孫震宇等-MPG:TSR成因輕烴的產(chǎn)量、組成及地球化學特征
?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,我們前期研究建立的物質(zhì)平衡模型表明,液態(tài)烴熱化學硫酸鹽還原反應(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(Sun et al., 2024)。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(jié)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,中國科學院廣州地球化學研究所彭平安院士團隊的博士生孫震宇在陳鍵副研究員指導下,開展了正十八烷、正十二烷基苯和重質(zhì)油(YG71)的TSR模擬實驗(n-C18?TSR、C12-B TSR、YG71 TSR),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。
?研究結(jié)果表明:(1)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被顯著提前(圖1)。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、H2S和CO2等),TSR成因輕質(zhì)油在開采經(jīng)濟效益上可能不如TC成因輕質(zhì)油有吸引力。

圖1. TSR 成因輕烴(a)及其中C6-C7化合物(b)的生成過程
(2)TSR促進輕烴中正構(gòu)烷烴和芳烴的產(chǎn)生(圖2)。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(jié)果。相比之下,芳烴的高產(chǎn)量是TSR促進芳構(gòu)化的結(jié)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(jié)果(< 3‰)。特別的是,TSR成因正構(gòu)烷烴比相同碳數(shù)其他結(jié)構(gòu)烴類的碳同位素分餾程度更大。

圖2. TSR 和 TC 成因輕烴化合物的組成對比
(3)TSR成因輕烴的大多數(shù)地球化學參數(shù)丟失了有關(guān)母源輸入、沉積環(huán)境、成熟度和次生改造的信息。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)。此外,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(jié)構(gòu)的反應物往往在TSR后期產(chǎn)生更多的輕烴,而初始反應物中較多的芳環(huán)可能會導致相對較早地生成富含芳烴化合物的輕烴。
?該成果發(fā)表在油氣領域主流刊物《Marine and Petroleum Geology》。研究得到國家自然科學基金(42173057、42125304)的資助。
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論文信息:Zhenyu Sun (孫震宇), Jian Chen (陳鍵)*, Wanglu Jia (賈望魯), Qiang Wang (王強), Jie Xu(徐杰), Xin Li(李鑫), Jianghu Yang(楊江湖), Ping'an Peng (彭平安), Geochemical characteristics of light hydrocarbons generated in thermochemical sulfate reduction: Results from three series of simulation experiments. Marine and Petroleum Geology, 2025:107388.
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2025.107388
參考文獻:Zhenyu Sun, Jian Chen*, Qiang Wang, Wanglu Jia, Ping'an Peng, 2024. A quantitative analysis on thermochemical sulfate reduction products of two model compounds: Implications for reaction mechanism and alteration process of hydrocarbons. Chemical Geology?661: 122187.
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2024.122187

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