新聞動(dòng)態(tài)廣州地化所在固體瀝青大分子有機(jī)質(zhì)分子模擬方面取得新進(jìn)展
地質(zhì)大分子有機(jī)質(zhì)的分子模擬是有機(jī)地球化學(xué)研究的重要領(lǐng)域，近年來，煤、干酪根、瀝青質(zhì)等地質(zhì)大分子有機(jī)質(zhì)天然樣品的分子模擬工作廣泛開展，諸多學(xué)者研究了熱演化過程中不同成熟度干酪根樣品的化學(xué)結(jié)構(gòu)變化并建立了相關(guān)的結(jié)構(gòu)模型。固體瀝青作為原油運(yùn)移或氧化作用下的后期產(chǎn)物，是自然界中分布廣泛的一種重要地質(zhì)大分子有機(jī)質(zhì)，其中部分固體瀝青可富集成礦并被人類開發(fā)利用，同時(shí)瀝青也是石油天然氣的重要來源。然而，由于其結(jié)構(gòu)復(fù)雜，分子模型構(gòu)建難度大等問題，關(guān)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(jié)構(gòu)演化研究及分子模擬工作，對(duì)原油運(yùn)移、油氣勘探、礦產(chǎn)勘查工作具有重要意義。
中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生梁天，在導(dǎo)師鄒艷榮研究員的指導(dǎo)下，對(duì)川西北廣元地區(qū)天然固體瀝青開展系統(tǒng)研究。項(xiàng)目組利用Rock-Eval、拉曼光譜、鏡質(zhì)體反射率等方法對(duì)四個(gè)樣品進(jìn)行了成熟度研究，利用核磁共振技術(shù)，分析了不同官能團(tuán)分布特征，根據(jù)上述分析結(jié)果，構(gòu)建了一系列天然固體瀝青分子模型。研究結(jié)果表明，川西北廣元地區(qū)天然固體瀝青等效鏡質(zhì)體反射率為0.52-0.77%，屬于低成熟瀝青。瀝青樣品結(jié)構(gòu)中脂鏈較短，平均碳原子少于10個(gè)，芳環(huán)簇中芳環(huán)個(gè)數(shù)為2-4個(gè)，這些特征都表明固體瀝青在化學(xué)結(jié)構(gòu)上與干酪根有著一定的相似之處。
此次研究中共建立四個(gè)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(gè)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(gè)樣品芳碳含量較高，生烴潛力較低。上述結(jié)果可以用于瀝青生烴能力的評(píng)價(jià)，這為后續(xù)開展該地區(qū)瀝青二次生烴及資源評(píng)價(jià)提供了新的思路。
圖1 本研究建立的四個(gè)天然固體瀝青分子模型
此外，研究還發(fā)現(xiàn)，四個(gè)不同成熟度的天然固體瀝青結(jié)構(gòu)之間存在演化關(guān)系，并且通過碳同位素分析發(fā)現(xiàn)，固體瀝青在形成過程中，氧化作用可導(dǎo)致碳同位素發(fā)生分餾，如圖2所示，瀝青結(jié)構(gòu)中氧元素的含量與碳同位素呈較好的相關(guān)關(guān)系。上述研究表明，碳同位素在天然固體瀝青溯源工作中會(huì)出現(xiàn)一定偏差，而化學(xué)結(jié)構(gòu)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(gè)固體瀝青都發(fā)生了不同程度的氧化作用，從結(jié)構(gòu)演化的角度并結(jié)合相關(guān)同位素?cái)?shù)據(jù)認(rèn)為，該區(qū)域的固體瀝青更有可能源自于寒武系烴源巖， 這為該區(qū)域長期討論的油氣來源問題提出了新的依據(jù)。
圖2 瀝青結(jié)構(gòu)中氧元素的含量與碳同位素的關(guān)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(jù)開展瀝青溯源的新思路，同時(shí)，該研究還為該區(qū)域油氣資源來源提供了新的證據(jù)，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(fā)表在油氣領(lǐng)域國際期刊《Marine and Petroleum Geology》，該項(xiàng)研究得到了中國科學(xué)院戰(zhàn)略先導(dǎo)科技專項(xiàng)(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
（有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿）
