廣州地化所利用原油瀝青質組成與同位素進行油氣成因與熱演化研究
原油瀝青質由于具有結構類似干酪根、大分子抗生物降解等特性，其鍵合態烴的分子和碳同位素組成在經歷次生改造與多期次充注原油的成因研究中具有重要價值。常用的封閉或開放體系熱解方法易受氫源、吸附包裹烴和二次裂解等多重因素影響，很難有效識別油窗早-中期內瀝青質熱演化程度的差異，限制了瀝青質在油藏成因中的應用范圍。進入油窗后期，瀝青質進一步受熱作用影響時容易發生快速的芳構化和縮合作用并形成大量的熱解焦瀝青，其鍵合態烴的特征與演化規律對確定高-過成熟階段儲層焦瀝青的成因具有重要意義，但到目前為止仍缺少這方面的研究。針對上述兩個問題，中科院廣州地化所彭平安研究員團隊陳鍵博士和賈望魯研究員展開了兩個方面的研究工作。
研究首先利用高壓催化加氫裂解技術（Hypy）獲得了塔里木盆地海相原油瀝青質中鍵合態烴的分子和碳同位素組成特征，并與團隊前期常規熱解獲得的結果進行了對比，主要獲得兩點認識：1）鍵合態烴雖然可能是不同階段油氣充注的混合產物，但其主要成分正構烷烴的碳同位素組成變化范圍小（-35.5‰～-33.4‰），與常規熱解獲得的結果一致，指示含量較高的正構烷烴同位素組成受實驗方法影響小，并且瀝青質來源單一。2）不同系列鍵合態生物標志物，包括芳基類異戊二烯烷烴、甾、萜烷的相對含量均表現出有規律的變化，進一步揭示了不同油氣產區瀝青質成熟度存在差異，可能主要和烴源巖排烴時的熱演化階段差異有關（圖1）。上述結果表明，在中、低成熟度范圍內瀝青質鍵合態正構烷烴的碳同位素組成是較為穩定的對比指標，生物標志物組成易受成熟度的影響，原油瀝青質催化加氫裂解分析是研究原油來源和充注歷史更為有效的方法。
圖1 (a)塔里木盆地原油和原油瀝青質的單體碳同位素分布圖；(b)瀝青質鍵合態生標參數隨埋深變化圖
在此基礎上，利用熱模擬實驗系統研究了瀝青質裂解過程中焦瀝青生成量、總體組成、鍵合態烴分子和碳同位素組成的變化，并與游離態烴進行了對比，結果顯示：1）焦瀝青在油窗晚期就已大量生成，在凝析油-濕氣階段早期其生成量就已接近最大值（約占初始瀝青質的70%），這一特征與反應體系中缺乏原油其它組分作為氫源供體和溶劑化介質有關，因此導致了氫轉移過程受限和瀝青質縮聚過程加劇。2）與瀝青質相比，焦瀝青中鍵合態生物標志物的含量極低，并且隨熱演化過程迅速降至背景水平。即使較為穩定的正構烷烴分布和碳同位素組成也受到顯著的影響，并且明顯重于對應的游離態烴。3）不同成熟度焦瀝青鍵合態烴的總碳同位素變化小并且與初始瀝青質一致，這主要和鍵合態烴中多環芳烴化合物為主并且其碳同位素組成穩定有關，因此它們可以作為示蹤來源的可靠指標。這些認識表明，高、過成熟階段儲層焦瀝青鍵合態烴特征不僅受熱演化程度影響，還與初始組成有關，游離烴和鍵合態烴的對比分析能夠為厘定母源、熱演化程度和原油混合過程提供了重要依據。
圖2 瀝青質裂解生成焦瀝青模擬實驗中(a)焦瀝青產量圖；(b)相關產物碳同位素的演化圖
上述研究獲得國家油氣重大專項（2017ZX05008-003），國家重點研發計劃（2017YFC0603101），國家基金委面上基項目（41473044）和有機地球化學國家重點實驗室自主課題（SKLOG2016-A01）的聯合資助。論文近期發表中國際主流期刊MARINE AND PETROLEUM GEOLOGY和ORGANIC GEOCHEMISTRY雜志。
論文信息：
Chen, Jian; Jia, Wanglu*; Xiao, Zhongyao; Peng, Ping'an. Catalytic hydropyrolysis of asphaltenes in marine oil from the Tarim Basin, NW China: Implications to complicated oil charging histories in an old composite basin. MARINE AND PETROLEUM GEOLOGY, 2020, 114. DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2020.104232
相關鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264817220300155
Chen, Jian; Jia, Wanglu*; Yu, Chiling; Zhang, Xiangyun; Peng, Ping’an. Bound hydrocarbons and structure of pyrobitumen rapidly formed by asphaltene cracking: Implications for oil-source correlation. ORGANIC GEOCHEMISTRY, 2020, DOI: 10.1016/j.orggeochem.2020.104053
相關鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0146638020300887
