(图1)。文章主要观点:1)在植物个体和物种尺度,不同器官、种内和种间的性状变异对于评估物种形成的生态演化动态至关重要,其对气候变化的响应也是物种生长和死亡的关键;2)在群落尺度,基于功能性状形成的生态位和适合度分化是当代物种共存理论的基础,而尚具争议的功能性状与群落动态之间的相关性则是深入了解生物多样性维持的切入点;3)在生态系统尺度,植物功能性状和功能多样性共同驱动了生物多样性-生态系统功能之间的链接,并可提供物种和生态系统水平的环境耐受阈值;4)在全球尺度,植物功能性状可以揭示影响物种分布和全球生物多样性的重要过程,如引起物种形成或灭绝的关键性状,气候多样性-地理多样性-生物多样性之间的关系等。最后,作为和功能多样性并列的系统发育多样性,是生物多样性的重要组成部分,也是物种微观和宏观演化的基础。演化生态位保守性和环境共同影响了性状及其可塑性,并且影响性状之间的协同和权衡关系,从而导致环境变化下群落和生物多样性的改变。    该研究系统总结了植物功能性状在物种适应与共存、生物多样性-生态系统功能、物种分布和全球生物多样性中的作用的研究进展,以整合功能性状的理论和方法来研究生物多样性,并讨论了全球环境变化下功能性状和生物多样性相结合的未来研究趋势。相关研究成果已近期发表在国际学术期刊Biological Diversity上。论文链接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/bod2.12004图1. 植物功能性状与生物多样性的多尺度链接    Biological Diversity是由中国科学院华南植物园2024年创办的一本同行评议、开放获取的全英文国际期刊(前三年免版面费)。主编是中国科学院华南植物园主任任海研究员和英国莱斯特大学John Seymour (Pat) Heslop-Harrison教授。与国际知名出版商Wiley合作全球出版发行。本刊以生物多样性保护与资源可持续利用为重点,致力于发表生物多样性研究领域原创性、开拓性、应用性成果与前沿进展,特别支持跨学科研究成果的发表,为生物多样性研究领域的学者搭建国际性高水平学术交流平台,并打造生物多样性研究领域的综合性国际旗舰期刊,共同推动生物多样性研究领域的进步与发展。期刊网站:https://onlinelibrary.wiley.com/journal/29944139,欢迎感兴趣的科研人员投稿!
    2024-04-30
  • 华南植物园绘制燕麦野生种基因密码图谱
        燕麦曾是土耳其安纳托利亚地区小麦田中的杂草,在三千多年前被驯化,其基因组遗传多样性丰富,表现为基因组较大 (12.6 Gb,6x),具有类似马赛克的染色体镶嵌结构,导致燕麦染色体结构变异的进化事件知之甚少,而其二倍体野生种基因数量相似,是燕麦抗逆、适应性状的基因宝库。为此,珍稀濒危植物保育研究组刘青团队,采用基因组学技术,组装燕麦野生种基因组序列,开展比较基因组学研究,研究结果加深人们对燕麦基因组起源的认识。    中国科学院华南植物园植物科学研究中心刘青副研究员等科研人员通过基因组测序和组装,获得高质量的长颖燕麦 (Avena longiglumis,2n = 2x = 14) 基因组3.85 Gb,注释40,845个蛋白质编码基因 (图1),并获得耐盐的转录组数据,为燕麦耐盐基因的开发带来新启示。    比较基因组学研究发现,燕麦属野生种——长颖燕麦和异颖燕麦 (A. eriantha,2n = 2x = 14) 的共线性区域高度保守;二倍体野生种染色体易位发生在近端粒50 Mb的区域 (图2),六倍体燕麦也存在类似的基因组间易位;确定燕麦属发生过post-rho全基因组复制事件。该研究重构禾本科早熟禾亚科的进化史,为燕麦基因组辅助育种奠定重要的理论基础,将推动燕麦野生种质资源应用。    相关研究成果已近期发表在国际学术期刊Scientific Data和BMC Plant Biology上。华南植物园刘青副研究员 (第一作者) 和John Seymour Heslop Harrison教授为共同通讯作者,华南植物园涂铁要副研究员、已毕业博士王梓维、硕士研究生熊圭参与该研究工作。该研究得到国家自然科学基金、广东省基础与应用基础研究基金、中国科学院华南植物园海外知名学者项目的资助。论文链接:Liu et al. Scientific Data,2024,https://doi.org/10.1038/s41597-024-03248-6Liu et al. BMC Plant Biology,2023,https://doi.org/10.1186/s12870-023-04644-7图1. 长颖燕麦基因组特征分析图2. 早熟禾亚科代表种祖先核型重建
    2024-04-29
  • 国家重点研发计划“牛羊营养代谢平衡与甲烷减排技术”项目启动会在中国科学院亚热带农业生态研究所召开

    4月25日至27日, 十四五国家重点研发计划畜禽新品种培育与现代牧场科技创新重点专项牛羊营养代谢平衡与甲烷减排技术项目启动会在中国科学院亚热带农业生态研究所召开。4月25日至27日,“十四五”国家重点研发计划“畜禽新品种培育与现代牧场科技创新”重点专项“牛羊营养代谢平衡与甲烷减排技术”项目启动会在中国科学院亚热带农业生态研究所召开。项目管理部门和依托单位领导、专家组和项目成员等80余人参加了会议。26日上午开幕式上,亚热带生态所党委书记谭支良致辞。他代表牵头单位对项目领导及专家的到来表示感谢,并表达了对项目团队共同努力、确保项目高质量完成的期望。随后,中国科学院科技促进发展局农业科技办公室副主任王竑晟通在线上会议对项目启动表示热烈祝贺。他表示科发局将全力支持项目开展研究工作,做好协调和支撑保障,确保项目顺利开展和各项任务圆满成功。湖南省科学技术厅技术创新处调研员黄凯歌对各级专家与单位对此项目的支持和指导表示感谢。他指出项目进行中要注意形成协同创新体系,形成跨学科且具有原创性的成果,在畜牧养殖高效低排放方面取得突破,加强成果转化机制,共同推进人才建设和畜牧业的长远可持续发展。最后,中国农村技术开发中心专项管理团队项目专员蒋立围绕新形势新要求、专项总体情况、专项管理做法及重点关注事项等方面作了关于专项组织实施的报告。他指出要强化担当使命、制度建设、总结凝练和科研诚信,号召各方携起手来、通力合作、奋力前行,共同落实产业科技理念,为加快建设农业强国和全面推进乡村振兴做出新的更大贡献。项目成员一致同意推选姚斌院士为项目专家组组长。随后,姚斌主持了AHC瘤胃甲烷排放监测设备(3.0版)揭幕仪式。项目首席科学家王敏研究员代表项目组作启动会汇报,从研究目标和考核指标、研究方案完善情况、研究内容与任务分工、预期成果和绩效分析、组织管理和保障措施、项目研究进展情况和项目执行难点,及应对举措等方面汇报了项目执行与管理方案。项目咨询和指导专家、中国工程院院士姚斌和印遇龙,教授姚军虎、王军军、朱伟云、陈代文、林海、单安山,全国畜牧总站研究员刘桂珍,以及用户代表潘翠、魏勇、李志才、宛博和白振川等人,对项目进行了点评并就项目实施管理方案提出了针对性建议。26日下午,课题负责人研究员王敏,教授王佳堃、成艳芬、曹志军、甄玉国等分别就研究目标和考核指标、研究内容和任务分工、工作计划和时间节点和课题研究总体进展情况等进行了汇报。与会的专家组成员围绕实施方案、技术难度、验收标准、协调推进等一系列问题展开质询论证。专家针对各课题的汇报情况,从国家对项目立项初衷、项目的任务目标需要达到的要求、项目实施方案中的不足等进行了关键点梳理,并对项目实施过程中可能会遇到的问题,以及可以进一步提升的内容提出了建设性意见。最后,王敏衷心感谢专家组提出的宝贵意见,并表示将协同各课题组进一步做好规划、优化实施方案细节。各参与单位表示将对本项目加强支持力度,团结协作,保质保量完成各项任务目标。国家重点研发计划“牛羊营养代谢平衡与甲烷减排技术”项目于2023年12月立项,项目参与单位包括中国科学院亚热带农业生态研究所、浙江大学、南京农业大学、中国农业大学、吉林农业大学、中国农业科学院北京畜牧兽医研究所、兰州大学、西南大学、河北农业大学、长春博瑞科技股份有限公司等10家单位。项目将创新中国牛羊营养代谢平衡和瘤胃甲烷减排的理论基础,研发促进能量利用和抑制甲烷生成的饲用添加剂产品,建立高效低排放节粮型日粮配制技术,构建牛羊营养增效调控技术体系,建成牛羊节粮高效低碳养殖的示范样板,为“乡村产业振兴”“肉奶食物安全保障”和“双碳”计划等国家战略的实施提供科技支撑。谭支良致辞(王昊昊 摄)王竑晟发言(李秋爽 摄)黄凯歌发言(王昊昊 摄)蒋立作报告(王昊昊 摄)领导和专家参加揭幕仪式(王昊昊 摄)王敏汇报(王昊昊 摄)参会专家及用户代表进行讨论(王昊昊 摄)课题负责人汇报(谢欣 摄)参会人员合影(王昊昊 摄)
    2024-04-28
  • 广州健康院许永团队在CBP/p300的PROTAC降解剂研究中获得进展
    近日,中国科学院广州生物医药与健康研究院许永研究员课题组报道了一种新型的、高效的靶向CBP/p300的PROTAC降解剂,可用于治疗急性髓系白血病(Acute myeloid leukemia,AML)。相关成果近日以“Discovery of Highly Potent and Efficient CBP/p300 Degraders with Strong In Vivo Antitumor Activity”为题发表在美国化学会(ACS)Journal of Medicinal Chemistry上。近日,中国科学院广州生物医药与健康研究院许永研究员课题组报道了一种新型的、高效的靶向CBP/p300的PROTAC降解剂,可用于治疗急性髓系白血病(Acute myeloid leukemia,AML)。相关成果近日以“Discovery of Highly Potent and Efficient CBP/p300 Degraders with Strong In Vivo Antitumor Activity”为题发表在美国化学会(ACS)Journal of Medicinal Chemistry上。AML是常见的血液恶性肿瘤之一,严重威胁患者的生命健康。AML患者的五年总生存率低于40%,而且发病率随着年龄的增长而增加。因此,临床上亟需开展基于新靶标、新机制的抗AML药物研究。环磷酸腺苷反应元件结合蛋白(CREB)结合蛋白(CREBBP,CBP)及其高度同源的腺病毒EA1结合蛋白(EP300,p300)作为转录共激活因子与AML的发生发展密切相关。近20多年来,许多CBP/p300小分子抑制剂被报道。其中,CellCentric公司开发的CCS1477率先进入临床1/2期研究,用于白血病、前列腺癌等癌症的治疗。然而,目前还没有相关药物上市。许永团队长期致力于CBP/p300小分子抑制剂的研究,并获得了系统性的研究成果(Eur. J. Med. Chem. 2018;Acta Pharmacol. Sin. 2019;J. Med. Chem. 2022;Bioorg. Chem. 2024)。然而,CBP/p300小分子抑制剂会面临两个问题:(1)化合物长期暴露会导致耐药;(2)化合物单独靶向CBP/p300的HAT或BRD域可能无法完全消除其功能。因此,迫切需要一种新的策略,以获得更有效的治疗。蛋白降解靶向嵌合体(PROteolysis TArgeting Chimeras,PROTAC)是一种利用小分子来调节蛋白水平的靶向蛋白降解技术。PROTAC分子可以诱导靶蛋白与E3连接酶相互靠近并,使靶蛋白被泛素化,之后被蛋白酶体降解。在本研究中,我们选择CCS1477作为CBP/p300的配体,沙利度胺作为E3连接酶CRBN的配体,设计合成了系列CBP/p300 PROTAC分子(图1)。通过系统的构效关系研究和生物活性评价,该团队发现了两个高活性的具有双芳香环Linker的CBP/p300降解剂XYD190和XYD198(图2)。这两个降解剂可有效抑制AML细胞系MV4;11的增殖(IC50分别为1.8 nM和0.9 nM),并以CRBN和蛋白酶体依赖的方式高效地降解CBP和p300蛋白(DC50 < 2 nM)(图2)。蛋白质组学研究表明,XYD190和XYD198可有效下调CBP/p300蛋白,并且对其它溴结构域家族和分子胶底物的蛋白水平无明显影响。在MV4;11异种抑制瘤模型中,XYD190和XYD198可显著抑制肿瘤的生长(TGI分别为88%和93%)(图2)。本研究为AML的治疗提供了一种采用新的作用机制的更优的候选药物。广州健康院许永研究员和张岩副研究员为共同通讯作者,许永课题组博士研究生胡建康、硕士研究生徐鸿瑞和博士研究生吴天帮为本论文的共同第一作者。该研究得到了国家重点研发计划,国家自然科学基金,广东省基础与应用基础研究项目,广州市科技计划项目,广东省“一带一路”联合实验室基金,中科院STS项目,中国博士后科学基金,广东省博士后专项的支持。论文链接图1. 靶向CBP/p300的PROTAC降解剂的设计策略图2. XYD190和XYD198的结构及活性数据
    2024-04-26
  • 华南植物园在豆科德昭藤属植物分类学研究获进展
        豆科(Leguminosae)是被子植物中物种数量仅次于菊科和兰科的第三大科,许多种类具有重要的经济、生态与社会价值。紫荆亚科(Cercidoideae)位于豆科较基部的位置,目前包含14属约335种,主要分布于泛热带地区,其中就包括了从广义羊蹄甲属中拆分出来新近成立的德昭藤属(Cheniella R.Clark & Mackinder)。该属的属名是为了纪念华南植物园陈德昭先生在豆科分类学研究中的贡献。德昭藤属分布于中国南部-西南部、中南半岛、南亚和马来西亚,分布中心在我国广东、广西和云南,在Clark等人的定义里含10种3亚种。尽管形态学和孢粉学证据都表明德昭藤属具有一系列的共衍征,明显不同于其它广义羊蹄甲属植物,但该属的界限、属下种间分类、种间系统发育以及关键性状的演化仍模糊不清或存在争议,需要进一步研究。    中国科学院华南植物园植物科学研究中心张奠湘研究员、涂铁要副研究员与英国皇家植物园(邱园)Alexandre Antonelli教授、美国史密森尼研究院文军教授等多家单位研究人员展开合作,结合形态学研究与质体系统发育基因组学技术,对德昭藤属的所有已知种类、与其形态上相近的部分显托藤属种类以及紫荆亚科代表性种类的系统关系进行了研究。研究结果确定了德昭藤属在紫荆亚科中的系统发育位置,并描述了3个新种以及2个新组合,将德昭藤属的范围扩大到15种3亚种。该研究还通过幼苗生长实验揭示了二裂的叶片形态是德昭藤属的祖先性状,全缘或微凹的叶片为衍生性状。    该研究基于形态学和质体系统发育基因组学证据对德昭藤属物种进行了系统发育分析与属种界定,为德昭藤属的分类和起源演化等方面的研究奠定了基础。相关成果近期已近期在线发表在植物分类学经典期刊Taxon上。华南植物园博士研究生古诗然为第一作者,涂铁要副研究员为通讯作者,华南植物园已毕业硕士研究生曾求标和硕士研究生蒋凯文、英国皇家植物园(邱园)Ruth Clark博士、Oscar Alejandro Pérez-Escobar博士和Alexandre Antonelli教授、美国史密森尼研究院文军教授等参与该研究工作。该项目得到了国家自然科学基金和广东省林木种质资源调查等项目的资助。论文链接:http://doi.org/10.1002/tax.13177图1. 德昭藤属与显托藤属的花部形态多样性图2. 德昭藤属和显托藤属的叶与果实形态对比图3. 基于叶绿体基因组序列重建的紫荆亚科质体系统发育树
    2024-04-26
  • ​广州能源所在动态地热资源评估方法方面取得新进展
    近日,中国科学院广州能源研究所联合中国科学院地质与地球物理研究所、中国石油大学(北京)、中石油深圳新能源研究院在地热资源评价方法方面取得新进展。该研究通过结合地下渗流数值模拟技术与高斯核密度估计方法,提出了动态地热资源评价新方法。近日,中国科学院广州能源研究所联合中国科学院地质与地球物理研究所、中国石油大学(北京)、中石油深圳新能源研究院在地热资源评价方法方面取得新进展。该研究通过结合地下渗流数值模拟技术与高斯核密度估计方法,提出了动态地热资源评价新方法。传统的地热资源评估方法,如美国地质调查局(USGS)在20世纪70年代提出的体积法,虽然在早期项目评估中发挥了重要作用,但在处理地质不确定性和开采过程中的动态变化方面存在明显不足。该研究提出的新方法结合了数值模拟技术和高斯核密度估计(Gaussian Kernel Density Estimation ,KDE)方法,不仅考虑了储层的非均质性,还模拟了在储层物性参数不确定性条件下的流体流动和热量传递过程,为地热资源的动态评估提供了一种新方法。其中,数值模拟是该方法的核心。通过模拟地热储层中的流体流动和热量传递过程,该方法能够精确地模拟地热系统在实际操作中的响应。这包括了对储层几何结构的复杂性、流体流动的物理特性以及热传递机制的综合考虑。在使用该方法进行动态资源评估过程中,采用了地下渗流数值模拟软件Delft Advanced Research Terra Simulator(DARTS)。研究团队成员田小明为该软件主要开发者之一。DARTS是一款基于有限体积法的多相多组分模拟器,集合了“基于算子的线性化方法”(OBL)、“约束压力残差法”(CPR)等多种高效算法,有效整体提升数值模拟过程的计算效率。地下渗流数值模拟软件DARTS为了量化评估过程中的不确定性,该研究引入了高斯KDE方法。该方法可以估算在特定条件下(如热突破阈值、固定储层寿命和目标热量产出)的概率密度函数,不仅提高了对地热储层复杂性的理解,还为资源评估提供了更可靠的概率分布。动态地热资源评价中的各项指标研究团队通过在一系列简单均质模型和复杂非均质模型中的应用,展示了新评估方法的有效性。结果表明,增加生产井和注入井之间的距离,可以有效延长储层的使用寿命、提高最终生产井的温度,并增加能量产出。此外,研究还发现,垂直于高渗透性河道进行地热对井的布置可提高储层的产能,从而优化井位布局策略。以Brugge模型为例进行动态资源评价相关研究成果发表在地热领域期刊Geothermics(论文链接:https://doi.org/10.1016/j.geothermics.2024.103017)。该论文的第一作者为广州能源所地热能研究室田小明,通讯作者为中国科学院地质与地球物理研究所孔彦龙和广州能源所龚宇烈。研究获得第三次新疆综合科学考察项目、国家自然科学基金项目、中国科学院青年创新促进会等项目的支持。
    2024-04-26
  • 广州地化所:

    长白山三万年前大喷发事件的初次厘定和精确定年

    大型爆炸式火山喷发能在短时间内释放出巨量的能量、火山碎屑和火山气体,通过引发地表降温并改变水文循环,从而对全球气候和环境造成短暂但显著的影响。同时,这类事件也对人类的生存和现代社会的运转构成重大威胁(e.g.,2022年汤加火山喷发)。了解火山过往的喷发历史,能为掌握其活动规律、判别其危险程度和进行灾害预警提供关键信息。长白山是我国最具潜在喷发危险的一座大型复合式活火山,尽管过往的研究使人们对该火山有了较多的了解,但关于其完整的爆炸式喷发序列,至今仍未能可靠地建立。    近日,中国科学院广州地球化学研究所陈宣谕副研究员、徐义刚院士联合中、英、德、韩等国科学家,利用显微火山灰方法,首次在日本海沉积物中鉴定出长白山三万年前一次大型喷发事件的产物。根据海洋火山灰独特的化学成分(图1),该研究判定其与长白山火山口边缘巨厚的火山浮岩(天文峰黄色浮岩,图2)是同期喷发活动的产物。天文峰黄色浮岩的喷发年龄一直是长白山重要的未解之谜,过往各种定年方法给出的结果大相径庭(年代估算从1千年到5万年都有,图2)。本研究综合利用海洋沉积物14C测年、火山灰年代学、贝叶斯年龄建模等方法,为黄色浮岩喷发提供了可靠的年龄制约(图3),揭示了这一事件发生在距今29,948-29,625年以前(95.4%置信度)。    总结起来,该研究识别出长白山一次先前未知的重要喷发事件(约3万年前,火山灰传播超600km),揭示了天文峰黄色浮岩的喷发年龄,修订了长白山十万年以来爆炸式喷发历史(图1d)。鉴于黄色浮岩喷发事件与区域乃至半球尺度的气候突变事件(Heinrich Event 3,H3)在时间上耦合(图4),该喷发的火山灰为阐明H3事件东亚环境响应的区域差异提供了关键的时间标志层。    该研究成果近期发表于国际地学期刊《Journal of Geophysical Research: Solid Earth》,研究受国家自然科学基金、南方海洋科学与工程广东省实验室(广州)人才团队项目和同位素地球化学国家重点实验室科研启动项目共同资助。    论文信息:Chen,X.‐Y.(陈宣谕)*,Xu,Y.‐G.(徐义刚),Tarasov,P. E.,Leipe,C.,Kim,J.‐H.,Yan,S.(严爽),Park,M.-H.,Chun,J.-H.,Chen,C.(陈聪),He,P.-L.(贺鹏丽),Blockley,S.P.E.,(2024). Revisiting the Tianwen Yellow Pumice (TYP) eruption of Changbaishan volcano: Tephra correlation,eruption timing and its climatostratigraphical context. Journal of Geophysical Research: Solid Earth,129,e2023JB028563.论文链接:https://doi.org/10.1029/2023JB028563图1. 日本海火山灰(13PT-P4_411)与天文峰黄色浮岩(TYP)在长白山已知的火山灰中具有独特且一致的主量元素组成。图2. (b)天池火山口边缘50米厚的天文峰黄色浮岩(TYP);(c)天文峰黄色浮岩过往的测年结果。图3. 贝叶斯统计建模方法为(a)日本海沉积序列、(b)13PT-P4_411火山灰提供年龄估算。图4. 古气候记录显示天文峰黄色浮岩喷发(TYP)与区域乃至半球尺度气候突变事件(Heinrich Event 3,H3)在时间上耦合。
    2024-04-25
  • 广州地化所:生物降解和后期热成熟作用叠加过程中原油极性杂原子化合物的转化规律
    我国西部含油气盆地如塔里木盆地、四川盆地等都属于叠合盆地,其中许多油气藏都经历了早期生物降解作用和后期热成熟作用的叠加次生改造。以塔北哈拉哈塘地区为例,许多古油藏在海西晚期被大幅抬升,埋深升至800-2000米,油藏的温度在30-75℃,原油广泛遭受生物降解;之后油藏不断沉降,现今埋深已超6000米,温度达160℃左右,原油后期经历热成熟作用(如图1所示)。叠加次生改造会显著改变原油的性质,包括生物标志物,从而影响原油来源、成熟度和生物降解程度的判断及油气资源的评估。因此,深入研究生物降解和后期热成熟作用叠加过程中原油中化合物的转化规律对重建叠合盆地古油藏的地质改造历史至关重要。图1. 塔北油藏Ha701井剖面及埋藏史前期中国科学院广州地球化学研究所廖玉宏研究员课题组对生物降解和后期热成熟作用叠加过程中原油中生物标志物的变化特征及原油再生气潜力进行了深入的探讨。研究表明常用的油源对比指标会在某种情况下失效,如C27–29规则甾烷的分布会在中度生物降解阶段失效,TT23/H30和H29/H30的比值会在严重生物降解阶段失效。同时这些参数由于热成熟作用改造而失去了指示油源的能力。遭受严重生物降解的原油估算的裂解气气体产量仅为未经历过生物降解原油的25-50%。原油中极性化合物含有氮、氧和硫等杂原子基团,是原油的关键组分,蕴含着丰富的地球化学信息,能用于判断有机质来源、沉积环境和原油成熟度。这些含杂原子的极性化合物对叠加次生改造作用较为敏感。其含量会随着生物降解程度的增加而显著增加,在严重生物降解的原油中可超过70%。目前,尽管针对单一生物降解或热成熟作用影响下极性杂原子化合物的转化规律已有若干研究报道,并且一些基于极性化合物的参数已被提出并能有效评估原油所经历的生物降解或热成熟程度,但是这些研究忽略了多重次生改造作用的叠加效应,有些指标会在叠合盆地的应用中失真甚至失效。因此,揭示极性杂原子化合物在叠加次生改造过程中的分子转化特征对于重建油藏的地质改造过程具有重要意义。近期,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室FT-ICR MS仪器工程师蒋彬与廖玉宏研究员等对一套不同生物降解程度的辽河原油和油砂及其热解产物中极性杂原子化合物的分子组成变化进行详细的分析。主要研究成果如下:(1)揭示了不同杂原子极性化合物在叠加次生改造过程中的分子转化规律:对于典型O2类化合物,轻度和中度阶段的生物降解可导致O2酸类化合物的增加(图2a),而重度生物降解阶段会导致脂肪酸分解为CO2,并使得1-4环的环烷酸含量增加(图2b)。随着热成熟度的增加,O2酸类化合物含量持续下降,并在成熟度(Easy Ro)0.82-1.01 %之间发生快速裂解,生成正构烷烃(图2b和2c);对于典型N1类化合物,长碳链的中性和碱性氮化合物比短链和较高缩合度的化合物更容易发生生物降解(图3a)和热裂解(图3b)。(2)提出了基于极性化合物的适用于叠加次生改造作用下的生物降解和热成熟度的新计算参数(图4a),计算结果准确且适用范围比常规的生物标志物指标更宽(EasyRo最高可达1.58%,图4b)。图2. O2类化合物在叠加次生改造过程中的分子转化规律与饱和烃的联系。不同样品中(a) O2类化合物相对强度,(b)不同DBE值O2类化合物相对强度和(c)饱和烃分布图3. N1类化合物在(a)生物降解作用和(b)热成熟作用过程中的分子转化规律。红色和蓝色分别表示的是在改造作用下化合物相对强度持续增加和减少图4. 适用于叠加次生改造作用下的生物降解和热成熟度模型及结果。(a)计算参数,(b)生物降解和热成熟度参数的模拟结果本研究充分发挥了FT-ICR MS在分析极性杂原子化合物方面的无与伦比的优势(超高分辨率和质量精确度),阐明了极性化合物在叠加次生改造作用下的分子转化规律,进而提出了基于极性化合物适用于叠加次生改造作用下的生物降解和热成熟度的新计算参数。这些研究结果不仅展现了极性化合物在重建叠合盆地古油藏的地质改造历史方面的强大潜力,还为理解原油组分在地质环境中经历的复杂地球化学变化提供了新的视角。该研究成果近期发表于国际期刊《Organic Geochemistry》上,得到了国家自然科学基金,中国科学院战略重点研究专项基金和中国科学院广州地球化学研究所“涂光炽优秀青年学者”计划B类等项目的资助。论文信息:Jiang, B.(蒋彬); Liu, W.(刘卫民); Liao, Y.(廖玉宏); Peng, P. a(彭平安). Molecular transformations of heteroatomic organic compounds in crude oils caused by biodegradation and subsequent thermal maturation: Insights from ESI FT-ICR MS. Organic Geochemistry 2024, 188, 104741.论文链接:https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2024.104741
    2024-04-25
  • 广州地化所:四川盆地丁山鼻状背斜五峰-龙马溪组页岩孔隙结构和页岩气产量非均质性的控制因素
        继在涪陵礁石坝的五峰-龙马溪组页岩气勘探取得重大突破之后,近年来中国石化在四川盆地东南缘的丁山鼻状背斜再次实现了大突破,丁山有望成为第二个“礁石坝”。尽管如此,该地区多个页岩气生产井的日产量存在显著差异(图1B)。一般而言,随着埋深以及与齐岳山断裂的距离增大,页岩气日产量有增加的趋势,然而丁页2井距离齐岳山断裂最远,却有着较低的页岩气日产量。为了厘清导致页岩气日产量存在显著差异的地质条件,中国科学院广州地化所廖玉宏研究员课题组对丁山地区多个勘探井和生产井的页岩样品进行了系统的采集和分析。钻井井包括较浅的安稳-1(AW-1)、三泉-1(SQ-1)和双河-1(SH-1),五峰组底界深度大致为100米(范围90~160 m),以及较深的丁页1(DY-1)和丁页3(DY3),其五峰组底界深度约为2100 m。这些钻井与齐岳山逆冲断裂的距离也不相同。研究团队全面分析了这些页岩样品的有机质丰度(TOC)、矿物成分、孔隙度以及孔隙结构,并探讨了研究区的地质条件对页岩的物性特性和含气性/产量之间的关系。图1 丁山地区地质和构造简图(图1B中的数字显示页岩气日产量)    研究显示,丁山鼻状背斜的页岩气产量受到多种因素影响。地层抬升对页岩储层孔隙度的影响不显著(图2A),表明区域差异性抬升和侵蚀对五峰-龙马溪组页岩岩心样品的孔隙度影响很小。五峰-龙马溪组页岩的孔隙度和孔隙连通性随着与区域逆冲断层距离的增加而提高(图2B)。此外,页岩气含量与孔隙度正相关(图2C),表明高气含量在一定程度上阻碍了地层被压实及挤压导致的孔隙度降低。这一发现有助于解释为何某些高孔隙度的页岩储层具有较高的页岩气产量。反之,高孔隙度也有利于页岩气从页岩储层中的释放。图2. 影响页岩孔隙度的因素    页岩物性研究发现,研究区的机械压实作用是由埋藏深度引起的垂直应力和构造变形引起的水平应力共同作用的结果。图3显示,较浅的100米深度(AW-1、SQ-1和SH-1)的五峰-龙马溪组页岩样品的无机孔(当TOC=0%)的总孔隙体积和比表面积均显著大于2100米深度的样品(DY1,DY3),说明埋深的增加导致孔隙体积和比表面积减小。此外,五峰-龙马溪组页岩的孔隙结构还受到齐岳山逆冲断裂的影响(图3)。逆冲断裂附近的水平应力可诱发固体沥青的塑性及脆性变形,安稳-1井中固体沥青颗粒沿层理方向发育出良好的S形特征及不同宽度的裂隙(图4A,B)。这种变形可能导致孔隙结构的破坏,进而影响页岩气的存储和流动。AW-1、DY1、SQ-1、DY3和SH-1等钻井距离齐岳山逆冲断层的距离分别为约2 km、7 km、10 km、15 km和50 km,这些钻井的页岩样品总孔体积(Vtotal)与TOC之间的线性回归线的斜率分别为1.4、2.7、3.2、4.0和3.9。也就是说,距离齐岳山逆冲断层越远,页岩的孔隙体积与有机碳含量的相关性越强,斜率越高;与断层距离越近,页岩的孔隙体积与有机碳含量的相关性越低,页岩的孔隙体积与有机碳含量的相关性越弱,斜率越低,这表明水平应力的影响随着距离的增加而减弱。当距离大于15km时,断层的影响趋于不明显。这一发现为在构造复杂区确定页岩气开发的甜点区提供了科学依据。图3 页岩孔体积–TOC线性关系    在阴极发光显微镜下,方解石晶体呈现橙红色,这种颜色特征有助于识别和评估碳酸盐矿物对页岩孔隙结构的影响。研究发现,丁页2井高碳酸盐矿物页岩层段的孔隙和微裂缝被方解石更显著地胶结而变得致密(图4C,D)。因此,高碳酸盐矿物页岩层段的这种强烈的碳酸盐胶结作用很可能会对研究区页岩储层的孔隙结构及页岩气的开采产生影响。图4 页岩样品的光学图像和阴极发光(CL)显微照片。    通过综合分析,可以得出如下结论:在构造复杂区,为了实现页岩气的高效开发,最佳目标层位应当是有机碳丰富、黏土和碳酸盐矿物含量低的页岩层,且甜点区需要与区域逆冲断层保持适宜距离(如15 km)。该研究揭示了页岩气产量、含气性、孔隙结构以及地质条件之间的复杂关系,也为揭示海相页岩气的富集机理和保存条件提供了有用的信息,对复杂构造区域的页岩气勘探也具有指导意义。研究得到了中国科学院先导专项(B类和A类)的资助,研究成果近期发表在能源地质领域国际期刊《International Journal of Coal Geology》,第一作者为助理研究员郑益军,通讯作者为廖玉宏研究员,共同作者还包括熊永强研究员、王云鹏研究员、彭平安院士和中国石化勘探开发研究院无锡石油地质研究所王杰博士。      论文信息:Zheng,Y.(郑益军),Liao,Y.*(廖玉宏),Wang,J.(王杰),Xiong,Y.(熊永强),Wang,Y.(王云鹏),Peng,P.(彭平安),2024. Factors controlling the heterogeneity of shale pore structure and shale gas production of the Wufeng–Longmaxi shales in the Dingshan plunging anticline of the Sichuan Basin,China. International Journal of Coal Geology 282,104434. 论文链接:https://doi.org/10.1016/j.coal.2023.104434
    2024-04-25
  • 广州地化所:原子力显微镜和纳米压痕结合原位表征及测定页岩中有机质的力学性质

    页岩中有机质力学性能的精确测定对于页岩储层力学性能的预测和表征具有重要意义。由于有机质颗粒在页岩中一般以微米级且呈分散状分布,准确评估其实际力学响应具有一定的挑战性。近日,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室博士后王建丰在熊永强研究员和彭平安研究员的指导下,与挪威奥斯陆大学François Renard教授合作,选取四川盆地五峰组-龙马溪组的页岩样品,提出了一种基于原子力显微镜(AFM)与光学显微镜结合的方法,用于定位页岩中的有机质,并通过AFM来可视化和量化其杨氏模量(图1和图2)。通过对比分析原子力显微镜(AFM)与传统纳米压痕技术在测定页岩中有机质力学性能方面的优劣(图1),表明原位纳米压痕和原位AFM测试相结合能更准确地表征页岩中有机质的力学性能。相同热成熟度下,页岩中笔石的杨氏模量和硬度略大于页岩中固体沥青的力学参数值。原位AFM和原位纳米压痕的结果均表明,随着成熟度的增加,有机质的力学参数也随之增加(图3)。总体而言,两种技术相结合的方法在页岩有机质力学性质的精确表征显示出巨大的潜力。上述实验提出了精确表征页岩中有机质力学性质的方法,对于促进准确建立相应岩石力学模型,预测页岩的宏观力学行为具有重要的实际意义。研究成果近期发表在地学国际地学期刊《International Journal of Coal Geology》。研究得到了中国科学院战略性先导科技专项A类(XDA14010102)的资助。论文信息:Jianfeng Wang(王建丰);Dziadkowiec Joanna*;Yuke Liu(柳宇柯);Wenmin Jiang(蒋文敏);Yijun Zheng(郑益军);Yongqiang Xiong(熊永强)*;Ping’an Peng(彭平安)and François Renard. Combining atomic force microscopy and nanoindentation helps characterizing in-situ mechanical properties of organic matter in shale. International Journal of Coal Geology. 281,104406.论文链接:https://doi.org/10.1016/j.coal.2023.104406图1 纳米压痕和原子力显微镜测试有机质的实际曲线及其示意图图2(a)AFM获取的有机质光学显微镜图像,(b)~100×100 μm2和(c)10×10 μm2扫描区域粗糙度(Ra)的相应变化;(d)对应的杨氏模量的图像;(e)对应的粘附力图像。图3 有机质杨氏模量与成熟度(Ro)的关系图。(a)原位纳米压痕测试的结果;(b)AFM方法测试的结果。
    2024-04-25