廣州地化所在固體瀝青大分子有機質分子模擬方面取得新進展
地質大分子有機質的分子模擬是有機地球化學研究的重要領域，近年來，煤、干酪根、瀝青質等地質大分子有機質天然樣品的分子模擬工作廣泛開展，諸多學者研究了熱演化過程中不同成熟度干酪根樣品的化學結構變化并建立了相關的結構模型。固體瀝青作為原油運移或氧化作用下的后期產物，是自然界中分布廣泛的一種重要地質大分子有機質，其中部分固體瀝青可富集成礦并被人類開發利用，同時瀝青也是石油天然氣的重要來源。然而，由于其結構復雜，分子模型構建難度大等問題，關于天然固體瀝青分子模擬工作目前研究較少。開展自然條件下固體瀝青結構演化研究及分子模擬工作，對原油運移、油氣勘探、礦產勘查工作具有重要意義。
中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室博士生梁天，在導師鄒艷榮研究員的指導下，對川西北廣元地區天然固體瀝青開展系統研究。項目組利用Rock-Eval、拉曼光譜、鏡質體反射率等方法對四個樣品進行了成熟度研究，利用核磁共振技術，分析了不同官能團分布特征，根據上述分析結果，構建了一系列天然固體瀝青分子模型。研究結果表明，川西北廣元地區天然固體瀝青等效鏡質體反射率為0.52-0.77%，屬于低成熟瀝青。瀝青樣品結構中脂鏈較短，平均碳原子少于10個，芳環簇中芳環個數為2-4個，這些特征都表明固體瀝青在化學結構上與干酪根有著一定的相似之處。
此次研究中共建立四個天然固體瀝青分子模型，如圖1所示，青川火石嶺（QCHSL），青川青溝（QCQG）兩個樣品脂碳含量較高，為高生烴潛力瀝青，而青川黃沙（QCHS）及青川金子山（QCJZS）兩個樣品芳碳含量較高，生烴潛力較低。上述結果可以用于瀝青生烴能力的評價，這為后續開展該地區瀝青二次生烴及資源評價提供了新的思路。
圖1 本研究建立的四個天然固體瀝青分子模型
此外，研究還發現，四個不同成熟度的天然固體瀝青結構之間存在演化關系，并且通過碳同位素分析發現，固體瀝青在形成過程中，氧化作用可導致碳同位素發生分餾，如圖2所示，瀝青結構中氧元素的含量與碳同位素呈較好的相關關系。上述研究表明，碳同位素在天然固體瀝青溯源工作中會出現一定偏差，而化學結構和氧元素含量決定了用固體瀝青碳同位素溯源的可靠性。此次研究中如果以青川火石嶺樣品為原樣，可以看出四個固體瀝青都發生了不同程度的氧化作用，從結構演化的角度并結合相關同位素數據認為，該區域的固體瀝青更有可能源自于寒武系烴源巖， 這為該區域長期討論的油氣來源問題提出了新的依據。
圖2 瀝青結構中氧元素的含量與碳同位素的關系圖
基于以上成果，研究組建立了第一套隨成熟度變化天然瀝青分子模型，并提出以模型為依據開展瀝青溯源的新思路，同時，該研究還為該區域油氣資源來源提供了新的證據，并且為資源勘探和瀝青演化研究提供了新的思路。
研究成果近期發表在油氣領域國際期刊《Marine and Petroleum Geology》，該項研究得到了中國科學院戰略先導科技專項(XDA14010103; XDB10010300)的資助。
論文信息 Liang, Tian; Zhan, Zhao-Wen; Gao, Yuan; Wang, Yao-Ping; Zou, Yan-Rong; Peng, Ping'an. Molecular structure and origin of solid bitumen from northern Sichuan Basin. MARINE AND PETROLEUM GEOLOGY, 2020, 122. DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2020.104654
原文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0264817220304372
