輕烴(C6–C13)是原油的重要組成部分，具有沸點(diǎn)低、易揮發(fā)的特點(diǎn)。輕烴包含豐富的地球化學(xué)信息，被廣泛用作生物標(biāo)志物分析的重要補(bǔ)充。傳統(tǒng)的液態(tài)烴收集法會(huì)導(dǎo)致大量的輕烴蒸發(fā)損失，導(dǎo)致模擬實(shí)驗(yàn)產(chǎn)物與地質(zhì)條件下的凝析油/輕質(zhì)油之間存在較大的差別。但這種蒸發(fā)損失對(duì)輕烴生成潛力及輕烴參數(shù)的影響有多大并不清楚。
近年來(lái)在我國(guó)塔里木盆地和準(zhǔn)噶爾盆地相繼發(fā)現(xiàn)了多個(gè)大型輕質(zhì)油/凝析油藏，這些油藏的輕烴含量很高。在這兩個(gè)典型的疊合型盆地中，由于多期構(gòu)造活動(dòng)的影響，使得早期形成的油氣藏經(jīng)歷了多期次的調(diào)整改造，例如早期生物降解作用和后期熱成熟作用的疊加（疊加次生改造），這在塔北和塔中地區(qū)比較普遍。早期發(fā)生的生物降解作用往往會(huì)顯著改變?cè)偷幕瘜W(xué)組成和分子結(jié)構(gòu)，從而影響原油后期熱裂解生成輕烴的時(shí)機(jī)和潛力。目前，國(guó)內(nèi)外對(duì)不同類(lèi)型的次生改造作用相疊加的研究很少，對(duì)于輕烴在此過(guò)程中受到的影響的研究工作更少，這大大限制了對(duì)我國(guó)疊合盆地油氣資源特點(diǎn)的認(rèn)識(shí)，也制約了深層油氣資源評(píng)價(jià)和油氣勘探的部署。
針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生黃越義在導(dǎo)師廖玉宏研究員的指導(dǎo)下，首先改進(jìn)了黃金管封閉體系熱解實(shí)驗(yàn)后液態(tài)烴收集方法，即采用液氮直接冷凍收集液態(tài)烴，并與傳統(tǒng)的液態(tài)烴收集法做了對(duì)比。結(jié)果表明，傳統(tǒng)液態(tài)烴收集法比液氮直接冷凍收集法少收集了10% ~ 75%的輕烴（圖1a），這顯著低估原油熱裂解生成輕烴的潛力。此外，傳統(tǒng)液態(tài)烴收集法測(cè)定的輕烴最大產(chǎn)率對(duì)應(yīng)的成熟度為Easy%Ro = 1.08，而液氮直接冷凍收集法測(cè)定的輕烴最大產(chǎn)率對(duì)應(yīng)的成熟度為Easy%Ro = 1.67（圖1a），更接近地質(zhì)條件下輕質(zhì)油和凝析油中輕烴占比較高時(shí)的成熟度，因而更為合理。相比于傳統(tǒng)液態(tài)烴收集法，液氮直接冷凍方法不僅能有效抑制輕烴的蒸發(fā)損失，還能較好地揭示輕烴的原始/實(shí)際地球化學(xué)信息，是一種更好的熱解油收集方法。
研究團(tuán)隊(duì)還采用黃金管封閉體系熱模擬實(shí)驗(yàn)，將四種同源且具有不同生物降解程度的原油人工熟化到不同的成熟度，以此來(lái)模擬油藏經(jīng)歷的早期生物降解作用與后期熱成熟作用相疊加時(shí)的復(fù)雜次生改造作用。結(jié)合液氮直接冷凍收集法，分析了疊加次生改造作用對(duì)原油中的輕烴產(chǎn)率及特征的影響。
圖1 (a)不同成熟度下兩種收集方法獲得的C6–C13輕烴總產(chǎn)率；(b)四種原油熱解過(guò)程中C6–C13輕烴總產(chǎn)率隨成熟度(Easy%Ro)的變化。
在疊加次生改造影響下，生物降解作用顯著降低了原油裂解生成輕烴的潛力（圖1b）。輕度-中度降解油、重度降解油和嚴(yán)重降解油的輕烴產(chǎn)率峰值分別僅占未降解油的55.6%、48.7%和40.2%。這主要是生物降解過(guò)程中微生物對(duì)原油中富氫的鏈烷烴的選擇性去除，顯著降低了原油熱解生成輕烴的潛力。因此，對(duì)于發(fā)生了早期生物降解作用+晚期熱成熟作用的疊合盆地而言，疊加次生改造可能導(dǎo)致基于正常油熱解的數(shù)值模型計(jì)算得到的輕質(zhì)油/凝析油的資源潛力被大大高估。
在疊加次生改造影響下，基于輕烴比值的油-油對(duì)比指標(biāo)可能被嚴(yán)重改造而失效。例如常用的P3 vs (P2 + N2)和P2 vs N2/P3等油-油對(duì)比圖因受疊加次生改造作用影響（圖2a和b）而導(dǎo)致油-油對(duì)比出現(xiàn)嚴(yán)重偏差，但(2-MH + 2,3-DMP) vs (3-MH + 2,4-DMP)圖仍然能適用于油-油對(duì)比（圖2c）。
圖2 基于輕烴比值的油-油對(duì)比指標(biāo)。
在疊加次生改造影響下，基于輕烴比值的成熟度指標(biāo)可能被明顯修改而失真。例如，生物降解油中與成熟度相關(guān)的大部分輕烴參數(shù)比未降解油在更低的成熟度（Easy%Ro）時(shí)達(dá)到最大值，并且普遍低于未降解油的相應(yīng)輕烴參數(shù)（圖3），這可能導(dǎo)致原油成熟度評(píng)估出現(xiàn)明顯偏差。
圖3 基于輕烴比值的成熟度指標(biāo)。
在疊加次生改造影響下，用于識(shí)別次生改造類(lèi)型的異庚烷值vs庚烷值圖和甲苯/n-C7 vs n-C7/甲基環(huán)己烷圖，盡管在輕度-中度生物降解階段仍然適用，在重度和嚴(yán)重生物降解階段不再適用于識(shí)別次生改造類(lèi)型（圖4）。因此，這可能導(dǎo)致基于輕烴參數(shù)的次生改造作用類(lèi)型判識(shí)出現(xiàn)偏差。此外，當(dāng)Easy%Ro在0.5–1.4%范圍內(nèi)時(shí)，生物降解油熱解產(chǎn)生的大多數(shù)輕烴產(chǎn)物與未降解油熱解產(chǎn)生的相應(yīng)輕烴產(chǎn)物的δ13C值存在一定的差別，主要原因是原生輕烴和次生輕烴的δ13C值存在差別，且在不同成熟階段這兩種來(lái)源的輕烴的占比有所不同，導(dǎo)致這種碳同位素分餾效應(yīng)隨著成熟度的升高而逐漸減弱。
圖4 識(shí)別次生改造作用類(lèi)型的輕烴參數(shù)圖版
綜上所述，疊加次生改造過(guò)程對(duì)輕烴生成潛力、輕烴指標(biāo)以及輕烴的δ13C值均有顯著影響。因此，在疊合盆地開(kāi)展的輕烴資源評(píng)估以及基于輕烴特征的油-油對(duì)比和成熟度評(píng)估，應(yīng)該結(jié)合油氣藏的次生改造改造過(guò)程來(lái)做出判斷。
本研究受到中國(guó)科學(xué)院A類(lèi)先導(dǎo)科技專(zhuān)項(xiàng)（XDA14010103）和國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（41872156）的資助。相關(guān)研究成果近期發(fā)表在國(guó)際期刊Organic Geochemistry上。
論文信息：
1. Huang, Y.（黃越義）, Liao, Y.*（廖玉宏）, Pan, Y.（潘銀華）, Hsu, C.S.（許強(qiáng)）, Wang, Y.（王云鵬）, Peng, P.a.（彭平安）, 2022. Improved light hydrocarbons collection method for the pyrolysis of crude oil in gold tube closed system experiments. Organic Geochemistry. 168, 104432. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2022.104432
2. Huang, Y.（黃越義）, Liao, Y. *（廖玉宏）, Xu, T.（許濤）, Wang, Y.（王云鵬）, Peng, P. （彭平安）, 2023. Characteristics of light hydrocarbons under the superimposed influence of biodegradation and subsequent thermal maturation. Organic Geochemistry 177, 104557. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2023.104557
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