高的热演化程度对生物标志物有较大影响，叠合盆地中古老烃源岩对原油贡献的识别一直是油气地球化学面临的难题。相比之下，总有机质C-S-N同位素组成受热深化作用影响小，有望成为解决这一技术问题的有效途径。前人通过大量地质分析和模拟实验研究已经证明了有机C和S同位素联用在油-源对比以及原油蚀变等研究中的有效性，但有机N同位素的适用性则关注较少，其有效性值得深入研究。
针对上述问题，中国科学院广州地球化学研究所彭平安院士团队的博士生刘萧冬、王素素在贾望鲁研究员的指导下，开展了烃源岩的高压半开放体系模拟实验研究，揭示了多组分的N含量与同位素组成的热演化规律，进而通过典型地区的实例研究证明了C-S-N同位素组成在原油多来源判识中的重要价值。
图1. 高压半开放体系中烃源岩-油多组分的N含量(左)和同位素组成(右)
热模拟实验研究结果表明（图1）：1）烃源岩总N损失主要发生在干气及更高的热成熟阶段，除生-排油过程外，N损失还与氮气的生成-排出和无机氮的排出有关。2）随热成熟度增加，烃源岩N同位素组成变化有限（0.5−1.5‰），沉积N同位素组成可以成为古环境研究的有效指标。3）原油的生成和初次运移伴随一定的N同位素分馏，排出油与烃源岩N同位素组成的可比性可能与烃源岩有机质类型及不同类型N组分的比例有关。使用N同位素进行油-源对比时应谨慎并与其他指标结合使用。
图3. 川西北多套烃源岩-沥青的有机C-S (a)和C-N (b)同位素组成对比
川西北是四川盆地产出多套烃源岩和储层沥青（原油）的典型地区，本次研究结果表明（图2）：1）不可溶的固体沥青和可溶的沥青与沥青质的C-S同位素组成具有较好的一致性，能够将样品清楚的划分为四类，主要反映了有机质来源的差异。2）C-S-N同位素组成结合生物标志物组成可以更有效的揭示母源沉积时期的有机质输入类型和沉积环境特征。3）除了已有研究揭示的晚埃迪卡拉-早寒武世主力烃源岩外，N同位素组成还显示中二叠统和中泥盆统等关注较少的烃源岩也可能对该地区广泛分布的低成熟沥青有重要贡献。上述研究结果对扩展该区周缘上古生界烃源岩的天然气勘探具有重要的参考价值。
研究成果近期发表在油气领域主流刊物《Organic Geochemistry》和《Marine and Petroleum Geology》，研究得到国家自然科学基金的资助。
论文信息：(1) Susu Wang (王素素),Jian Chen (陈键),Wanglu Jia (贾望鲁)*,Ping’an Peng (彭平安),2024. Multiple isotopes (C-S-N-H) and bound biomarkers in asphaltenes: New constraints on the classification and genesis of reservoir bitumens from the northwestern Sichuan Basin,South China. Organic Geochemistry 193,104807.
(2) Xiaodong Liu (刘萧冬),Wanglu Jia (贾望鲁)*,Qiang Wang (王强),Jinxiang Wu (吴锦祥),Jian Chen (陈键),Ping’an Peng (彭平安),2024. Experimental simulation of thermal evolution of nitrogen content and isotopes in source rocks: Implications for nitrogen cycling characterization and oil-source correlation. Marine and Petroleum Geology 163,106796.
论文链接：https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2024.104807；https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2024.106796
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