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新研究揭示輕烴成因新機制
作者：朱漢斌      來源：中國科學報
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中國科學院院士、中國科學院廣州地球化學研究所研究員彭平安團隊的博士生孫震宇在該所副研究員陳鍵指導下，開展了正十八烷、正十二烷基苯和重質(zhì)油的液態(tài)烴熱化學硫酸鹽還原反應（TSR）模擬實驗，揭示了TSR成因輕烴的地球化學特征。近日，相關成果發(fā)表于《海洋和石油地質(zhì)》（Marine and Petroleum Geology）。
輕質(zhì)油是深層盆地中一類重要的烴類資源。石油地質(zhì)學家普遍認為，輕質(zhì)油中的輕烴化合物主要是由烴源巖內(nèi)干酪根和/或儲層內(nèi)重質(zhì)-中質(zhì)油持續(xù)熱裂解（TC）生成的。然而，團隊前期研究建立的物質(zhì)平衡模型表明，TSR也可以生成一定量的輕烴化合物；并且在TSR的某些階段，輕烴可以占據(jù)主導地位。與TC相比，這些TSR成因輕烴的地球化學特征仍然知之甚少。
此外，TSR主要發(fā)生在埋深較大、鄰近膏鹽巖層的高溫（>100?℃）儲層中。從有機質(zhì)熱演化的角度分析，TSR發(fā)生的溫度條件恰好與儲層內(nèi)原油熱裂解生成輕質(zhì)油的演化階段高度吻合。因此，TSR改造油藏中的輕烴可能是TSR和TC成因輕烴混合的結果。對TSR成因輕烴認識的不足導致在實際TSR油氣藏研究中，難以有效區(qū)分這兩類成因的輕烴化合物。
針對上述問題，研究人員在國家自然科學基金項目的資助下，開展了正十八烷、正十二烷基苯和重質(zhì)油的TSR模擬實驗，分析了輕烴產(chǎn)物的產(chǎn)量、分子和碳同位素組成，并對比探討了輕烴地球化學參數(shù)的特征。其研究結果表明：
一是，TSR成因輕烴的最大產(chǎn)量（243.90~326.48 mg/g HCs）與TC成因輕烴的大致相近，然而TSR成因輕烴的生成過程顯著提前。因此，TSR成因的輕質(zhì)油可能是深部盆地中一種新的油氣資源類型。但是，考慮到TSR對已有油藏的劇烈改造破壞（如產(chǎn)生固體瀝青、高硫原油、氫硫酸和二氧化碳等），TSR成因輕質(zhì)油在經(jīng)濟效益上可能不如TC成因輕質(zhì)油有吸引力。
二是，TSR促進輕烴中正構烷烴和芳烴的產(chǎn)生。TSR成因輕烴中低含量的支鏈烷烴和環(huán)烷烴可能是TC和TSR的混合結果。相比之下，芳烴的高產(chǎn)量是TSR促進芳構化的結果。TSR成因輕烴的碳同位素分餾在3.7‰至6.2‰之間，顯著大于TC結果（<3.0‰）。特別的是，TSR成因正構烷烴比相同碳數(shù)其他結構烴類的碳同位素分餾程度更大。
三是，TSR成因輕烴的大多數(shù)地球化學參數(shù)丟失了有關母源輸入、沉積環(huán)境、成熟度和其他次生改造的信息。因此，在可能發(fā)生TSR的深層油藏中應謹慎使用這些參數(shù)。
研究還發(fā)現(xiàn)，初始反應物的組成影響了TSR成因輕烴的生成過程。具有長鏈烷烴結構的反應物往往在TSR后期產(chǎn)生更多的輕烴，而初始反應物若含有較多的芳環(huán)結構可能會導致相對較早地生成富含芳烴化合物的輕烴。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2025.107388
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