有機質(zhì)豐度恢復(fù)方法及影響因素分析

有機質(zhì)豐度恢復(fù)方法及影響因素分析

根據(jù)排烴門限制理論，如果泉巖中含有足夠的碳?xì)浠衔铮瑒t開始向外排烴。另外,在源巖的演化過程中也有一定量的CO2生成,并擴散出源巖。由此可知,地史過程中,巖石中有機質(zhì)的絕對量隨生、排烴作用的進行不斷減少,導(dǎo)致反映其豐度的有機碳百分含量也逐漸降低。因此要客觀描述發(fā)生過生、排烴作用的成熟-過熟源巖中有機質(zhì)的原始豐度,必須進行相應(yīng)的恢復(fù)計算。1烴源巖初始有機質(zhì)豐度的恢復(fù)系數(shù)計算該方法通過采集相同層位不同埋深的烴源巖,實測有機碳含量及生烴潛量,然后求出不同成熟度烴源巖原始有機質(zhì)豐度的恢復(fù)系數(shù)。理論上,自然演化剖面是最為科學(xué)和接近地質(zhì)歷史的,但由于樣品不易采到,而且還要求整個剖面有機相相近和成熟度變化范圍要大,故操作比較困難,不易找到。2熱解和生烴該方法通過對某一研究區(qū)成熟度較低的相同有機質(zhì)類型的烴源巖進行加熱,測量不同熱演化階段(一般以Ro表示)的生烴量或熱解參數(shù),得到經(jīng)驗公式或圖版。龐雄奇等對不同KTI(干酪根類型指數(shù))值的泥巖進行模擬實驗得到經(jīng)驗公式,郝石生等利用低成熟碳酸鹽巖進行模擬實驗得到一組經(jīng)驗公式和圖版。3物質(zhì)平衡法3.1有機碳的h/c、n、c、c該方法又稱元素法,基于化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)守恒原理。在干酪根和油氣的元素組成中,H、C、O占主導(dǎo)地位。根據(jù)殘余有機質(zhì)的H/C和O/C原子比以及干酪根演化過程中以H2O和CO2形式脫出的氧原子量基本相等,推導(dǎo)有機碳恢復(fù)系數(shù)為式中:m、n為原始有機質(zhì)的H/C、O/C值;m′、n′為殘余有機質(zhì)的H/C、O/C值;p為烴產(chǎn)物的累積平均H/C值。程克明等提出的公式為式中:Rc為有機碳恢復(fù)系數(shù);m為原始階段干酪根的H/C值;m0為演化至某一階段時干酪根的H/C值;n0為干酪根演化至某一階段時生成物中的H/C值。金強根據(jù)該方法首先計算不同類型純干酪根在不同演化階段碳的恢復(fù)系數(shù)(f),然后根據(jù)生油巖中干酪根含量及其抽提物(Ca)與生油巖有機碳(Co)之間的關(guān)系,獲得生油巖有機碳恢復(fù)系數(shù)(c)的計算公式和恢復(fù)圖版。陳增智根據(jù)化學(xué)反應(yīng)物質(zhì)平衡原則認(rèn)為,干酪根降解殘余及降解產(chǎn)物的碳、氫、氧元素含量在演化前后應(yīng)保持一致,則由原子數(shù)平衡方程組得出有機碳的恢復(fù)系數(shù)為式中:Cre為有機碳恢復(fù)系數(shù);CKO為巖石干酪根中碳原子數(shù);Cr為某一點處演化系統(tǒng)中總剩余有機碳的碳原子數(shù)。3.2有機碳恢復(fù)系數(shù)有效碳指干酪根中在足夠溫度和時間作用下能生成油氣的碳。而無效碳指干酪根中不能轉(zhuǎn)化為烴類的部分,它在油氣生成和運移過程中保持不變,由此獲得有機碳恢復(fù)系數(shù)Rc為式中:Co為原始有機碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;Do為原始干酪根降解率,%;CT為現(xiàn)今有機碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù),%;DT為現(xiàn)今的干酪根降解率,%。3.3有機碳恢復(fù)系數(shù)的確定該方法以有機質(zhì)演化規(guī)律為依據(jù),在假定源巖生成的油氣全部發(fā)生運移(即發(fā)生100%排烴)的條件下獲得有機碳恢復(fù)系數(shù)計算公式:式中:Rc為原始干酪根的質(zhì)量,g;Cr為殘余干酪根的質(zhì)量,g;W為每克有機碳的油氣產(chǎn)率,mg·g-1。4理論推理法4.1原始有機碳的表征該方法依據(jù)化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)模型,首先對生烴潛力進行恢復(fù),然后獲得原始有機碳(C0):式中:K為轉(zhuǎn)有機質(zhì)為有機碳的系數(shù);mr為一定體積源巖的現(xiàn)今質(zhì)量,mg;mc為相應(yīng)有機碳的質(zhì)量,mg;!IH為原始生烴潛力的恢復(fù)量;C為實測殘余有機碳的質(zhì)量,mg。4.2每克有機碳生成烴,gg-1該方法有機碳恢復(fù)系數(shù)如式(8)所示。式中:G為生烴率,每克有機碳生成烴的質(zhì)量,g·g-1;K為烴含碳率;E為排烴效率,%;G(CO2)為每克有機碳生成CO2的質(zhì)量,g·g-1;IO為氧指數(shù),每克有機碳中CO2的質(zhì)量,g·g-1;K(CO2)為CO2的含碳率。4.3殘余生烴潛力的變化該方法由物質(zhì)平衡推算原始有機碳、殘余有機碳和殘余生烴潛力之間的關(guān)系,忽略了干酪根降解產(chǎn)生的CO2的量(這部分很少)。郝石生和程克明等分別提出了自己的計算公式。4.4有機碳的計算根據(jù)有機質(zhì)演化規(guī)律可知,烴源巖中的原始有機碳是不溶殘?zhí)?即干酪根)中的有機碳(Ck)、有機質(zhì)類型(K)和成熟度(Ro)的函數(shù),由此獲得原始有機碳的計算公式為式中:Ck為干酪根中碳的質(zhì)量,mg,實際應(yīng)用中所測殘余有機碳扣除可溶有機碳后帶入上式計算。5烴源巖相對穩(wěn)定公式秦匡宗研究結(jié)果表明,在干酪根演化過程中主要是脂構(gòu)碳和雜原子碳發(fā)生降解,芳構(gòu)碳則相對穩(wěn)定。程克明等提出的公式為式中:Fl0、Fh0分別為源巖在生烴門限附近時脂構(gòu)碳與總有機碳之比和芳構(gòu)碳與總有機碳之比;Fl1、Fh1分別為當(dāng)烴源巖演化至某一階段時脂構(gòu)碳與總有機碳之比和芳構(gòu)碳與總有機碳之比;Rc為有機碳恢復(fù)系數(shù)。6討論6.1t的干結(jié)構(gòu)模型目前烴源巖有機質(zhì)豐度恢復(fù)方法都以Tissot的干酪根熱解生烴理論為基礎(chǔ)。而且,各種恢復(fù)模型所沒有考慮到的源巖有機質(zhì)與地質(zhì)體中氧化劑之間的氧化還原反應(yīng)也必將導(dǎo)致恢復(fù)結(jié)果變大。6.2有機質(zhì)類型的確定隨著干酪根演化程度的增強,尤其是達到高、過成熟階段時,其絕大多數(shù)表征有機質(zhì)類型的參數(shù)將趨于一致。因此,在對高演化程度下的有機質(zhì)豐度進行恢復(fù)時,其原始有機質(zhì)類型的確定至關(guān)重要。另外,對于某些有機質(zhì)在生烴之前是否已經(jīng)遭到氧化值得考慮。7影響有機碳反應(yīng)的因素除了前人提及的影響因素以外,以下幾方面因素也將對有機碳恢復(fù)系數(shù)造成影響。7.1源巖非均質(zhì)性對于沉積盆地而言,不同構(gòu)造部位的沉積環(huán)境及沉積后作用均存在差異,由此導(dǎo)致源巖存在一定的非均質(zhì)性。因此現(xiàn)今獲得的少量樣品能否完全代表地下源巖的真實品質(zhì)值得思考。7.2溫度高壓條件下,沉積碳的氧化盡管干酪根在地質(zhì)演化過程中以“去氧加氫富集碳”為主,但在地下高溫高壓條件下,同時伴隨源巖有機質(zhì)與地質(zhì)體中氧化劑之間的氧化還原反應(yīng),即碳被氧化生成無機的CO2,同樣會造成碳的損耗,由此導(dǎo)致有機質(zhì)豐度降低是現(xiàn)有方法都忽略的問題,這必然會影響恢復(fù)結(jié)果的真實性。7.3水與不銹鋼高壓反應(yīng)臺馬素萍等通過加水熱模擬實驗發(fā)現(xiàn),在熱模擬溫度為300℃時,水與不銹鋼高壓反應(yīng)釜在高溫高壓條件下會發(fā)生反應(yīng)生成氫氣。這是一個重要的外來氫源,這部分氫氣可能對有機質(zhì)成烴反應(yīng)過程產(chǎn)生影響,而且會直接導(dǎo)致熱模擬結(jié)果失真,影響恢復(fù)結(jié)果的準(zhǔn)確性。8理論計算法有機質(zhì)豐度恢復(fù)方法多種多樣,各具特點亦有不足。自然演化剖面方法準(zhǔn)確,但是應(yīng)用性差;熱解模擬法具有很強的針對性和可操作性,但是與地質(zhì)情況存在偏差,且實驗成本較高;物質(zhì)平衡法從有機質(zhì)演化前后總量守恒的角度出發(fā),建立恢復(fù)模型,相對而言比較準(zhǔn)確、科學(xué),但是該方法以完全排烴為前提;理論計算法最大的優(yōu)點是理論性強,但是公式繁瑣,所需參數(shù)較多,而且一些關(guān)鍵參數(shù)的獲得仍然離不開模擬實驗;譜學(xué)類型模型法從有機質(zhì)性質(zhì)和結(jié)構(gòu)變化的微觀角度建立恢復(fù)模型,可謂另辟蹊徑,但是通過譜學(xué)分析手段獲得的參數(shù)準(zhǔn)確性不高,而且受源巖非均質(zhì)性的影響,恢復(fù)結(jié)果的可靠性較低?？梢钥闯?盡管有機質(zhì)豐度恢復(fù)方法較多,但是均存在不同程度的誤差。因此,在對有機質(zhì)豐度進行恢復(fù)時