劉文娜等-OG:揮發(fā)過程中輕烴氫同位素逆向分餾的主控因素及油氣成因指示意義
?揮發(fā)過程中化合物的同位素分餾不僅是穩(wěn)定同位素研究領(lǐng)域的關(guān)鍵基礎(chǔ)問題,也有很高的應(yīng)用價值。其中,石油輕烴的氫同位素以其揮發(fā)過程中的逆向分餾特征而明顯區(qū)別于碳同位素,使其有可能在復(fù)雜油氣藏的成因研究中發(fā)揮重要的作用。然而,與碳同位素相比,已有研究對揮發(fā)過程中影響輕烴氫同位素分餾的關(guān)鍵因素還有待闡明。
?針對上述問題,中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所彭平安院士團(tuán)隊的博士生劉文娜在賈望魯研究員的指導(dǎo)下,開展了單個化合物、烷烴混合物和輕質(zhì)油三種體系下的自然揮發(fā)實驗,結(jié)合碳(C)同位素定量深入研究了多類輕烴的氫(H)同位素富集因子(ε)的變化規(guī)律與主控因素,力圖為原油成因的研究提供新方法。

圖1. 不同揮發(fā)體系中H和C同位素富集因子(ε)
?研究結(jié)果表明,輕烴H同位素的分餾程度受揮發(fā)體系、化合物分子量及其結(jié)構(gòu)的影響:(1)H和C同位素分餾程度大小均依次為輕質(zhì)油>烷烴混合物>單個化合物體系(圖1),這種差異與揮發(fā)體系輕烴的不飽和度有關(guān)。(2)?對于同一體系中結(jié)構(gòu)相似的輕烴,由于樣品池的緩沖作用,H同位素的分餾程度隨分子量的增加而增加,與C同位素相反(圖1)。(3)對于相同碳數(shù)的輕烴,甲基環(huán)己烷具有比其它C7化合物(如3-甲基己烷、正庚烷和甲苯)更低的揮發(fā)速率和更小的H和C同位素分餾程度。
?H同位素獨(dú)特的分餾特征能夠為油氣成因提供獨(dú)特的限定條件。結(jié)合輕烴的H和C同位素組成與分子組成參數(shù)(如nC?7/MCH,Tol/?nC?7)能夠區(qū)分原油形成的三個關(guān)鍵過程:蒸發(fā)過程,熱成熟和生物降解作用(圖2)。揮發(fā)引起的C7 輕烴之間H同位素組成的差值(如ΔDnC7-Tol和ΔDTol-MCH)的變化幅度遠(yuǎn)小于來源差異引起的變化,可以指示母源沉積環(huán)境的變化。

圖2. 輕烴H-C同位素-分子比值的綜合成因判識圖?
該成果近期發(fā)表在油氣領(lǐng)域主流刊物《Organic Geochemistry》,研究得到國家自然科學(xué)基金(42125304、42173057)的資助。
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論文信息:?Wenna Liu?(劉文娜), Wanglu Jia (賈望魯)*,?Qiang Wang (王強(qiáng)), Jian Chen (陳鍵),Jinbu Li (李進(jìn)步),Ping’an Peng (彭平安), 2024. Influencing factors of hydrogen isotopic fractionation of light hydrocarbons during evaporation and implications. Organic Geochemistry 198, 104894.
論文鏈接:https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2024.104894

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