地质体中高丰度重排藿烷类化合物的成因机制与石油地质意义

Four series of rearranged hopanes, including 17а(H)-diahopanes, 18а(H)-neohopanes, unidentified early-eluting rearranged hopanes and 28-Nor-spergulanes, are the important part of saturated biomarkers in geological bodies, dispreading extensively in source rocks and crude oils. It is not clear of the origin of rearranged hopanes despite of many studies reported recently being on source rocks and oils with abundant rearranged hopanes. The source rocks and crude oils rich in rearranged hopanes from Songliao Basin, Tarim Basin, Ordos Basin, and Sichuan Basin will be studied in this project based on the new techniques of isolation, enrichment, and purification for rearranged hopanes in the oils and sedimentary organic matters. The distribution, variation and main controlling factors of rearranged hopanes from source rocks and oils will be discussed by systematic study on the compound-specific carbon isotope, combining with lithological, paleontological, and sedimentary geochemical characteristics of source rocks. Further, it probes into the applying of the rearranged hopanes on the source, depositional environment, thermal maturity, and the oil-source correlation. Therefore, not only do the results reveal the origin and genesis of rearranged hopanes with high abundance, enrich and improve the methods and theories on biomarker study, but also they will be the breakthrough for the new theory and application in oil and gas exploration.

重排藿烷类化合物在地质体中广泛分布于烃源岩与原油中，是饱和烃生物标志化合物的重要组成部分。近年来，具有高丰度重排藿烷类的烃源岩和原油研究成果屡见报道，但其来源与成因尚不清楚。该课题以松辽盆地、塔里木盆地、鄂尔多斯盆地与四川盆地等地区具有高含量重排藿烷类的烃源岩与原油作为研究对象,在建立对沉积有机质和原油中重排藿烷类化合物的分离、富集与纯化技术上，通过对其单体烃碳同位素的系统研究，同时结合高丰度重排藿烷类化合物的烃源岩有机岩石学、古生物学及沉积地球化学之特征，探讨烃源岩和原油中重排藿烷类化合物的分布特征、变化规律和主控因素，揭示地质体中高丰度重排藿烷类化合物的成因机制，同时进一步探讨这类化合物在母质来源、沉积环境、成熟度、油源对比等方面应用。该课题的研究成果不仅可以揭示异常丰度重排藿烷类的来源与成因机理，丰富和完善生物标志化合物研究的理论与方法，而且也是油气勘探中寻找新理论与新应用的突破口。

本项目选择典型盆地高丰度重排藿烷的烃源岩与原油作为研究对象，从宏观与微观、定性与定量、地质与地球化学等学术思路出发，系统开展了有机岩石学、沉积地球化学和分子地球化学特征的研究。取得以下成果：1）在系统鉴定烃源岩和原油四类重排藿烷类化合物的基础上，通过对松辽盆地梨树断陷、鄂尔多斯盆地、塔里木盆地库车坳陷等地区烃源岩与原油中高丰度重排藿烷的分布特征研究，刻画了烃源岩中有机生源构成、微量元素分布以及粘土矿物含量与重排藿烷丰度之间的相关关系。2）揭示了四种类型重排藿烷类化合物之间以及与其他生物标志物的相关性，表征17α(H)-重排藿烷系列与早洗脱重排藿烷系列相关性最好，而18α(H)-新藿烷系列与21-甲基-28-降藿烷系列、早洗脱重排藿烷系列相关性较差；高丰度重排藿烷与重排补身烷、重排甾烷含量有良好的相关性。3）开展了地质体中重排藿烷类化合物的分离、纯化与富集实验，并进行实验方法与操作技术的改进与完善。4）建立了热力作用对烃源岩中重排藿烷类化合物的形成模式，阐明了地质体中重排藿烷的形成过程：即在未成熟-低成熟阶段重排藿烷主要由烃源岩中生烃母质形成；而在成熟阶段则由藿烷类化合物发生甲基重排作用所致。不同类型干酪根烃源岩热模拟实验表明17α(H)-重排藿烷主要受热力作用的影响，18α(H)-新藿烷受到热力作用和沉积环境双重影响。5）提出了地质体中高丰度重排藿烷类化合物形成的主控因素是热力作用和沉积环境。重排藿烷类化合物在烃源岩热演化不同阶段均有生成，但高-异常高丰度重排藿烷类化合物则形成于主生油阶段；湖相烃源岩，弱氧化-弱还原和淡水-微咸水沉积环境有利于高丰度重排藿烷的形成；而煤系烃源岩，偏氧化和淡水的沉积环境则有利于高丰度重排藿烷的形成。这些研究成果不仅在松辽、鄂尔多斯与塔里木等盆地的油气成因机理与油源对比中得到应用，而且为其他盆地的油气勘探提供重要的理论依据。