新聞動態(tài)廣州地化所、深地科學卓越創(chuàng)新中心揭示原油熱裂解過程中熒光壽命的演化模式
地質條件下，深層-超深層油藏和包裹體中的原油會發(fā)生不同程度的裂解。原油裂解過程中，其化學組分和生物標志化合物以及碳氫同位素均會隨著裂解程度的增加而改變，基于這些變化的機地球化學參數(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包裹體中的石油，這些參數(shù)也就不能用于表征單個包裹體油的熱解程度。另外，由于輕質油/凝析油通常以低碳數(shù)飽和烴組分為主，特征生物標志化合物含量較低且熱裂解過程中原油同位素分餾較小，導致這些參數(shù)也很難有效表征輕質油/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、熒光強度和熒光壽命等參數(shù)。相對于其他熒光參數(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，并且能夠有效應用到輕質油/凝析油以及單個石油包裹體樣品。
鑒于此，中國科學院廣州地球化學研究所田輝研究員團隊借助不同來源原油的高溫高壓熱模擬實驗，揭示了原油熱裂解過程中原油熒光壽命的演化模式，并在此基礎上初步建立了應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。研究結果表明，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, %）達到40%左右，原油熒光壽命值逐漸減小，當原油Pc ＞ 80%時，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），因為這兩者分別制約著原油的熒光量子產(chǎn)率和熒光猝滅程度。結合原油芳烴分子成熟度指標（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）相關性.
圖3. 原油裂解過程中熒光壽命值與分子成熟度指標（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，得到了國家重點研發(fā)計劃（2019YFC0605502），中國科學院戰(zhàn)略性先導科技專項（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.
(有機地球化學國家重點實驗室供稿)
