原油地球化学特征

艾伯塔油砂/原油地球化学特征~

艾伯塔油砂矿生产的原油产量自2002年起已超过加拿大年产油量的50%。配合勘探生产的需要，近年来我们围绕油砂的成因分析了大量的油砂岩心样品(部分样品情况参见表6－1)。下面根据这些样品的族组成特征、饱和烃和芳香烃生物标志物特征，探讨研
究区内高酸值油砂沥青的地球化学特征。
一、油砂沥青族组分特征原油和油砂沥青的族组分特征是反映原油油品好坏的重要标志之一。从表6－1中可以看出，可以正常生产的下白垩统Mannville组低酸值原油含有较多的饱和烃和芳香烃，而其他高酸值油砂沥青的饱和烃和芳香烃含量则相对减少，非烃的含量则相对增加，这可能主要与原油的生物降解程度有关。沥青质含量在这些样品中变化不大。
表6－1 艾伯塔油砂和相关原油样品族组成特征



图6－11 艾伯塔油砂沥青样品的总酸值分布与族组成的关系

Mannville组低酸值原油的饱和烃/芳烃比值较高，而高酸值油砂沥青的饱和烃/芳烃比值都比较低(表6－1)。总体看来，油砂沥青总酸值的增加与饱和烃和芳香烃含量的下降和非烃含量上升有一定关系，但与沥青质含量没有直接关系(图6－11)。
二、油砂沥青饱和烃生物标志物组成特征
利用饱和烃馏分中烷烃生物标志物可以判断油砂沥青有机质的来源、沉积环境、成熟度以及生物降解程度。通过对研究区原油和油砂的正构烷烃、支链烷烃、类异戊二烯烃以及各类的甾萜类化合物等生物标志物进行分析，可以获得高酸值油砂沥青的成因信息。
正构烷烃是非生物降解原油饱和烃馏分中的优势组分，而在生物降解油中它们往往是最先受影响的成分。图6－12展示了研究区原油和油砂沥青的饱和烃色谱图，从中可以清楚地区分出三类特征不同的饱和烃色谱图:①Mannville组低酸值原油，遭受轻微的生物降解，只有少量正构烷烃损失(图6－12A);②所有油砂沥青样品的饱和烃色谱图上正异构烷烃基本丧失，形成特征的鼓包，饱和烃色谱图上能够直接辨认的化合物主要是藿烷和甾烷生物标志物(图6－12B，C，D);③个别油砂沥青样品遭受严重生物降解，从而使得25－降藿烷成为饱和烃色谱图上强峰之一(图6－12D，样品#6741)。

图6－12A 艾伯塔代表性油砂沥青样品的饱和烃气相色谱图


图6－12B 艾伯塔代表性油砂沥青饱和烃气相色谱图(一)


图6－12B 艾伯塔代表性油砂沥青饱和烃气相色谱图(二)


图6－12C 艾伯塔代表性油砂沥青饱和烃气相色谱图


图6－12D 艾伯塔代表性油砂沥青饱和烃气相色谱图

图6－13和图6－14是所研究样品饱和烃馏分m/z191和217质量色谱图，反映样品中甾萜烷化合物分布。一般而言，海相碳酸盐源岩生成的原油相对富集三环萜烷。这些化合物的抗生物降解能力较强，在严重生物降解原油中，当甾烷和藿烷遭受破坏趋于消失或改变时，对三环萜烷几乎没有明显的影响。研究区采集的原油和油砂沥青样品总体上富含三环萜烷，其碳数分布范围在C19－C30之间，多数并不完整。它们的C21/C23三环萜烷比值也有一定的变化范围，但与原油生物降解的程度似乎没有明显的关系。

图6－13 艾伯塔代表性油砂沥青样品的饱和烃馏分m/z191质量色谱图(一)化合物1～6—C20～C25三环萜烷;7—Ts;8—Tm;9—25－降藿烷;10～12，14～17—C29～C35－17α(H)－藿烷;13—伽马蜡烷


图6－13 艾伯塔代表性油砂沥青样品饱和烃馏分m/z191质量色谱图(二)


图6－13 艾伯塔代表性油砂沥青样品的饱和烃馏分m/z191质量色谱图(三)


图6－14 艾伯塔代表性油砂沥青样品饱和烃馏分m/z217质量色谱图(一)甾烷化合物鉴定:1—C21;2—C22;3＆4—20S＆20R－13β，17α－C27;5＆6—20S＆20R－13β，17α－C29;7～10，11～14，15～18—C27，C29和C30正常甾烷


图6－14 艾伯塔代表性油砂沥青样品饱和烃馏分m/z217质量色谱图(二)


图6－14 艾伯塔代表性油砂沥青样品饱和烃馏分m/z217质量色谱图(三)

本区样品的甾藿烷系列化合物浓度和生标参数见表6－2～表6－4。从表中可以看出，原油的C29/C30藿烷比值分布范围是0.83～1.85之间。显然，在严重生物降解的沥青样品中，该比值相对较高。这说明生物降解过程对原油中不同碳数藿烷含量有一定的影响。但目前文献中对生物降解程度对藿烷系列化合物的影响尚有一定的争议。据Peters等(2005)研究，微生物降解藿烷沿着两种截然不同的路径:①侧链氧化;②脂肪环系统的改变。具体哪条路径在特定样品中占优势，取决于特定的细菌群落和环境条件。在GrandRapidsX06471油砂沥青中，正常藿烷系列化合物遭受严重降解而相对富集25－降藿烷;同时保存下来的长链藿烷以C35+异构体为主(图6－15)。以往人们将C35/C34藿烷的比值大于1.0作为碳酸盐岩或者强还原的沉积环境特征，但对于遭受过生物降解样品的解释可能需要慎重。绝对定量结果(图6－16)显示，原油中25－降藿烷浓度较低时，它与C30藿烷的浓度成正比;而当原油发生严重生物降解时，其浓度的增加是以“牺牲C30藿烷为代价”的。
表6－2 本区样品的藿烷系列化合物浓度(μg/g)


续表


表6－3 本区样品的甾烷系列化合物浓度(μg/g)


表6－4 本区样品的甾藿烷系列生物标志物参数


续表



图6－15 GrandRapids#X06471油砂沥青样品的饱和烃馏分m/z177和m/z191质量色谱图


图6－16 本区样品中25－降藿烷和C30藿烷浓度对比关系图

值得注意的是，在这次分析的所有艾伯塔油砂沥青和原油中，都含有伽马蜡烷，但它的含量普遍不高。这说明其源岩形成时有水体分层，但不具备高盐度的水体环境特征。与此同时，伽马蜡烷也可以在生物降解过程中相对富集，故它与常规藿烷的比值所反映的沉积水体条件可能要比实际情况要更显得封闭一些。
从图6－13可见，在没有遭受严重生物降解的原油和油砂沥青中，它们的甾烷分布极为相似，即单个短链甾烷(C21和C22甾烷)的强度稍大于C27－C29正常甾烷，重排甾烷低于正常甾烷，C27－C29正常甾烷呈特征的“V”型，而且含有相对丰富的C30－脱甲基甾烷，反映海相源岩特征。图6－17显示了本区样品的部分甾烷参数与甾烷浓度的对比关系，可见在生物降解过程中，重排甾烷浓度变化不大，而正常甾烷的绝对浓度明显降低。在C29重排甾烷/正常甾烷比值和C21+22甾烷占总甾烷的比例增加时伴随着甾烷浓度的降低，说明这些样品的生物降解程度较高，大量分子结构相对稳定的甾烷已经遭受破坏。

图6－17 本区样品部分甾－烷参数与甾烷浓度对比关系(C29－D/R是C29重排甾烷和C29正常甾烷比值;S/L为C21和C22甾烷占总甾烷的比例)


图6－18 本区原油/油砂沥青C29正常甾烷异构体比值与C29重排甾烷/正常甾烷比值关系图

生物降解是影响甾烷分布的重要因素之一，生物降解作用将优先从规则甾烷中去除20R的差向异构体，从而造成甾烷的异构体比值升高。图6－18为本区原油甾烷的异构体比值与C29重排甾烷/正常甾烷比值的关系图。从图6－17和6－18可以看出本区原油可以划分为两种不同类型的甾烷分布，Grosmont碳酸盐岩，Athabasca和GrandRapids地区的油砂富含短链甾烷，但在其他地区的油砂短链甾烷含量相对较低，这可能分别对应于不同的生物降解阶段或降解模式。
三、油砂沥青芳香烃组成特征
利用芳香烃组分中不同类别化合物的展布可以判断油砂沥青有机质的来源、沉积环境、成熟度以及生物降解程度。烷基苯和烷基萘等低分子量烃类是非生物降解原油芳香烃组分中的优势成分，而在生物降解油中它们往往是最先受影响的成分。图6－19展示了研究区原油和油砂沥青的芳香烃总离子流色谱图，从中可以清楚地区分出三类特征不同的芳烃色谱图:①Mannville组低酸值原油，遭受轻微的生物降解，只有少量低分子量芳烃损失，而富含烷基萘、烷基菲和烷基二苯并噻吩(图6－19A);②PeaceRiver，Wabasca和ColdLake油砂沥青样品芳烃色谱图上低分子量烷基萘大量丧失，含有部分烷基菲和烷基二苯并噻吩化合物(图6－19A，B和C);③Grosmont碳酸盐岩，Athabasca和GrandRapids地区油砂沥青样品遭受严重生物降解，从而使得多数色谱能分辨的低分子量芳烃基本丢失，而形成特征的色谱鼓包。
这些沥青样品部分芳香烃化合物浓度和参数见表6－5。从表中可以看出，原油烷基萘和烷基菲浓度最高，而在严重生物降解的沥青样品中明显降低。反之，三芳甾烷的浓度则在油砂中相对富集。原油中各种烷基萘浓度与原油酸值的关系见图6－20。

图6－19A 艾伯塔代表性原油和油砂沥青样品芳烃总离子流图(IS为标样)


图6－19B 艾伯塔代表性原油和油砂沥青样品芳烃总离子流图(IS为标样)


图6－20 艾伯塔代表性原油和油砂沥青样品烷基萘组分与原油酸值的关系


图6－21 艾伯塔代表性油砂沥青样品芳烃m/z231质量色谱图

图6－21 是所研究样品芳烃m/z231质量色谱图，反映三芳甾烷的分子分布。显然，C26—C28三芳甾烷的分布在所有样品中极为相似，说明它们的油源相近。同时需要指出的是，按照样品中短链三芳甾烷的有无，可以将本区原油和油砂划分为两种不同的类型:①Grosmont碳酸盐岩，Athabasca和GrandRapids地区的油砂不含短链三芳甾烷，但在饱和烃中富含短链甾烷，基本不含正常甾烷;②其他地区的油砂样品短链三芳甾烷相对较高，但在饱和烃中短链甾烷含量相对较低。如前所述，这可能分别对应于不同的生物降解阶段或降解模式。
利用甲基菲指数可以粗略地判断原油的热成熟度。如表6－5所示，根据甲基菲指数计算的第一类原油和油砂样品的源岩镜质体反射率在0.77%～0.88%之间，反映它们是海相烃源岩正常生油窗的产物;然而，第二类原油的数值要么偏高，要么偏低，这可能是严重生物降解的结果。
表6－5 本区样品的芳香烃常见化合物浓度(μg/g)和地化参数


续表


四、艾伯塔原油/油砂沥青和石油酸的官能团组成特征
为了了解艾伯塔原油/油砂沥青和石油酸的官能团组成特征，我们对原油和油砂抽提物、由这些样品分离出的酸性组分及其甲酯组分，分别进行了傅里叶红外光谱分析。表6－6列出了根据不同官能团在傅里叶红外光谱图上的响应特征计算的官能团结构参数。
表6－6 艾伯塔原油/油砂沥青和石油酸的官能团和结构参数


续表


纵观艾伯塔原油/油砂样品的傅里叶红外光谱，它们具有许多相似特征，如极强的脂肪族吸收峰，分别对应于脂肪族基团的伸展(3100～2800cm－1)、弯曲(1460和1377cm－1)和旋转振动(720cm－1)。它们存在芳香烃吸收峰(～1600cm－1和900～700cm－1)，并在1800～1600cm－1波段出现吸收峰，显示存在含氧化合物。通过酸性组分分离，在获得的酸性组分中对应于脂肪族基团的伸展(3100～2800cm－1)、弯曲(1460和1377cm－1)和旋转振动(720cm－1)吸收峰明显减弱，而含氧官能团(1800～1600cm－1波段)吸收峰和芳香基吸收峰(～1600cm－1和900～700cm－1波段)显著增强，显示酸性组分中存在大量的含氧和芳香族化合物。经过酯化，原油/油砂样品酸甲酯组分中芳香族成分大为降低，对应于脂肪族基团的伸展(3100～2800cm－1)、弯曲(1460和1377cm－1)和旋转振动(720cm－1)吸收峰仍然明显;但各类含氧官能团(1800～1600cm－1波段)吸收峰显著增强，羰基、多环醌类和苯酚等含氧基团大量富集，硫氧化物成为主要成分。
为了确定实验分析过程中样品分离步骤的可靠性，简化对比参数，我们对表6－6的数据开展了主成分分析(PCA)(表6－7)。从表6－7可见，第一个主成分反映了所有变量44%的信息，而头三个主成分反映了近75%的变量信息。图6－22显示这些样品可以清楚地分为三类:原油/油砂、酸性组分和酸甲酯组分，说明分离效果很好。这些结果，加上酸甲酯组分含量与原油总酸值的线性关系，表明研究获得的酸甲酯组分能够很好地反映原油酸值特征。
表6－7 艾伯塔原油/油砂沥青和石油酸的官能团参数主成分分析结果


续表


图6－23是艾伯塔原油/油砂沥青样品总酸值(TAN)与原油官能团参数的关系图。显然，样品总酸值与原油/油砂沥青样品本身的脂肪度、芳香度和氧化度没有明显的对比性，但随着芳环取代指数1和2，以及硫氧化物基团的增加而增加;随着总酸值的增加，样品的脂肪族分支指数、链长指数和环芳香化指数均有所降低，但在高酸值时变化不显著。
图6－24是艾伯塔原油/油砂沥青样品总酸值与原油酸甲酯组分官能团参数的关系图。显然，在原油遭受轻微生物降解酸值开始增加时，原油/油砂沥青酸甲酯组分样品的脂肪度和氧化度明显增加，而芳香度有所降低;但随着酸值的增加，芳香度有所增加，脂肪度和氧化度又有下降的趋势。艾伯塔原油/油砂沥青样品酸甲酯组分官能团组成的显着特征是很高的硫氧化物基团含量和较高的脂肪族分支指数。

图6－22 艾伯塔原油/油砂沥青和石油酸样品主成分分布

五、艾伯塔原油/油砂沥青酸甲酯组分分子组成特征
1.酸甲酯组分的气相色谱特征
用改性氧化铝吸附柱从原油/油砂沥青样品中分离出的石油酸，在经过酯化、纯化之后，通过气相色谱和色谱-质谱分析研究甲酯化酸性化合物组成。图6－25是艾伯塔代表性原油/油砂沥青样品酸甲酯组分的气相色谱图。显然，高酸值油砂沥青样品中酸甲酯组分的主要成分为所谓的“环烷酸”，即由于存在诸多在常规气相色谱图上无法分辨的复杂混合物而形成的大鼓包。色谱图上能够辨认的主要成分包括正构脂肪酸、δ－正构脂肪酸内酯、苯甲酸、苯二甲酸及三环和五环萜烷酸，未见到甾烷酸。

图6－23 艾伯塔原油/油砂沥青样品总酸值与原油官能团参数的关系


图6－24 艾伯塔原油/油砂沥青样品总酸值与酸甲酯组分官能团参数的关系

2.脂肪酸和脂肪酸内酯
所分析的艾伯塔原油/油砂沥青样品中普遍存在脂肪酸，但与环烷酸的丰度相比，它们仅为微量成分。利用m/z74、m/z88和m/z102质量色谱图可以反映代表正构、α位和β位甲基取代的长链脂肪酸。如表6－8和图6－26所示，正构C16和C18脂肪酸在m/z74质量色谱图中显示较强的相对丰度，非常容易识别。正构脂肪酸分子碳数分布在C9－C34之间，在分析的所有样品中都呈明显的偶碳优势，而异构脂肪酸相对含量较低，分子结构难以鉴定。这些样品中也同时鉴定出C10－C18脂肪酸内酯化合物。后者质量色谱图和质谱图如图6－27所示，具有特征的m/z57、m/z71和m/z85碎片，容易误判为正构烷烃;但它们的质谱图与正构烷烃的显著差别是等高质荷比的碎片强度在m/z85和99之间存在明显的台阶。这些化合物是由β－，χ－或δ－羟基酸分子内脱水而成，在成熟原油中不大可能是原生的。C16和C18饱和脂肪酸在自然环境中普遍存在，而相应的内酯作为抗氧化剂也通常伴生。因此它们有可能来自取样和实验过程的污染，也可能是微生物降解石油时残留下来的生物类酯物。由于这些化合物在原油/油砂沥青中的浓度与样品的总酸值呈正相关关系(图6－28)，它们很有可能不是样品污染的结果，而是代表了降解微生物对残余油的直接贡献。
3.芳香羧酸
Watson等(1999)在喜氧微生物降解模拟实验初期原油样品中分离出烷基苯羧酸系列化合物，并认为芳香羧酸是生物降解产物。在艾伯塔沥青样品中都含有芳香羧酸，包括苯甲酸和苯二甲酸，但其烷基同系物却并不常见。
4.萜烷酸
在所分析的艾伯塔原油/油砂沥青样品中普遍存在萜烷酸，包括三环萜烷酸和藿烷酸。所分析样品的m/z191质量色谱图见图6－29。这些化合物具有在C－17和C－21位的三种立体异构体(αβ，βα和ββ)以及C－22位的R和S构型。C30－C32藿烷酸的浓度是用它们在m/z235、m/z249、m/z263质量色谱图上的峰面积与5β－胆甾烷酸标样在m/z217上的峰面积计算的，没有进行响应因子校正(表6－9)。藿烷酸浓度随着样品总酸值增加而增加(图6－30);但在对比关系图上样品点明显散乱，说明影响因素比较复杂。
Meredith等(2000)在一些英国北海TAN0～3mgKOH/g的原油中观察到藿烷酸浓度随着样品总酸值增加而增加，但在TAN＞2mgKOH/g时则降低。Behar和Albrecht(1984)在五个成因互不相干的原油样品中则见到藿烷酸浓度随着样品总酸值增加而降低。以往人们将原油中藿烷酸浓度的变化归结为:①与其他化合物降解难易程度的差异;②运移过程中混入成熟度较低的成分;③生物降解油中新生成的藿烷酸之贡献。比较在所分析的样品中藿烷和藿烷酸立体化学构型的差异，结合正构脂肪酸和脂肪酸内酯的明显偶碳优势，我们认为生物降解过程中新生成的酸类贡献可能是造成上述浓度变化的重要因素之一。

图6－25 艾伯塔代表性原油/油砂沥青样品酸甲酯组分气相色谱图(一)


图6－25 艾伯塔代表性原油/油砂沥青样品酸甲酯组分气相色谱图(二)


图6－25 艾伯塔代表性原油/油砂沥青样品酸甲酯组分气相色谱图(三)

表6－8 艾伯塔原油/油砂沥青中正构脂肪酸浓度(μg/g)



图6－26 艾伯塔原油/油砂沥青中正构脂肪酸浓度分布


图6－27 m/z74和m/z85质量色谱图(a－b)及典型正构脂肪酸内酯化合物质谱图(c－d)


图6－28 艾伯塔原油/油砂沥青样品总酸值与正构脂肪酸浓度的关系

表6－9 艾伯塔原油/油砂沥青中藿烷酸的浓度(μg/g)



图6－29 艾伯塔代表性原油/油砂沥青样品酸甲酯组分的m/z191质量色谱图(一)化合物鉴定见表1－5


图6－29 艾伯塔代表性原油/油砂沥青样品酸甲酯组分m/z191质量色谱图(二)


图6－29 艾伯塔代表性原油/油砂沥青样品酸甲酯组分m/z191质量色谱图(三)


图6－30 艾伯塔原油/油砂沥青样品总酸值(TAN)与藿烷酸浓度的关系

一、生物标志物分布与组成
晋县凹陷产出的原油比较特殊，它具有相对密度高(＞1)，粘度高和含硫量高(＞1)的特点。就其生物标志物分布特征而言，主要呈现出两种情况：其一是富含C21、C22孕甾烷系列(＞10%)和伽马蜡烷，如赵7、赵102和赵42-3井原油；其二是C21、C22孕甾烷(＜1%)和伽马蜡烷含量均较低，如赵8井原油(图8-12)。此外，这些原油与前述的晋县凹陷盐湖相烃源岩一样，甾烷异构化程度高，C29甾烷两成熟度参数已达到平衡终点，显示出成熟原油的特征。此时仍采用甾烷成熟度参数已难以区分不同原油的相对成熟度高低。这些原油与那些甾烷异构化程度高的烃源岩聚集在一起，而与那些典型的未成熟烃源岩存在显著差异(图8-13)，反映出它们之间存在成因联系。

图8-12 晋县凹陷原油甾烷(m/z217)、单芳甾烷(m/z253)和三萜烷(m/z191)分布特征

值得注意的是在这些甾烷异构化程度很高的原油中，大多存在丰富的热稳定性欠佳的单芳甾烷，其中赵7、赵41-1井原油中单芳甾烷的浓度大于6μg/mg油，较江汉盆地的典型未成熟油高出一倍多，但赵8井原油单芳甾烷浓度则不到1.0μg/mg油，这是一个异常现象。因为在正常情况下，当C2920S/(20S+20R)＞0.40 时，单芳甾烷浓度含量会急剧下降直至消失，由此也表明这些原油所经历成熟度还没有达到使单芳甾烷消失的程度，但赵8井原油成熟度可能相对较高。比较四个原油甲基菲指数则可发现，赵7、赵102和赵41-3井原油中MPI1分别为0.42、0.36和0.37，而赵8井原油则达到0.63，由此参数得到的折算反射率Rc分别为0.65、0.62，0.62和0.78，这更进一步表明赵8井原油的成熟度较其他三个原油高。从成熟度上，前三个原油应属低熟油，而非未成熟油，赵8井原油属成熟油。由此可以发现，在甾烷异构参数难以反映原油成熟度的情况下，单芳甾烷的绝对浓度和甲基菲指数以及折算反射率则是有用的成熟度指标。

图8-13 晋县凹陷原油与烃源岩之间甾烷异构化参数关系图

如果把晋县凹陷与江汉盆地的原油进行对比，则可发现它们在生物标志物分布与组成特征以及绝对浓度上均存在很大差异。如图8-14所示，晋县凹陷表现出植烷优势相对较弱，伽马蜡烷含量较低，C27甾烷不丰富的特征，而江汉盆地原油恰与此相反，呈现出植烷优势强烈，高含量的伽马蜡烷和丰富C27甾烷。在各类生物标志物和芳烃化合物绝对浓度上，晋县凹陷原油中各类生物标志物的浓度普遍较高，如藿烷、甾烷和单芳甾烷的浓度较江汉盆地未成熟油还高，在芳烃组成中硫芴、萘、菲和三芳甾烷的浓度也普遍较江汉盆地原油高，唯有烷基色瞒的浓度低于江汉盆地原油(图8-15)。需要指出的是在晋县凹陷那些富含地质构型甾烷的原油和烃源岩中烷基色瞒均不发育，这可能说明两个问题，其一是这类特殊的沉积环境不利于能提供烷基色瞒的生物的生长发育；其二是这些烃源岩和原油所经历的演化程度已足以使热稳定性很低的烷基色瞒丰度急剧下降直至消失了。就两盐湖环境原油甾烷异构化参数而言，晋县凹陷原油明显高于江汉盆地原油(图8-16)，但这并一定说明晋县凹陷原油的成熟度较江汉盆地原油的成熟度高很多，因为在晋县凹陷这一特殊的地质条件下甾烷异构化作用的速度快且相当彻底。由此可见，对于盐湖沉积环境不能一概而论，而应该具体问题具体分析，因为任何地质过程的差异性都是难以用常规观点去衡量的。

图8-14 晋县凹陷与江汉盆地原油生物标志物组成特征关系图


图8-15 晋县凹陷与江汉盆地原油各类生物标志物和芳烃化合物绝对浓度关系图


图8-16 晋县凹陷与江汉盆地原油甾萜烷成熟度参数关系图

二、晋县凹陷原油非烃分布与组成
在晋县凹陷原油的非烃馏分中也检测到了烷基咔唑和烷基苯酚类化合物，图8-17则是这两类化合物在不同原油中的分布特征。显然，成熟度较高的赵8井原油不同于其他三个成熟度相对较低的原油，主要表现为在烷基咔唑组成中1，8-二甲基咔唑的丰度高，烷基苯酚组成仅检测到C0-C1取代的烷基苯酚，没有检测到C2以上取代的烷基苯酚异构体，而其他三个原油中烷基咔唑和烷基酚的分布特征较为相似，显示出成因上的可比性。在这两类化合物的绝对浓度上，赵8井原油烷基咔唑化合物的浓度高达192.04 ng/mg油，而其他三个原油中这一类化合物的含量小于25 ng/mg油，而烷基苯酚的浓度则表现为赵8井(2.0ng/mg油)低于其他三个原油(4～8ng/mg油)。晋县凹陷不同原油中这两类化合物浓度的变化也遵循成熟度高的原油中富含烷基咔唑贫烷基苯酚，而成熟度低的原油中贫烷基咔唑富烷基苯酚的规律。
与江汉盆地原油相比，晋县凹陷原油中不仅烷基咔唑和烷基苯酚的浓度低，而且分布特征也存在一定差异(图5-30、5-31)，由此反映出不同盐湖环境中产出的原油在非烃组成上也是不同的。
综上所述，尽管江汉盆地和晋县凹陷同属盐湖环境，但是在不同盐湖环境中形成的烃源岩和由此烃源岩生成的原油在生物标志物、芳烃化合物以及非烃分布与组成特征及绝对浓度上均存在很大差异，这一差异是沉积环境的物理化学条件和古生态特征的不同造成的。因此，盐湖环境的石油勘探应该注意到盐湖环境特殊的地质条件(古水文、古生物等)，具体问题具体分析，只有这样才能有效地指导石油勘探。江汉盆地与晋县凹陷原油地球化学特征的对比见表8-5。

表8-5 江汉盆地与晋县傲陷原由地球化学特征对比表


续表


图8-17 晋县凹陷原油烷基咔唑(a)和烷基苯酚；(b)分布特征

一、原油物理化学特征

Bongor盆地油气主要发现于下白垩统，迄今发现了Mimosa、Kubla、Baobab、Ronier、Prosopis等多个含油气构造。下白垩统共发现三套主力含油层系，其中上油组主要为稠油油藏，中、下油组为高凝固点、高含蜡、低硫、低酸值和低气油比的正常原油(表3－1)。

从表3－1中可以看出，Mimosa－1上油组原油20℃时密度最大，为0.965g/cm³，重度API为15.2，Ronier－1原油20℃时密度平均为0.926g/cm³，重度API平均为20.70。根据原油商品分类法，Mimosa油藏上油组原油属重质原油(API为10～20)，Ronier－1原油属于中质原油(API为20～34)，但很接近重质原油。

原油硫含量低，其值在0.04%～0.33%之间，根据硫含量一般分类，属于低硫原油(＜0.5%)。氮含量在0.18%～0.26%之间，相比国内原油氮含量不高。

原油倾点变化大，含蜡量较高，介于16.5%～28.6%，属于高含蜡原油，原油密度与原油黏度、残炭值、灰分、金属含量呈正相关。原油沥青质含量很低，普通低于0.2%，胶质含量较高，为11.7%～12.4%。

原油含水量变化较大，脱水前的含水量为1.78%～36.1%，Mimosa－3井原油含水量最大，脱水后都没有达到炼油蒸馏需要＜0.5%的含量;在上油组存在高酸值油藏，特别是Mimosa－3井上油组原油TAN达到5.91mgKOH/g。

原油镍含量高于钒含量，镍含量在10.2～17.2μg/g之间，铁、铜、铅含量都不高，而由于Ronier－1原油含水少，故其钠、钙含量都不高，而Mimosa－3原油钙、钠含量很高。

二、原油地球化学特征

1.原油轻烃组成及其成熟度

Mimosa－1、Mimosa－2和Kubla－1井未降解原油具有中等成熟度，尽管它们具有较高的庚烷值(石蜡指数Ⅱ)(表3－2)。原油含异常丰富的正构烷烃(高含蜡)是由其母质决定的，而不受其成熟度的影响。芳烃色质得到的甲基菲指数换算的镜质体反射率(表3－3)也表明，Kubla－1和Mimosa－2井原油成熟度略低于Mimosa－1井下油组原油。这与轻烃计算的生油层最大埋深温度123℃，换算成镜质体反射率R_c约为0.85%相当。

2.原油碳同位素组成

对Bongor盆地15个不同酸值原油的全油碳同位素统计，其δ¹³C值分布范围为－29.2‰～－31.7‰，原油碳同位素组成非常接近(表3－4;图3－4)，相差不超过2.5‰，说明原油均源自典型湖相源岩。降解作用和热成熟作用都会使原油稳定碳同位素变重，因此，RonierC－1井浅层的严重生物降解油和Ronier－4井深层的凝析油稳定碳同位素就明显偏重(重于－30‰，见图3－4)。

表3-1 Boneor盆地在油物理化学特征

表3－2 原油轻烃参数

表3－3 原油芳烃成熟度参数

表3－4 原油及族组分碳同位素

3.原油族组成

Bongor盆地不同层位18个原油族组成数据见表3－5。显然，受生物降解作用的影响，该盆地原油族组成数据变化较大，轻质油和正常油具有较高的饱和烃含量及高的饱/芳比。这些原油埋深较大(＞1200m)，产出层位主要为P组和部分M组、K组，饱和烃含量接近或大于70%，饱/芳比接近或大于4。生物降解原油饱和烃接近或低于60%，饱/芳比低于2.5，这是由于生物降解作用优先降解饱和烃的缘故，其产出层位主要为R组和埋深浅于1200m的K组和M组。图3－5明显将原油分为两类:Ⅰ类为降解原油，Ⅱ类为正常原油。除此，还有Ronier－4井1778～1780.8m段的原油为凝析油。垂向上，B组和R组油藏遭受严重生物降解，K组油藏次之，而M组和P组油藏主要为正常原油(图3－6)。

图3－4 全油稳定碳同位素对比

表3－5 Bongor盆地原油族组成数据

续表

图3－5 Bongor盆地原油族组成分类

图3－6 Bongor盆地不同层位原油族组成对比

4.原油饱和烃生物标志物组成

饱和烃馏分是大多数原油中的优势组分，饱和烃中各类化合物的分布、组成特征反映了有机质的来源、成熟度及成藏中的次生变化。饱和烃馏分中的化合物组成按其特征可分为正构烷烃、支链烷烃、类异戊二烯烷烃以及各类甾萜化合物。

(1)正构烷烃

正构烷烃是非生物降解原油饱和烃馏分中的优势组分，这一特征随着原油成熟度的增加表现得尤为明显。Bongor盆地的湖相原油均为成熟原油，原油中均以C₂₅以前的低分子量正构烷烃占绝对优势，未降解原油主峰碳数主要为C₂₃;除Mimosa－3(954.2m)原油外，无奇偶优势，CPI、OEP接近于1;原油C_21－/C₂₂₊比值分布范围0.62～4.66，平均为1.38;(C₂₁+C₂₂)/(C₂₈+C₂₉)比值为1.03～4.21，平均为1.92;反映原油中轻质组分占绝对优势(表3－6;图3－7)。Bongor盆地原油正构烷烃分布主要有两种类型(图3－7):一种是以正常原油为代表;另一种是以稠油为代表的色谱分布面貌，稠油中正构烷烃已基本消失，基线有不同程度的抬升形成鼓包。由于饱和烃中正构烷烃对生物降解作用最为敏感，随着生物降解作用增强，其含量逐渐降低直至消失。Ronier－4(1778～1781m)原油为凝析油，只有轻烃组分存在。

表3－6 原油饱和烃色谱参数

(2)类异戊二烯烷烃

Bongor盆地原油类异戊二烯烷烃相对组成分析表明，不同酸值原油类异戊二烯烷烃组成具有一致性，也就是说，该盆地沉积有机相变化不明显，具有相似的生物面貌和弱氧化沉积环境(图3－8)。通常Ph/nC₁₈和Pr/nC₁₇值的相关变化可以反映原油的成熟度与生物降解程度，该盆地原油Ph/nC₁₈与Pr/nC₁₇值的变化在整体上展示了明显的正相关性(图3－9)，表明这些未降解或极轻微降解的原油成熟度有些许差异:Baobab－1原油成熟度最低，次为Mimosa－3、Mimosa－4和Ronier－4原油，RonierC－1和RonierCN－1原油具有相对较高的成熟度。

图3－7 原油色谱图

图3－8 原油类异戊二烯烷烃组成

图3－9 原油Pr/nC₁₇与Ph/nC₁₈相关图

(3)藿烷系列与伽马蜡烷

Bongor盆地原油以C₃₀藿烷为主，C₂₉藿烷次之，伽马蜡烷含量普遍较低(图3－10)，伽马蜡烷/C₃₀藿烷介于0.26～0.44之间(表3－7)。但伽马蜡烷的普遍存在表明，源岩沉积时水循环不畅，存在分层水体。

25－降藿烷系列是藿烷被生物降解后产生的新化合物，包括C₂₆和C₂₈－C₃₄17α(H)，21β(H)和17β(H)，21α(H)－25降藿烷系列。Bongor盆地严重降解原油中含有以C₂₉25－降藿烷为主的25－降藿烷系列(图3－11)。按照Peters和Moldowan(1993)生物降解级别的划分，该区浅层(浅于1000m)原油曾经遭受了严重的生物降解。

图3－10 Bongor盆地原油m/z191质量色谱图

图3－11 Bongor盆地原油25－降藿烷分布图

表3－7 Bongor盆地原油甾、萜烷参数表

续表

(4)C₂₇－C₂₉规则甾烷

C₂₇－C₂₈－C₂₉甾烷分布三角图通常用来反映沉积有机质的生源构成(Huang和Meinschein，1978)。Bongor盆地原油甾烷组成极为相似，呈现C₂₉＞C₂₇＞C₂₈不对称“V”字形分布模式，在C₂₇－C₂₈－C₂₉三角图中分布相对集中(图3－12)，表明不同酸值原油的生源组成基本一致。

图3－12 Bongor盆地原油C₂₇－C₂₈－C₂₉规则甾烷组成三角图

生物标志物分析表明Bongor盆地原油组成相似，表明原油具有相似的母质来源:湖相淡水－半咸水水生生物和陆生高等植物。但不同构造单元原油成熟度存在差异(表3－7;图3－13，图3－14)，以Baobab－1井原油成熟度最低。

图3－13 Bongor盆地原油成熟度参数图

图3－14 Bongor盆地原油甾烷成熟度参数图

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