極性雜原子化合物在油藏疊加次生改造中分子轉化

近日，中國科學院廣州地球化學研究所有機地球化學國家重點實驗室FT-ICR MS儀器工程師蔣彬與研究員廖玉宏等研究揭示了前期生物降解和后期熱成熟作用疊加過程中原油極性雜原子化合物的轉化規律。相關成果發表于《有機地球化學》（Organic Geochemistry）。

我國西部含油氣盆地如塔里木盆地、四川盆地等都屬于疊合盆地，構造運動復雜多期，油氣藏次生改造過程復雜。其中許多油氣藏很可能經歷了早期抬升剝蝕導致的生物降解作用和后期埋深大幅增加導致的熱成熟作用的疊加次生改造，極大地改變了原油的化學組成。含有氮、氧和硫等雜原子基團的極性化合物是原油的關鍵組分，蘊含著豐富的地球化學信息，能用于判斷有機質來源、沉積環境和原油成熟度。尤其是這些含雜原子的極性化合物對疊加次生改造作用較為敏感，因此，揭示原油中含雜原子極性化合物在疊加次生改造過程中的分子轉化特征對于重建油藏的地質改造過程具有重要意義。

在該研究中，研究人員對一套不同生物降解程度的遼河原油和油砂及其熱解產物中極性雜原子化合物的分子組成變化進行了詳細的分析。他們揭示了不同雜原子極性化合物在疊加次生改造過程中的分子轉化規律：對于典型O₂酸類化合物，輕度和中度階段的生物降解可導致O₂酸類化合物的增加，而重度生物降解階段會導致脂肪酸分解為CO₂，并使得1-4環的環烷酸含量增加。而隨著熱成熟度的增加，O₂酸類化合物含量持續下降，并在成熟度（Easy Ro）0.82-1.01 %之間發生快速裂解，生成正構烷烴；對于典型N₁類化合物，長碳鏈的中性和堿性氮化合物比短鏈和較高縮合度的化合物更容易發生生物降解和熱裂解。此外，還提出了基于極性化合物且適合于解耦疊加次生改造作用下的生物降解和熱成熟作用強度的新計算參數，計算結果準確且適用范圍比常規的生物標志物指標更寬（EasyRo最高可達1.58%）。

該研究充分發揮了FT-ICR MS在分析極性雜原子化合物方面的無與倫比的優勢（超高分辨率和質量精確度），闡明了極性化合物在疊加次生改造作用下的分子轉化規律，進而提出了基于極性化合物適用于疊加次生改造作用下的生物降解和熱成熟度的新計算參數。

該研究結果不僅展現了極性化合物在重建疊合盆地古油藏的地質改造歷史方面的強大潛力，還為理解原油組分在疊合盆地地質環境中經歷的復雜地球化學變化提供了新的視角。

相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2024.104741