廣州地化所在嚴(yán)重生物降解原油的油-油對比技術(shù)研究中取得新進(jìn)展
原油中的游離態(tài)生物標(biāo)志物在生物降解過程中會部分或者全部損失,在嚴(yán)重生物降解階段,殘留的游離態(tài)生物標(biāo)志物也會受到微生物改造而失去其所指示的沉積環(huán)境、成熟度等的地球化學(xué)信息,從而無法進(jìn)一步開展原油的相關(guān)對比研究。早期的研究表明,生物降解原油的瀝青質(zhì)組分中含有相當(dāng)數(shù)量的呈束縛態(tài)形式的生物標(biāo)志物(包括以共價(jià)鍵結(jié)合的和以物理狀態(tài)包裹的)。早在2015年,廣州地化所廖玉宏課題組就通過定量化在線瞬時(shí)熱解技術(shù)(Py-GC),對原油瀝青質(zhì)大分子上的烷基側(cè)鏈的可降解性進(jìn)行了深入的研究,其結(jié)果表明瀝青質(zhì)大分子上部分以C-C鍵結(jié)合的烷基側(cè)鏈在重度-嚴(yán)重生物降解階段受到了微生物的攻擊(Pan et al., 2015, Organic Geochemistry)。近期,該課題組又將該方法用于研究原油瀝青質(zhì)束縛態(tài)生物標(biāo)志物在油藏生物降解過程的地球化學(xué)特征。該研究表明,瀝青質(zhì)束縛態(tài)生物標(biāo)志物即使在非常嚴(yán)重的生物降解油中都幾乎不受影響,并且其分布特征能夠代表早期低熟階段的原油。因此,基于在線瞬時(shí)熱解技術(shù)所獲得的瀝青質(zhì)束縛態(tài)生物標(biāo)志物的分布特征仍可用于嚴(yán)重生物降解原油的油-油對比研究。
該研究選取的原油樣品具有相同的油源和相似的熱成熟度,但經(jīng)歷了不同程度的生物降解,因此可用于研究原油的生物降解作用對瀝青質(zhì)結(jié)構(gòu)上的束縛態(tài)生物標(biāo)志物分布特征的影響。C27-C28-C29 ααα20R規(guī)則甾烷三角圖常用于原油和/或烴源巖抽提物之間親緣關(guān)系的判識(圖1),當(dāng)原油被微生物重度+降解時(shí),原油中游離態(tài)C27-C28-C29甾烷的分布發(fā)生明顯的變化;而在瀝青質(zhì)中的束縛態(tài)C27-C28-C29甾烷的分布幾乎無變化。同樣地,在遭受重度-嚴(yán)重生物降解時(shí),一些常用的甾烷成熟度參數(shù)如αααC2920S/(20S + 20R)和C29αββ/(αββ + ααα)(圖2)也發(fā)生了明顯的變化;而對于瀝青質(zhì)中的束縛態(tài)生標(biāo)而言,它們幾乎沒有變化。此外,在輕度生物降解階段,雖然C29規(guī)則甾烷沒有被生物降解改造,但αααC2920S/(20S + 20R)和C29αββ/(αββ + ααα)在瀝青質(zhì)的束縛態(tài)中所指示的熱成熟度要明顯低于在原油的游離態(tài),這說明熱成熟作用對原油中的游離態(tài)生標(biāo)和瀝青質(zhì)中束態(tài)生標(biāo)的影響是不一樣的:受瀝青質(zhì)大分子的保護(hù),瀝青質(zhì)中束縛態(tài)生物標(biāo)志物發(fā)生重排或異構(gòu)化的進(jìn)程相對受到抑制??傮w而言,當(dāng)原油遭受重度-嚴(yán)重生物降解時(shí),常用于生源和成熟度判識的甾烷和藿烷生標(biāo)參數(shù)將受到影響而不再適用,而瀝青質(zhì)分子結(jié)構(gòu)中的束縛態(tài)生標(biāo)幾乎不受生物降解作用影響,這些參數(shù)在瀝青質(zhì)瞬時(shí)熱解產(chǎn)物中仍可用于對比研究。本研究為開展嚴(yán)重生物降解原油的對比研究提供一個(gè)有效的技術(shù)方法。

圖1 原油和瀝青質(zhì)熱解產(chǎn)物的C27-C28-C29 ααα20R規(guī)則甾烷三角圖


圖2 甾烷熱成熟度參數(shù)隨生物降解等級(PM level)的變化趨勢:(a) αααC2920S/(20S + 20R);(b) C29αββ/(αββ + ααα)
該項(xiàng)研究得到了國家自然科學(xué)基金、國家科技重大專項(xiàng)、中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(B類)和有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室基金的聯(lián)合資助。相關(guān)研究成果已發(fā)表在Organic Geochemistry上,論文信息:
Pan, Yinhua; Liao, Yuhong; Sun, Yongge. The characteristics of bound biomarkers released from asphaltenes in a sequence of naturally biodegraded oils. ORGANIC GEOCHEMISTRY, 2017, 111: 56-66.
(論文連接:https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2017.06.007)
(有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 & 所綜合辦公室 供稿)

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