油页岩是一种非常规碳氢化合物资源，全球储量丰富，在缓解能源供需不平衡和确保国家能源安全方面具有战略重要性。热解是在无氧条件下有机物的热分解过程，通过多阶段反应生成石油、气体和固体残渣，是油页岩开发的核心技术。准确的动力学表征对于量化表观转化行为、优化转化效率以及支持原位干馏技术的放大分析至关重要。此外，热重分析（TGA）已成为这一目的的标准技术，提供了量化反应进程的质量-温度曲线，并为动力学建模提供了基础数据[1]、[2]、[3]、[4]。
油页岩热解动力学中的一个核心挑战是重叠热重峰的反卷积。传统的高斯或洛伦兹函数虽然适用于对称峰的拟合，但无法充分描述干酪根分解中常见的显著不对称性和尾部特征。Fraser-Suzuki（FS）函数通过引入一个不对称参数来控制峰的偏斜方向和程度，已广泛应用于固体热分解和结晶过程[5]、[6]、[7]、[8]。在玻璃结晶动力学的研究中表明，FS函数保持了峰形与动力学参数之间的对应关系，从而赋予数学反卷积结果物理意义。然而，无约束的FS拟合可能导致峰温漂移和参数不匹配，从而引起过拟合和虚假峰的产生[9]。
同样关键的是动力学参数的可靠确定。国际热分析和量热联合会（ICTAC）建议优先使用无模型的等转化方法，并结合多加热速率实验，以提高活化能估计的可靠性[3]、[10]、[11]、[12]。Friedman微分等转化方法直接使用实验速率来计算活化能，避免了积分近似引入的系统误差。Starink积分方法对温度积分近似进行了修正，被认为是一种高精度方法，并已成功应用于油页岩热解动力学[1]、[3]、[12]、[13]。Budrugeac和Cucos的最新工作通过将多步反应系统视为温度和转化的函数，进一步改进了活化能的估计[8]。
另一个根本限制是反应模型的确定。传统方法依赖于从预定义的候选函数库中选择最优模型，如一级反应、扩散控制或几何收缩模型。这种离散模型假设从根本上限制了表示多阶段、耦合反应机制的能力。?esták-Berggren（SB）方程通过引入可调指数，在单一数学框架内统一了多种机制模式[14]。后续研究证实，SB函数成功描述了煤焦和生物质共热解系统中的耦合成核-生长和扩散控制行为[15]。
拟合参数的物理合理性也需要仔细考虑。动力学补偿效应（KCE），其特征是指数因子对数与活化能之间存在近似线性相关，在固体热分解中普遍存在[16]。仅基于残差最小化的优化很容易产生（E, ln A）组合，虽然数学上令人满意，但在实验温度范围内预测的反应速率可以忽略不计——这是物理上不合理的结果。
尽管最近在油页岩热解动力学方面取得了显著进展[17]、[18]、[19]、[20]，但仍存在几个关键问题尚未解决。现有研究已广泛表征了各种地质构造中的多阶段热解行为[1]、[2]、[3]、[4]、[11]、[17]、[18]、[19]，并且已经达成共识，即加热速率和矿物组成会影响反应机制和参数。然而，大多数研究集中在机制表征和活化能估计上，而仍有三个关键问题未解决：（i）在反卷积过程中保持不同加热速率下的峰对应一致性；（ii）对动力学参数建立物理约束以防止虚假拟合；（iii）发展动力学参数与油、气和固体产物分布之间的定量关系。
为了解决这些挑战，本研究建立了一个综合的动力学分析框架，整合了受限的FS反卷积、双方法等转化验证、带有KCE正则化的?esták-Berggren统一转化函数拟合以及产物分布预测。
基于多速率热重实验，我们对FS函数引入了多层物理约束，以提高峰反卷积的稳定性，包括边界峰约束、局部优势约束和交叉速率匹配。Friedman和Starink方法被联合用于交叉验证，从而实现从峰反卷积到动力学参数确定的系统验证。然后，SB方程与交叉速率全局拟合结合，共同优化动力学三元组（E, A, f(α)），并将KCE关系作为正则化约束通过稳健回归纳入。最后，优化后的动力学参数与有机质热解模型（OMPM）结合，用于预测产物分布，从而完成了一个涵盖重叠峰分离、内在动力学参数反演和多相产物预测的工作流程。
