热演化作用对不同赋存状态有机质氮同位素分布特征的影响

Nitrogen is an important element of sediments. The nitrogen isotopes in kerogen and crude oil have showed a good application prospect in indicating the original depositional environments and sources at present. But the study on the effect of thermal evolution for nitrogen isotopes distribution in sediment is very limited, which restricts the application of nitrogen isotopes in petroleum geology. In this study, we will research the evolution laws of nitrogen isotope in different states of organic matter by using thermal simulation experiments combined with stable isotope analysis technology. The research results can lay a foundation for understanding the fractionation mechanism of nitrogen isotope and promote the application of nitrogen isotope in oil and gas geological research.

氮是沉积物的重要组成元素，目前干酪根及原油氮同位素在指示原始的沉积环境及物质来源方面显示了良好的应用前景。但是针对热演化作用对沉积物氮同位素分布特征的影响研究有限，制约了氮同位素在油气地质方面的应用。本研究拟利用生烃热模拟实验与稳定同位素分析技术联用的方法开展研究，揭示热演化作用对不同赋存状态有机质氮同位素的影响规律。研究结果为认识氮同位素的分馏机理奠定基础，对推进氮同位素在油气地质方面的应用具有重要意义。

氮是重要的生命元素，也是沉积有机质的主要组成元素之一，近些年氮同位素在重建古水体氧化还原环境、开展油源对比等方面显示出了良好的应用潜力，因此日益受到地质研究者的重视。但是目前对于热演化作用对沉积岩氮同位素的影响规律缺乏统一认识，而对于有机质生烃过程中，干酪根与产物之间的相关关系及作用机制更是数据匮乏，这些问题均极大程度地限制了氮同位素的地质应用。针对这一现状，本次研究利用实验室生烃热模拟实验与稳定同位素分析技术相结合，选取适宜样品开展了系列模拟实验，并对模拟反应后不同赋存状态含氮物质的元素含量及同位素比值进行了测试。研究发现，有机质在演化生烃过程中，全岩、干酪根及抽提物的氮同位素均未见明显的变化，说明有机质的生烃演化不会引起显著的同位素分馏。而且发现全岩的氮同位素与抽提物的氮同位素具有高度的一致性，显示了氮同位素作为有效的油源对比新指标的潜力。对非烃、沥青质的氮同位素进行了对比分析，发现两者的演化规律存在明显的差异，而且非烃与抽提物的氮同位素的比值有一个恒定的变化范围，不受演化程度和母质类型的影响，预示着两者含氮物质的来源及演化机制的差异。对中性氮和碱性氮的对比发现，两者成因机制存在差异，碱性含氮化合物形成于早期，主要继承了原始母质的信息，非碱性的含氮化合物在热演化过程中会不断富集，同位素值不断变化。总之，该课题有效揭示了生烃演化过程对氮同位素分布特征的影响规律以及不同含氮组分之间的相关关系。研究成果的科学意义在于指示了氮同位素区别于碳同位素的分馏特征，丰富了有机质的氮同位素分馏机理理论。其应用意义在于明确了沉积有机质氮同位素分布特征的主控因素，说明了氮同位素在演化过程中可以较好地保存原始沉积物的信息。这些认识为氮同位素作为有效的古环境重建、精细油源对比新指标提供了直接证据，拓展了氮同位素的地质应用领域，促进了其在地质评价中的有效发展。