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烃源岩评价是一个较古老的科学问题,以前大多是从有机质的丰度和演化程度两方面进行静态评价。目前的趋势是结合准确的盆地热史分析进行烃源岩动态评价。静态评价过程中,主要存在镜质组反射率抑制问题以及高成熟有机质丰度的恢复问题。这些问题以及磷灰石裂变径迹分析都可以采用动力学进行恢复,本次研究在前人研究基础上,尝试利用模拟实验结果并借助动力学方法对高成熟有机质丰度和氢碳原子比以及镜质组反射率抑制进行了动力学动态恢复,建立了残余有机质丰度和氢碳原子比恢复以及镜质组反射率抑制的动力学模型。
镜质组和I型干酪根热解模拟试验研究表明,烃类的侵入和高压均可使镜质组反射率受抑制。在成熟阶段,镜质组反射率的抑制主要是由混合样品中的I型干酪根生成的液态烃侵入到镜质组结构中造成的。而在以气态烃为主要产物的过成熟阶段,镜质组反射率的抑制是由异常压力造成的。
镜质组反射率动力学参数及EasyRo动力学模型对比研究表明:在75Ma~170Ma(或温度介于95℃~190℃),存在烃类侵入造成镜质组抑制现象。Easy%Ro模型采用的高初始氢含量导致计算的Ro最低。因此,镜质组反射率的抑制程度受侵入到镜质组结构中的烃含量或镜质组的初始氢含量控制。
采用模拟实验结合动力学方法研究了三种类型干酪根的有机碳丰度、碳、氢、氮总丰度、H/C和N/C原子比的恢复系数。研究表明,无论是开放体系下还是封闭体系下,I、III型干酪根残余有机碳丰度需要进行恢复,而II型干酪根残余有机碳丰度不需要进行恢复。在开放体系下三种类型干酪根碳、氢、氮总丰度的恢复与有机碳丰度恢复相似,而封闭体系下II型干酪根的碳、氢、氮总丰度也需要进行恢复。两种体系下三种类型干酪根的H/C和N/C原子比均需要进行恢复。
鉴于上述不同类型干酪根有机质恢复的结论,本次研究尚结合不同烃源岩类型岩石的压实模型,根据干酪根有机质质量和有机碳质量损失动力学参数,计算出岩石的有机质、碳质量损失转化率,根据岩石的孔隙度φ以及岩石质量和有机质质量比影响,用动力学计算出了如下两种类型烃源岩在开放体系和封闭体系下的有机碳恢复系数。
(1)碎屑岩(煤系泥岩)在开放体系下I、II型有机质的有机碳丰度恢复系数最高分别可达3.03和1.44。在封闭体系下I、II型有机质的有机碳恢复系数最高分别可达1.30和1.13。III型有机质热演化是“增碳”过程,开放体系下其有机碳恢复系数最小值恒为0.85;封闭体系下其有机碳恢复系数最小值在0.80~0.83之间。
(2)煤在热演化过程中,有机碳恢复系数先减小后增大,如开放体系下有机碳恢复系数在长焰煤阶段为0.93,肥煤阶段降到0.79,高煤化程度的无烟煤阶段又增加到0.80。封闭体系下III型有机质煤的有机碳恢复系数在长焰煤阶段为0.92,肥煤阶段降到0.74,高煤化程度的无烟煤阶段又增加到0.78。
阜新盆地下侏罗统一下白垩统三个露头样品的磷灰石裂变径迹年龄分布在91.1~46.7Ma,与实测Ro值相匹配;三个下白垩统钻井岩芯样品的磷灰石裂变径迹年龄分布在80.8~50.1Ma,与同井阜参1和阜参2井辽河油田实测Ro值相吻合。
6个样品的磷灰石裂变径迹年龄均小于地层年龄,说明均经历了60~70℃以上温度的退火作用;最大值91.1Ma可视为研究区带地层的最大抬升年龄。研究表明,阜参1井和阜参2井相同层位之间磷灰石裂变径迹年龄出现异常,原因在于东梁以北地区多组断裂活动以及燕山二期运动导致阜参1和阜参2井古地温的差异。遗憾的是本次研究中,阜新盆地磷灰石样品颗粒少、粒径小,未能进行封闭径迹长度测量,以致使无法进行盆地热史动力学模拟,工作有待今后开展。