氢逸度对沉积有机质热演化的影响:超深层生烃的启示

Influence of hydrogen fugacity on thermal transformation of sedimentary organic matter: Implications for hydrocarbon generation in the ultra-depth

沉积有机物的生烃实质是涉及内部(“有机”)氢转移的歧化反应.其中,初始沉积有机物中C的平均化合价为-1~-2.其生成的含C产物包含了高达+4价的氧化产物和低至-4价的还原产物.尽管模拟实验证实外源(“无机”)氢的贡献可促使沉积有机物生烃产率的增加,但相关机理和外源氢的潜在来源仍不清楚.在350℃和40MPa条件下,定量分析了氢逸度增加对寒武-奥陶系Alum页岩生烃行为的影响.实验体系中氢逸度水平由磁铁矿-赤铁矿氧化还原缓冲剂控制.实验证实,氢逸度的提高会增加整体的烃类产率,并抑制CO_(2)的生成.同时会造成甲烷δ^(13)C值变重,CO_(2)、乙烷和丙烷δ^(13)C值变轻的现象.这表明,沉积盆地中受水-岩反应的制约,较高的氢逸度会通过“加氢裂解”路径促进烃类的生成.这种基于有机-无机相互作用的生烃机理可能普遍存在于沉积盆地中较深的(约4~10km)地层中.随着深度的增加,沉积盆地内受控于水-岩反应的氢逸度水平也会升高.这可能使得高-过成熟沉积有机物具有再活化生烃的潜力,对应的生烃下限也会比传统理论预测深度更深.可见,与沉积有机物的氢指数类似,烃源岩的生烃范围还受无机矿物缓冲体系对应氢逸度和缓冲容量的制约.因此,在石油勘探中同样需要考虑无机环境因素.新认识拓展了当前石油生成理论的内涵,为石油勘探领域扩大到沉积盆地超深层奠定了理论基础.