芳香烃是石油及沉积有机质的重要组成部分。每一系列的芳香烃都主要由一个无取代基芳烃及其数目不等的甲基化衍生物构成，而后者的化合物总量远多于前者，说明芳烃芳核的甲基化反应普遍存在，然而，这一反应的油气地球化学意义并没有被重视。更重要的是生烃母质——干酪根以及烃类在较高演化阶段的聚合物结构中也是以芳核为基础，它们也应有与芳香烃芳核相似的反应，当然在这方面的研究更少。各类芳核在演化前期的甲基化与后期的去甲基化反应，不仅对芳烃化合物的化学成分与同位素组成产生影响，而且也会对液态烃（如:饱和烃）和气态烃的形成过程与成分组成产生重要影响，因此为了查清其相互关系及影响程度，需要系统地开展此项研究工作。模型化合物可以将复杂体系简单化，因此，本论文选择标准化合物和地质样品分别进行模拟实验研究，以助于探讨复杂地质体系中芳香核结构在原油、天然气形成与演化中的重要作用。研究取得了如下进展:　　(1)选择沉积有机质中常见的萘、菲、联苯化合物为主要考察对象，进行无水条件下封闭体系热模拟实验，以认识热成熟作用下甲基化过程与异构化过程中甲基碳同位素的演化规律，以及对芳香烃碳同位素组成的影响。研究表明甲基化反应及异构化反应均在较低温度下即可发生，所得产物的分布特征与地质体系中相关芳香烃的分布特征相似，温度和时间效应都显示出类似的组分和碳同位素变化规律。模拟实验200℃外推至地质条件属于成岩作用阶段，此时上述三种芳烃即达到最大程度的甲基化。当模拟温度达到500℃，除部分甲基芳烃尚存外，芳环的结构也开始出现变化。碳同位素分析显示，萘、菲和联苯三个系列化合物均随着甲基化程度增加（从无甲基取代到六甲基取代），所有同分异构体碳同位素组成平均值在均在变轻，而大部分单体化合物的δ13C值却随模拟温度的增高、时间延长而变重。相同实验条件下（相同的温度和加热时间），强烈的异构化作用使不同甲基萘衍生物的产物分布趋同。分子间的异构化反应可以产生与甲基化作用类似的MNs、DMNs、TMNs、TeMNs和PMNs亚系列化合物，且其平均碳同位素值从MNs到PMNs逐渐变轻。甲基取代萘的甲基迁移能力随其甲基化程度的增加而增强。1，2-甲基迁移形成的稳定异构体也较热不稳定异构体富集12C。将相关实验结果外推至地质条件下，也就是说，在蒙脱石催化下其相关作用在低熟地质样品中便可发生，既可以在小分子芳香烃上发生，也可以在大（高）分子芳香核上发生。这些反应一方面直接影响了生成芳烃的化学组成及其碳同位素组成，另一方面也使得部分碳同位素值较轻的甲基（烷基）被储存在芳香核中。　　(2)正构二十三烷(nC23)、正构二十四烷(nC24)、萘(N)作为链烷烃与芳香烃的模型化合物用于模拟实验，探索芳核甲基化作用对液态链状烃、气态烃的组分及其碳同位素组成的影响程度。实验结果表明链烷烃物质为芳香核物质提供甲基源的同时，链烷烃的组分也受芳香核的影响。在模拟温度≤400℃时，芳香核的加入在一定程度上抑制了链烷烃的裂解，蒙脱石作用下芳香核的存在还降低了液态烃与气态烃中异构烷烃的比例。碳同位素较轻的甲基被储存在芳香核上，所以这一阶段早期气体产量降低、甲烷碳同位素偏重，与链烷烃单独裂解的情况相反。链烷烃裂解完全后(≥400℃)，甲基化作用不再显著，同其他体系中生成的气体一样，碳同位素随温度的升高而变重。实验还表明大分子芳香核扮演了与小分子芳香烃类似的角色，以相同的方式影响气体碳同位素组成和链烷烃裂解方式。外推至地质条件下，沉积物中含大量芳香核结构的化合物，其甲基化作用也会对油气的化学组成和碳同位素组成产生显著影响。　　(3)不同类型的干酪根具有不同比例的链状结构和芳香核结构，从Ⅰ型到Ⅲ型，芳香核的百分比逐渐增高。本文选用绿河页岩（Ⅰ型）、民勤油页岩(Ⅱ型)、华安碳质页岩（Ⅱ-Ⅲ型）三个不同类型的干酪根样品，在纯干酪根与加蒙脱石催化剂两种状态下进行无水封闭模拟实验。从Ⅰ型到Ⅱ-Ⅲ型干酪根，裂解产物中异构烷烃的比例依次降低。模拟温度升高(300-450℃)与蒙脱石的加入都使甲基萘衍生物的甲基化程度逐渐减弱、异构化反应加强、生物来源异构体相对丰度降低，其结果与模型化合物的研究结论一致。三种干酪根体系的气态烃的碳同位素分析显示，模拟温度升高或蒙脱石的加入促进了干酪根的裂解、芳香核的甲基化（优先固定偏轻的甲基）而使得甲烷的碳同位素变重，二氧化碳的碳同位素变轻。　　(4)甲基是形成甲烷的必经之路。演化早期芳香核的甲基化将碳同位素偏轻的甲基优先储存在芳香核中，未进入芳香核的甲基形成了甲烷，所以这一阶段形成的甲烷碳同位素偏重;后期去甲基化则把这些碳同位素较轻的甲基释放出来形成碳同位素较轻的甲烷。因此，芳香核的甲基化与去甲基化作用是造成不同阶段天然气中甲烷碳同位素波动的原因之一。