干酪根和固体沥青分子结构中吸附/包裹烃的地球化学研究

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理论上,干酪根与固体沥青大分子结构存在类似于沥青质的吸附包裹现象,其中包裹烃组分被认为是早期阶段成熟度较低条件下的产物,由于得到地质大分子结构的有效保护而较少受到后期地球化学过程的改造,因此包含有重要的原生性地球化学信息。  本论文首先借鉴前人对沥青质吸附/包裹现象的研究方法,对干酪根和固体沥青进行包裹烃的释放实验,以确认其吸附/包裹现象的存在性。具体地,以新疆三塘湖盆地二叠系芦草沟组低成熟的灰质泥岩干酪根和川西北下寺侏罗系沙溪庙组固体沥青为研究对象,依次进行正己烷、丙酮和二氯甲烷的溶剂抽提,以排除可溶组分对包裹组分的干扰;以苯作为分散剂,以H2O2/CH3COOH作为氧化体系,进行干酪根和固体沥青大分子结构中包裹烃的释放实验。然后在半开放体系条件下分别进行高温恒压(80MPa)的热解(72h)模拟实验,模拟温度分别为280℃、380℃、420℃、480℃和560℃,将得到的残渣进行吸附/包裹组分的获取实验,以对比探讨吸附/包裹组分随热成熟度增加的演化特征。最后本论文尝试将地质大分子吸附/包裹现象的理论研究认识应用于川西北矿山梁地区遭受严重生物降解作用固体沥青和川中地区震旦系储层高演化固体沥青,探讨固体沥青吸附/包裹组分在生物降解、油藏演化、古环境及古生物等研究中的可能应用。  本论文得到以下认识:  (1)干酪根和固体沥青大分子结构中存在一些游离烃类化合物,如偶碳数正构-1-链烯、正构烷烃以及藿烷和规则甾烷等生物标志化合物,从而印证了吸附/包裹现象的存在。  (2)在热演化成熟度不高的阶段,干酪根吸附/包裹组分甾烷分布特征随温度的升高具有相对一致的演化规律;但在高—过成熟阶段,干酪根吸附组分很难准确评价烃源岩演化特征,而包裹组分仍可望应用于其地球化学评价。  (3)川西北矿山梁火石村矿洞附近的固体沥青遭受严重的生物降解作用,正构烷烃缺失,部分甾烷和藿烷类也被降解。分析表明,该层系中的固体沥青源自震旦-寒武系古油藏,早期母质已进入生油早期阶段,形成后并未经历较高的热演化历史。母质主要是低等水生生物来源,沉积于高含硫海相缺氧环境。早期阶段,丰富的硫与类胡萝卜素或其降解产物在细菌作用下发生反应形成二环萜类含硫化物,高碳数且带正构烷基链的酯类化合物发生热解反应形成偶碳数正构-1-链烯,这些化合物由于得到固体沥青大分子结构保护而保存于包裹组分中。固体沥青形成后遭受严重的生物降解作用,三环萜/五环萜比值、(孕甾烷+升孕甾烷)/规则甾烷比值较早期母质均有较大的波动。包裹组分携带有早期母质的地球化学信息,而生物降解作用可以使与固体沥青同源的可溶组分的原始面貌发生较大的改变,因此,在进行油(沥青)——源对比研究时,不能忽视生物降解作用的影响。经过正己烷充分抽提后再由丙酮和二氯甲烷抽提得到的生物标志化合物受到生物降解作用影响较前者小,与早期母质分布特征接近。  (4)川中地区震旦系储层固体沥青的吸附和包裹组分在正构烷烃分布特征上差异明显,而在甾萜烷的分布特征上又具有明显的相似性,同时氯仿沥青“A”的碳同位素明显重于固体沥青全岩。分析认为,川中地区震旦系储层接受了至少两期油气充注,均来自寒武系黑色页岩的贡献。其中早期油气充注的原油中正构烷烃主要以高碳数为主,由于地壳的抬升遭受生物降解作用而基本消失;后期充注以低碳数为主,由于上覆地层的沉积深埋而保存下来。固体沥青的包裹组分由于得到大分子结构的保护而保存了多期充注的烃类组分。
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