芳烃分析论文：芳烃分析及石油地质运用探究

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本文作者：张云献1刘海燕1巩卫芳1董虎2作者单位：1中国石化中原油田分公司勘探开发科学研究院2中国石化中原油田分公司采油四厂

有机质母质来源

东濮凹陷北部地区濮深18-8井、濮深19井样品芳烃馏分相对组成中，联苯系列、惹烯和苝微量，质量分数0.23%～5.36%，其中，联苯系列、惹烯大多小于2.0%，苝大多小于3.0%；荧蒽和芘有较高质量分数检出，濮深18-8井样品中荧蒽为5.17%～9.03%、芘为5.54%～8.73%，濮深19井样品荧蒽为13.81%～27.09%、芘为14.54%～29.25%；腐泥类化合物烷基菲系列、屈系列及苯并萘噻吩系列均有较高质量分数检出，尤其烷基菲系列最高，为24.27%～56.22%，屈系列为5.38%～17.19%，苯并萘噻吩系列为5.54%～21.25%。如图1所示，濮深18-8井、濮深19井样品各自吻合性较好，但二者之间差异较大，濮深19井样品荧蒽和芘质量分数明显高于前者、烷基菲系列质量分数明显低于前者。菲系列中二甲基菲2，10-DMP、2，5-DMP和1，7-DMP质量色谱图的分布形态也可用于母质类型判断，若三者呈“V”字型分布，表明有机质类型偏腐泥型，化合物输入以低等水生生物为主；若三者呈“阶梯状”分布，即三者的峰高依次减低，则表明原始母质偏腐植型，化合物输入多以高等植物为主。濮深18-8井原油、源岩芳烃二甲基菲分布呈“V”字型（见图2a），表明有机质类型偏腐泥型，化合物输入以低等水生生物为主；濮深19井源岩芳烃二甲基菲分布呈“阶梯状”（见图2b），表明原始母质偏腐殖型。这些均与样品实际干酪根镜检结果相一致，实际检测的濮深18-8井这5个样品干酪根类型以Ⅱ1为主，濮深19井这8个样品干酪根类型以Ⅱ2为主。

有机质热演化特征

有机质在热演化过程中，多环芳烃的变化是错综复杂的，包括生物先质芳烃的氧化还原作用，烷烃和环烷烃的逐步芳构化及多环芳烃自身在结构和组成上所产生的一系列变化。根据芳烃色谱、质谱总离子流图上峰群的分布特征，可对原油或烃源岩的成熟度作出初步判断，一般包含3个峰群：萘与烷基萘峰群的二环化合物，菲与烷基菲峰群的三环化合物，芳甾、萜类烃与其他多环芳烃峰群的四、五环化合物。一般来说，成熟度较高时为前峰型，芳烃化合物质量分数第一、二峰群高、第三峰群低；成熟度较低时为后峰型，芳烃化合物质量分数第三峰群高，第一、第二峰群低；成熟度中等时为双峰型，芳烃化合物质量分数第三峰群与第一、二峰群相当［7-11］。东濮凹陷北部地区濮深19及濮深18-8井原油、烃源岩芳烃组成总体特征表明，芳烃质量分数二环分布于0.85%～6.92%，三环分布于20.29%～74.40%，四环分布于8.51%～32.36%，五环分布于3.41%～13.97%；三芴系列质量分数分布于2.15%～7.63%；芳甾类系列质量分数分布于0.69%～51.69%，且变化较大，濮深18-8井烃源岩中高、大于20%，但濮深18-8井原油、濮深19井烃源岩中低、小于5%。另外，其他芳烃总体上分布特征是三环芳烃质量分数高，其次是四环芳烃、五环芳烃，二环芳烃与三芴系列质量分数较低。如图3所示，濮深18-8井烃源岩芳烃具有“双峰型”，而濮深18-8井原油芳烃则呈“前峰型”，表明后者的成熟度比前者高；濮深19井4000～4200m烃源岩芳烃具有“双峰型”，而4200m以下则呈“前峰型”，也表明后者的成熟度比前者高。虽然濮深18-8井烃源岩与濮深19井4000～4200m烃源岩芳烃同具有“双峰型”特点，但也略有不同，前者第三峰群中以芳甾类烃为主、后者则以四环芳烃为主，也表明后者的成熟度比前者略高。芳烃中反映原油、烃源岩成熟度的指标参数较多，甲基菲指数（MPI）与甲基菲比值MPR（MPR=2-MP/1-MP）被Radke等首先提出。由于甲基菲同分异构体2-MP和3-MP比1-MP和9-MP更加稳定，从而随热成熟度不断增加，MPR和MPI值也增加。由于高温下甲基菲的脱甲基作用，当Ro>1.35%时，MPI随热演化度增加反而降低。通过研究MPI值与不同类型煤Ro的相关关系，得出折算的镜质体反射率（Rc）如下的相关方程。东濮凹陷北部地区濮深19井及濮深18-8井原油、烃源岩MPI表明，濮深18-8井3155.72～3191.00m源岩为成熟烃源岩，濮深19井4079.0～5152.9m为成熟—高成熟烃源岩（见表1）。随着热演化程度不断增加，烷基二苯并噻吩系列化合物相对质量分数发生规律性变化，并且与埋深和Ro间存在着良好的线性关系［12-13］。由于烷基二苯并噻吩4-MDBT热稳定性好于1-MDBT，因此随埋深和Ro增大，甲基二苯并噻吩比值（MDR）（MDR=4-MDBT/1-MDBT）也不断增大。濮深18-8井MDR为1.21～2.74，濮深19井MDR为1.50～5.63（见表1），随埋深增大、MDR也增大。芳香甾烷也可有效判断有机质成熟度，在有机质热演化过程中，首先，由胆甾醇脱水生成3，5-胆甾二烯，经双环芳构化，很快形成三芳甾烷；再随着热演化程度不断增加，三芳甾烷长链同系物向短链同系物转化并继续进行芳构化作用，一直可持续到湿气阶段，在较高成熟阶段三芳甾类比值比单芳甾类更灵敏［14-16］；随着热演化程度继续增大，芳香甾烷侧链也会发生断裂（脱甲基、脱氢），从而使长链芳香甾烷（C26—C29）不断减少，低分子质量芳香甾烷（C20—C22）质量分数不断增加，C26-三芳甾20S/（20S+20R）、C28-三芳甾20S/（20S+20R）等参数比值也增大。由表1可知，濮深18-8井源岩、原油三芳甾烷C20/（C20+C26），C26-20S/20（S+R），C28-20S/20（S+R）分别为0.03～0.12，0.24～0.38，0.53～0.61，濮深19井源岩三芳甾烷C20/（C20+C26），C26-20S/20（S+R），C28-20S/20（S+R）分别为0.06～0.32，0.30～0.47，0.52～0.79。三芳甾烷C26-20S/20（S+R），C28-20S/20（S+R）参数与埋深存在着良好的线性关系，随埋深增大，C26-20S/20（S+R），C28-20S/20（S+R）的比值也不断增大。

有机质沉积古环境

大量研究表明，芳烃中三芴系列化合物可作为良好的烃源岩和原油生源沉积环境判识指标。吡咯类化合物（芴）、二苯并呋喃系列（氧芴）和二苯并噻吩系列（硫芴）的分子结构基本骨架中都有一个五圆环，表明可能来源于同种生物先质。芴分子骨架中碳9位为α碳原子，容易被取代，化学性质也比较活泼，在海相、盐湖相强还原条件下，很容易被硫取代，形成硫芴；在富含氧的浅水及沼泽环境中，容易被氧取代，形成氧芴。因此，根据硫芴和氧芴的分布特征，可进行有机质的沉积环境判识。一般来说，在正常还原环境下，芴系列化合物质量分数较高；在氧化—弱还原环境中，氧芴质量分数相对较高；在强还原条件中，硫芴可能占优势，较为丰富［17-19］。东濮凹陷北部地区濮深19及濮深18-8井原油、烃源岩芳烃三芴系列相对组成总体特征表明，硫芴质量分数最高，分布于51%～84%；芴质量分数变化较大，分布于3%～39%；氧芴质量分数变化不大，均较低分布于9%～18%。由东濮凹陷源岩、原油芳烃三芴系列相对组成三角图（见图4）可以看出，数据点相对集中在硫芴附近一侧，表明源岩沉积是在较强的还原环境中形成的。生物标志物类异戊二烯烷烃中姥鲛烷、植烷系列也常用于有机质沉积环境的研究，一般来说，深水湖相还原及强还原环境中，Ph/Pr比值多在1.7～5.0，在盐湖相咸化的强还原环境中，Ph/Pr值垌1。濮深19及濮深18-8井原油、烃源岩硫芴（SF）与氧芴（OF）的比值为3.88～6.27，Ph/Pr为1.23～3.0，两者具有良好的正相关关系（见图5），反映濮深19、濮深18-8井原油、源岩母质是在还原—强还原水体环境条件下沉积形成。