广州地化所将金刚烷指标应用于塔中地区油源判识与成熟度评价

金刚烷类化合物是一类饱和的、具似钻石结构的多环烃类化合物，具有较强的抗热降解和生物降解的能力，在高过成熟油气中含量丰富。然而现有的金刚烷指标在实际油气藏中的应用效果并不如人们所期望的，远没有发挥出它应有的作用。近期，中国科学院广州地球化学研究所副研究员李芸和研究员熊永强等人在针对金刚烷类化合物来源、演化和影响因素等的理论研究基础之上，以我国塔里木盆地塔中地区为主要研究区，开展了金刚烷类化合物指标的应用研究。

前期，课题组成员通过一系列的模拟实验研究，提出烃源岩/原油中的金刚烷主要来源于沥青的二次裂解；单、双金刚烷类化合物随热演化程度的增加均经历了由生成到富集再到裂解的演化阶段。在此基础之上，重新认识了不同金刚烷类指标构建的理论基础、演化特征以及适用范围，建立了基于金刚烷的成熟度判识指标体系：在金刚烷绝对含量较低（<100ppm）的情况下，传统生标更适合作为成熟度指标；金刚烷浓度比值指标适用于生油窗范围成熟度的判识；金刚烷异构化比值指标适用于原油裂解晚期成熟度的判识。而针对不同类型干酪根（I、IIA和III型）开展的热演化模拟实验表明金刚烷浓度比值指标虽然在生油窗范围可以指示成熟度相对高低，但是受有机质类型影响明显；金刚烷异构化比值指标受有机质类型影响不大，是比较理想的成熟度指标。

在以上理论认识之上，课题组初步尝试将金刚烷指标应用于塔中地区原油来源判识和成熟度评价，取得的主要认识和成果如下：

（1）塔里木盆地塔中地区油源判识：塔里木盆地塔中地区主力烃源岩为寒武-下奥陶统和中-上奥陶统两套烃源岩，但是哪一套的贡献大一直存在争议。研究人员构建了三组金刚烷类化合物浓度比值指标（图1）和四组异构化指标图版（图2），发现浓度比值图版可以很好地区分不同来源的凝析油（图1）；而正常原油和重油在异构化指标图版上被很好地区分开（图2）。再结合生物标志化合物特征和前人研究基础，认为GroupⅠ的原油主要来源于中-上奥陶统烃源岩，GroupⅡ的原油主要来自于寒武-下奥陶统烃源岩，作为对照组的塔北地区的GroupⅢ的原油来自于侏罗系或三叠系的湖湘烃源岩。

（2）评价塔中地区原油成熟度：塔里木原油普遍成熟度较高，一些指示成熟度的生物标志化合物指标通常已达平衡，从而失去指示意义。研究人员利用金刚烷浓度比值和异构化比值双指标判识模板对所选原油的成熟度进行了评价（图3）。认为GroupⅠ中分布在塔中Ⅰ号断裂带上的原油成熟度相对较高，来自于晚期埋藏更深的底层的油气充注；GroupⅡ的原油成熟度相对GroupⅠ要低，推测其来自于早期寒武-下奥陶统烃类的充注。

（3）对原油裂解程度计算公式中的3- +4-甲基双金刚烷浓度基线值进行修正，并确定塔里木盆地海相原油中该基线值：原油中3- +4-甲基双金刚烷的浓度常常用来判断原油裂解程度（Dahl et al., 1999）：裂解率（%）=(1-C0/CC)′100，以往认为C0是未裂解原油中3-- +4--甲基双金刚烷的含量（基线值）。而根据该公式构建的理论基础，只有当原油裂解进入生湿气阶段后，由于有了气态烃的生成导致原油质量减少，该公式才有效。因此，C0值其实是开始进入生湿气阶段时，原油中3- +4-甲基双金刚烷的含量。

根据对金刚烷指标演化特征的认识，研究人员构建了乙基单金刚烷比值（EAI）和3- +4-甲基双金刚烷浓度的关系图版（图4），当EAI与3- +4-甲基双金刚烷浓度呈正相关变化时指示热演化进入生湿气阶段。据此提出获取原油裂解程度计算的双金刚烷基线值的方法，并确定塔里木海相原油中该基线值为69ppm。

该项成果得到国家自然科学基金和国家油气专项的资助。论文近期发表在期刊AAPG Bulletin上。

论文信息：Li, Y.; Xiong, Y. Q.; Liang, Q. Y.; Fang, C. C.; Chen, Y.; Wang, X. T.; Liao, Z. W.; Peng, P. A.; The application of diamondoid indices in the Tarim oils. AAPG Bulletin 2018, 102, 267-291.

 

图1 不同原油中金刚烷浓度比值指标分布情况 

 

图2 不同原油中金刚烷异构化比值指标分布情况 

 

图3 所选原油在成熟度双指标模板上的分布情况 

 

图4 所选原油在EAI vs. 3-+4-甲基双金刚烷浓度图版上的分布情况