新聞動(dòng)態(tài)廣州地化所、深地科學(xué)卓越創(chuàng)新中心揭示原油熱裂解過程中熒光壽命的演化模式
地質(zhì)條件下，深層-超深層油藏和包裹體中的原油會(huì)發(fā)生不同程度的裂解。原油裂解過程中，其化學(xué)組分和生物標(biāo)志化合物以及碳?xì)渫凰鼐鶗?huì)隨著裂解程度的增加而改變，基于這些變化的機(jī)地球化學(xué)參數(shù)通常用來于表征原油的裂解程度。然而，由于目前很難獲取單個(gè)包裹體中的石油，這些參數(shù)也就不能用于表征單個(gè)包裹體油的熱解程度。另外，由于輕質(zhì)油/凝析油通常以低碳數(shù)飽和烴組分為主，特征生物標(biāo)志化合物含量較低且熱裂解過程中原油同位素分餾較小，導(dǎo)致這些參數(shù)也很難有效表征輕質(zhì)油/凝析油的裂解程度。
原油富含多環(huán)芳烴（PAHs），普遍具有熒光性。原油中PAHs的類型和濃度會(huì)隨著原油裂解程度發(fā)生改變，故原油的熒光演化特征可用于表征原油和包裹體油的裂解程度。原油的熒光特征主要包括熒光顏色、發(fā)射波長、熒光強(qiáng)度和熒光壽命等參數(shù)。相對(duì)于其他熒光參數(shù)，原油的熒光壽命具有更高的穩(wěn)定性和靈敏性。應(yīng)用原油熒光壽命模式表征原油裂解過程具有快速、無損和精確高等優(yōu)點(diǎn)，并且能夠有效應(yīng)用到輕質(zhì)油/凝析油以及單個(gè)石油包裹體樣品。
鑒于此，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所田輝研究員團(tuán)隊(duì)借助不同來源原油的高溫高壓熱模擬實(shí)驗(yàn)，揭示了原油熱裂解過程中原油熒光壽命的演化模式，并在此基礎(chǔ)上初步建立了應(yīng)用原油熒光壽命參數(shù)表征原油裂解程度和示蹤原油來源的新技術(shù)。研究結(jié)果表明，不同油源的原油熒光壽命值（τoil）存在差別，但在原油裂解過程中的演化規(guī)律相似。隨著原油裂解程度的增加，原油的熒光壽命值先增加，在原油裂解率（Pc, %）達(dá)到40%左右，原油熒光壽命值逐漸減小，當(dāng)原油Pc ＞ 80%時(shí)，不同油源的原油具有相似的熒光壽命值（圖1）。原油熒光壽命的演化主要受控于原油中芳烴組分的熒光壽命值（τaro）和飽和烴/芳烴比值（Rsat/aro）的變化（圖2），因?yàn)檫@兩者分別制約著原油的熒光量子產(chǎn)率和熒光猝滅程度。結(jié)合原油芳烴分子成熟度指標(biāo)（例如，修正甲基菲指數(shù)PP-1），熒光光譜（例如，紅綠比Q650/500）和紅外光譜參數(shù)（例如，C=C鍵吸光度，A1600），利用原油的熒光壽命值可以劃分具體盆地中的原油類型并識(shí)別同源不同裂解程度的原油（圖3）。
圖1. 不同來源原油熒光壽命的演化模式.（WC19為中深湖相原油；YJ33為河沼相原油）
圖2. 原油裂解過程中熒光壽命值與其芳烴組分熒光壽命（a）和飽和烴/芳烴比值（b）相關(guān)性.
圖3. 原油裂解過程中熒光壽命值與分子成熟度指標(biāo)（修正甲基菲指數(shù)PP-1），熒光光譜參數(shù)（Q650/500）和紅外光譜參數(shù)（A1600）相關(guān)性。
該研究成果近期發(fā)表于國際期刊Organic Geochemistry上，得到了國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃（2019YFC0605502），中國科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)（A類）（XDA14010104）等基金的資助。
論文信息：Cheng, Peng; Liu, Botong; Tian, Hui*; Xiao, Xianming; Gai, Haifeng; Zhou, Qin; Li, Tengfei; Liu, Dehan. Fluorescence lifetime evolution of crude oils during thermal cracking: Implications from pyrolysis experiments in a closed system. ORGANIC GEOCHEMISTRY, 2021, 159, 104273.
(有機(jī)地球化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室供稿)
