风化作用对烃源岩有机地球化学特征的影响

Source rocks on a outcrop usually experience weathering to various extent. The organic matter in source rocks can be affected by oxidation, water washing and biodegradation during weathering, resulting in a decrease in the content of organic matter, and also variations in the geochemical characteristics of organic matter. For example, the composition of soluble organic matter and the macromolecular structure of kerogen change progressively. Such changes can lead to many difficulties in source rock evaluation and oil-source correlation. In this project, we will use source rock samples from both outcrop and shallow well drilling at 1-2 selected typical weathering outcrops, by using many organic geochemical methods and instruments, including Rock-Eval pyrolysis, TOC analysis, carbon isotope, FT–IR, NMR, GC–MS、FT–ICR MS and Py–GC–MS, to study the variations in both geochemical characteristics and abundance of organic matter in the outcrop source rocks during natural weathering. And based on these results, the weathering mechanism of source rock organic matter, together with the factors that may affect weathering rate, will be explored. At the same time, the influences of weathering on source rock evaluation and oil-source rock correlation will be studied. Furthermore, oil-source correlation biomarker parameters and biomarker extraction methods that are relatively more reliable for outcrop source rocks will also be explored. The prospective achievements are of both practical and theoretical significances for the study of source rock.

剖面露头上的烃源岩通常会经历不同程度的风化作用。在风化过程中，有机质可能受到不同程度的氧化作用、水的淋滤以及微生物降解作用的影响，不仅有机质的含量会下降，其地化特征也会发生变化，如可溶有机质的分子组成和干酪根的分子结构都有可能发生变化，使采用剖面样品进行烃源岩评价和油源对比变得很困难。本研究拟选取具有代表性的风化烃源岩剖面，通过剖面采样与浅钻相结合获取不同新鲜程度的烃源岩样品，综合运用包括Rock-Eval岩石热解、TOC分析、碳同位素分析、红外光谱、核磁共振、GC–MS、FT–ICR MS和Py–GC–MS等多种有机地球化学分析手段，对烃源岩在自然风化过程中有机质的丰度和地化特征的变化进行深入研究。并以此为基础，揭示烃源岩有机质风化的机理及影响风化速率的因素；揭示不同程度的风化作用对于烃源岩评价和油源对比的影响，并探索一些能够比较适用于剖面烃源岩油源对比的指标和生物标志物提取方法。研究成果对于烃源岩研究具有重要的理论和实际意义。

剖面露头上的烃源岩通常会经历风化作用。在风化过程中，有机质可能受到不同程度的氧化、淋滤以及生物降解作用的影响，导致有机质的含量下降，其地化特征也会发生变化，使采用剖面样品进行烃源岩评价和油源对比变得很困难。本项目对鄂尔多斯盆地铜川地区的衣食村、霸王庄剖面的延长组烃源岩和四川盆地广元地区长江沟、西北乡剖面的大隆组烃源岩的自然风化过程进行了深入的有机和无机地球化学研究。运用了包括ESI FT-ICR MS、GC-MS、XRD、主微量元素分析和瞬时热解在内的各种手段和方法研究了烃源岩的矿物组成、元素、干酪根和可溶有机质，尤其是极性组分的化学组成和分子结构变化。.结果表明，自然风化会对距地表2米深的烃源岩产生影响，导致TOC和可溶有机质含量分别减少41%和75%甚至更多。干酪根会发生氧化，在分子结构中形成更多的羰基官能团，烷基侧链明显减少；受淋滤作用影响，低碳数的正构烷烃和低分子量的高水溶性生物标志物，以及低碳数、高含氧杂原子化合物比高碳数的杂原子化合物表现出更明显的损耗趋势；来源于烷烃氧化（生物降解和光氧化）的低氧杂原子化合物（氧原子数，x=1-3）显示出明显富集趋势，而饱和烃、芳香烃和高氧杂原子化合物（x=5-6）显现出下降趋势，这可能既与氧化又与淋滤有关；烃源岩的无机地球化学特征表明，碳酸盐矿物、黄铁矿这类敏感矿物更易溶解消耗；一些常用的古环境地球化学指标，包括U/Th、AU、Mo、Sr/Ba、Sr/Cu和P/Ti，都显示出不同程度的风化相关的变化。然而，其他古环境指标，如V/(V+Ni)、Ni/Co、V/Cr、δU和Ceanom变化较少，对环境解释仍然可靠。.总而言之，在风化过程中，烃源岩的无机矿物、元素和有机成分可能会发生变化或受到明显的改造，导致某些地化参数不能再反映原生地球化学信息，风化程度越高这种改造越严重。因此，基于露头样品的烃源岩评价和沉积环境分析应充分考虑样品风化作用的影响。