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科研進展

廣州地化所、深地科學卓越中心揭示原油在疊加生物降解與熱蝕變下生物標志物特征的變化

文章來源：廣州地球化學研究所 | 發布時間：2021-12-12

文章來源：廣州地球化學研究所 | 發布時間：2021-12-12 | 【打印】【關閉】

我國西部含油氣盆地是典型的疊合盆地，如塔里木盆地，經歷了復雜的構造運動，導致油藏發生了復雜的疊加次生蝕變，如早期發生的生物降解作用和晚期發生的熱蝕變作用相疊加。以往的研究已經揭示了生物降解或熱蝕變各自對于原油生物標志物特征的影響。但對于疊加次生與熱蝕變對生物標志化合物的影響尚未系統研究。在疊合油氣盆地勘探中，缺乏對疊加次生蝕變過程對生物標志物特征的影響的了解，在一定程度上影響了對疊合盆地油氣藏的來源和蝕變過程的判斷。

針對這一問題，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廖玉宏研究員和劉衛民博士等人在黃金管封閉體系熱模擬實驗體系中以20°C/h升溫速率將一系列具有同源和不同生物降解程度的原油人工熟化到不同成熟度（從 354°C，Easy%R_o = 0.66% 到450°C ，Easy%R_o = 1.41%），來模擬不同程度的生物降解作用和熱成熟作用相疊加對原油組分和生物標志物特征的影響。研究發現，降解程度不同的原油的全貌和生物標志物特征在熱蝕變過程中的變化都比較大。重度或嚴重生物降解的原油會缺失正構烷烴，但在后續的熱蝕變過程中能夠通過重組分的裂解生成一定數量的正構烷烴，并最終與未降解原油的全貌變得比較接近（圖1）。因此，既不能簡單地將現今原油中正構烷烴的消失與否作為判斷疊合盆地油藏是否發生過中度以上生物降解的充分必要條件，也不能把現今原油中正構烷烴和UCM共存的現象作為正常原油與生物降解油兩期充注的標志，而必須結合地質背景分析油藏的次生蝕變史。

圖1. 生物降解程度不同的原油在熱蝕變后（從 354°C, Easy%R_o = 0.66) 到450°C, Easy%R_o = 1.41)的的TIC譜圖（L-0為未降解油，L-2代表降解程度為PM 2級的原油，L-5為PM 5級，L-8為PM 8級）。

生物降解程度不同的原油熱蝕變后的甾萜類生物標志物的分布特征變化也比較大（圖2、圖3）。生物標志物的絕對濃度隨熱演化程度升高而下降很快，同時常用的油源對比指標如C_27–29規則甾烷分布、TT₂₃/H₃₀和H₂₉/H₃₀的比值等都會不同程度地受到生物降解和熱成熟作用的影響而與未降解原油的初始值出現偏差（圖2、圖3、表1），這些甾萜類指標往往只有在生物降解程度中度以下和Easy R_o%<0.91才有效。相比之下，三環萜比值TT₂₃/(TT₂₃+TT₂₄)既抗嚴重生物降解又耐熱蝕變，適合用于此情境下的油源對比工作。

圖2 生物降解程度不同的原油在熱蝕變后（從 354°C, Easy%R_o = 0.66) 到(450°C, Easy%R_o = 1.41)的甾烷分布（m/z 217，括號內為Easy R_o%值）。

圖3 生物降解程度不同的原油在熱蝕變后（從 354°C, Easy%R_o = 0.66) 到(450°C, Easy%R_o = 1.41)）的萜烷分布（m/z 191）。

常用的熱成熟度指標也會受到早期生物降解的影響。其中，生物降解作用對基于異構體的熱成熟度指標的影響可以分為兩類：一類包括升藿烷異構化指數和甲基菲指數等，會因為生物降解的選擇性而呈現“欠平衡”特征，它們會在后續的熱演化過程中在Easy R_o%=0.91%左右通過異構化反應逐漸接近于正常原油，并在更高演化階段具有相似的數值和演化趨勢；另一類包括甾烷異構化參數，會因為生物降解作用的選擇性而呈現“過平衡”特征，它們可能會在熱演化過程中隨著重組分裂解釋放一些生物標志化合物而逐漸趨同于正常原油的相應值并具有類似的演化趨勢。因此，有可能根據這些生物標志物指數表現出來的“矛盾”，結合主成分分析方法（PCA）等，來對原油經歷的生物降解程度和熱蝕變程度進行解耦和恢復。

表1 與油源相關的生物標志物指數在疊加次生蝕變過程中的變化

備注：百分比指熱解后原油相對于未降解油的初始值變動的幅度；標記“Y”說明與未降解油的初始值相比其變動小于 10%,為蝕變后仍舊可用的指標。

本研究結果對于恢復我國疊合盆地典型油藏的演化過程和次生蝕變史，探索有效的烴源對比方法、指標及其適用范圍具有重要的理論和實際意義。該項成果得到國家自然科學基金面上項目、中國科學院A類先導科技專項課題以及有機地球化學國家重點實驗室自主課題資助。論文近期發表在國際期刊《Fuel》上，本文的第一作者為廣州地化所劉衛民博士，通訊作者為廖玉宏研究員，共同作者還包括廣州地化所王云鵬研究員、博士生黃越義、廣西師范大學潘銀華博士、加拿大地質調查局姜春慶博士以及西北大學王曉峰教授。

論文信息：Liu, W., Liao, Y.*, Jiang, C., Pan, Y., Huang, Y., Wang, X. and Wang, Y., 2022. Superimposed secondary alteration of oil reservoirs. Part II: The characteristics of biomarkers under the superimposed influences of biodegradation and thermal alteration. Fuel, 307, p.121721.