高演化烃源对比微量和稀土元素地球化学研究

The study of hydrocarbon source correlation under high maturation is one of the hot and difficult issues in the field of petroleum geology and geochemistry. In order to provide new complements and improvements, this project aims at a pioneering work on the constraints from trace and rare earth element geochemistry. It belongs to an interdisciplinary and cutting-edge field between petroleum geology and element geochemistry. Therefore, this project may have significance. We focus on the distribution and composition of trace and rare earth elements in high mature source rocks and bitumens. The elements that can be utilized in the hydrocarbon correlation are characterized by comparison with organic petrology, geochemistry and isotope geochemistry. Their effectiveness is addressed in geological framework and interpreted by geochemical mechanism. The geochemical behavior of the elements under the influence of source, maturity, migration and alteration is addressed during the entire process of hydrocarbon generation, migration, accumulation and dysmigration. This can provide the basic theoretical foundation for the application. Then, these elements and parameters can be effectively applied in practical cases, helping to understand the controversies and uncertainties. Therefore, this project is a combining work between basic theory and practical application, with foci on the scientific issue of element geochemical behavior of organic matters under high maturation and its implications in hydrocarbon source correlation and case studies. Ultimately, the difficult issue of hydrocarbon correlation under high maturation can be improved by this pioneering work.

高演化烃源对比是当前石油地质地球化学领域研究的一个热点和难点。为提供新的补充和完善，本项申请，拟开展元素地球化学研究这一探索性新工作，属于石油地质学与元素地球化学交叉学科研究的前沿，故可望具有重要意义。选择高演化烃源岩和沥青中的微量和稀土元素分布组成为攻关点，通过与有机岩石学、有机地球化学、同位素地球化学的相互对比印证，在地质格架中进行综合分析讨论，明确具体哪些元素可应用于烃源对比。再从油气的整个生-运-聚-散过程全面考虑，分析源、成熟、运移、次生作用影响下的元素地球化学行为，于机理上解释相关参数有效的原因，为参数应用提供理论依据。进而将研究结果应用于生产，讨论典型研究区的烃源对比，帮助理解现有争议和/或不确定性。故本项研究基础理论与实际应用研究相结合，核心是剖析有机质高演化条件下的元素地球化学行为这一科学问题，以及其烃源对比与生产应用意义，最终达到探索解决高演化烃源对比技术难题之目的。

高演化烃源对比是油气地质地球化学领域长期以来最难解决的前缘问题之一，但随高演化油气勘探的不断推进，这一问题迫切需要解决。本课题以最近勘探取得重大突破，但烃源对比存在巨大困难和争议的四川盆地震旦系灯影组和下寒武统龙王庙组大气藏为例，结合渤海湾盆地东濮凹陷和准噶尔盆地的相对低演化含油气系统，开展了无机地球化学的探索研究，目的一方面为油气成藏无机地球化学这一前缘研究领域提供新的高演化阶段实例，另一方面为研究区存在的烃源对比争议提供新的参考信息，加深对油气成藏规律和理论的认识，为生产部署提供依据，因此可望兼具基础理论与实践应用意义。. 基于微量和稀土元素与有机质特征之间关联性的分析，选择关系密切的参数，开展烃源对比，建立应用无机元素地球化学组成进行烃源对比的方法。结果表明，高演化含油气系统中的稀土元素相对微量元素稳定性好，可有效用于烃源对比研究中，其机理在于稀土元素主要赋存于沥青质，在油气成烃成藏演化过程中稳定。相比而言，在相对中低成熟度演化含油气系统，微量元素，特别是表征氧化-还原条件的某些微量元素，比稀土元素的稳定性要好，反映氧化-还原条件对元素迁移的控制，而稀土元素因为含量低，应用效果不好。. 据此，在重点勘探研究目标四川盆地震旦系-下寒武统油气系统，明确了沥青主要来源于下寒武统筇竹寺组，主要包括原位裂解—异位成藏、原位裂解—混合成藏、原位裂解—原位成藏三种模式，后两种有利于天然气的聚集和大气藏的形成。在重点勘探研究目标渤海湾盆地东濮凹陷沙河街组油气系统中，提出了6个无机元素新参数，用于湖相烃源岩评价（Ba/Ti、Cu/Ti、V/Cr，Mo、Sr、Ba含量），进一步运用典型参数V/Cr-Sr/Ba开展油源对比，确定原油主要来源于ES3中—ES4上烃源岩，利用断层运移或自生自储形成油气藏。. 综合上述，本项研究最终达到了探索解决高演化烃源对比技术难题之目的，研究进展基础理论与实践应用并重。