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    单个油包裹体和微区沥青显微红外光谱分峰拟合技术及应用

    王倩茹 陈红汉 胡守志 赵玉涛 陈慧钦

    王倩茹, 陈红汉, 胡守志, 赵玉涛, 陈慧钦, 2016. 单个油包裹体和微区沥青显微红外光谱分峰拟合技术及应用. 地球科学, 41(11): 1921-1934. doi: 10.3799/dqkx.2016.133
    引用本文: 王倩茹, 陈红汉, 胡守志, 赵玉涛, 陈慧钦, 2016. 单个油包裹体和微区沥青显微红外光谱分峰拟合技术及应用. 地球科学, 41(11): 1921-1934. doi: 10.3799/dqkx.2016.133
    Wang Qianru, Chen Honghan, Hu Shouzhi, Zhao Yutao, Chen Huiqin, 2016. Curve-Fitting Analysis of Micro FT-IR and Its Application on Individual Oil Inclusion and Micro-Area Bitumens. Earth Science, 41(11): 1921-1934. doi: 10.3799/dqkx.2016.133
    Citation: Wang Qianru, Chen Honghan, Hu Shouzhi, Zhao Yutao, Chen Huiqin, 2016. Curve-Fitting Analysis of Micro FT-IR and Its Application on Individual Oil Inclusion and Micro-Area Bitumens. Earth Science, 41(11): 1921-1934. doi: 10.3799/dqkx.2016.133

    单个油包裹体和微区沥青显微红外光谱分峰拟合技术及应用

    doi: 10.3799/dqkx.2016.133
    基金项目: 

    中国地质大学(武汉)教学实验室开放基金项目 skj2014001

    国家重点基础研究发展计划“973”项目 2012CB214804

    详细信息
      作者简介:

      王倩茹(1989-),女,博士,主要从事油气成藏机理研究.E-mail:qrwang@126.com

      通讯作者: 陈红汉, E-mail:hhchen@cug.edu.cn
    • 中图分类号: P632;P575.4

    Curve-Fitting Analysis of Micro FT-IR and Its Application on Individual Oil Inclusion and Micro-Area Bitumens

    • 摘要: 针对单个油包裹体和储层沥青等结构复杂样品傅里叶变换显微红外光谱吸收峰严重重叠的问题,基于高斯、洛伦茨函数或其组合(高斯-洛伦茨)模型理论,采用显微红外分峰拟合技术,对塔中北坡顺托果勒地区单个油包裹体成熟度和储层沥青成因进行了系统分析,并取得了4点认识:(1) 通过与Pironon对合成油包裹体的峰位坐标区域化划分吸收峰对比,认为分峰拟合技术更为真实地反映各子峰的面积,而且能够识别重叠区“隐蔽”的吸收峰,有助于准确判别有机质的结构组成;(2) 高斯、洛伦茨函数或其组合(高斯-洛伦茨)模型拟合子峰时,高斯-洛伦茨函数分布拟合的吸收峰与实测光谱吻合度较高,噪音目标越低拟合效果越好,但计算耗时越长,故优选噪音目标在1~10高斯-洛伦茨函数分布拟合各子峰;(3) 结合流体包裹体系统分析和均一温度-埋藏史投影法,单个油包裹体显微红外参数(CH2a/CH3aXincXstd等)揭示塔中北坡顺托果勒地区存在3期油充注,分别为加里东晚期、晚海西期和喜山期;(4) 显微红外光谱定量化分析是研究储层沥青多成因化和多期次油气充注叠加作用的有效手段,分析结果说明塔中北坡顺托果勒地区储层沥青经历了生物降解、氧化降解和水洗淋滤作用.
    • 图 1  单个油包裹体显微红外光谱重叠吸收峰处理方法

      Figure 1.  Processing method of micro FT-IR overlapping absorptive peaks for individual oil inclusion

      Pironon and Barres(1990)

      图 2  塔里木盆地顺9井区志留系柯坪塔格组油包裹体及其红外光谱特征

      Figure 2.  Oil inclusions and their micro FT-IR spectra of the Silurian Kepingtage Formation in well Shun 9 area, Tarim basin

      a1.顺901井,5 301.44 m,柯坪塔格组,石英颗粒内裂纹中见油包裹体,透射光;a2.顺901井,5 301.44 m,柯坪塔格组,石英颗粒内裂纹中见油包裹体,荧光;a3.顺901井,5 301.44 m,柯坪塔格组,石英颗粒内裂纹中油包裹体荧光光谱;a4.顺901井,5 301.44 m,柯坪塔格组,石英颗粒内裂纹中油包裹体显微红外光谱,A所示2 947 cm-1处并非为波谷,B区域内并无吸收峰;b1.顺904H井,5 369.06 m,柯坪塔格组,穿石英颗粒裂纹中见油包裹体,透射光;b2.顺904H井,5 369.06 m,柯坪塔格组,穿石英颗粒裂纹中见油包裹体,荧光;b3.顺904H井,5 369.06 m,柯坪塔格组,穿石英颗粒裂纹中油包裹体荧光光谱;b4.顺904H井,5 369.06 m,柯坪塔格组,穿石英颗粒裂纹中油包裹体显微红外光谱,A所示2 947 cm-1处并非为波谷,C处显示图 1原则所忽略的“隐蔽”吸收峰

      图 3  利用高斯-洛伦茨函数分布拟合的各个子峰及拟合效果

      Figure 3.  Curve-fitting analysis by Gaussian-Lorentz function and its fitting effect

      a.顺901井,5 301.44 m,柯坪塔格组,石英颗粒内裂纹中油包裹体显微红外光谱拟合效果图;b.顺904H井,5 369.06 m,柯坪塔格组,穿石英颗粒裂纹中油包裹体显微红外光谱.绿色线为拟合的子峰,红色线和蓝色线分别为实测光谱和合成光谱,两者几乎重合说明拟合效果较好,黄色线为实测光谱的二阶导数,理论上其波谷位置为吸收峰的波峰,紫色线为实测光谱与合成光谱的差值(差减光谱)

      图 4  储层沥青的显微红外光谱重叠谱图和分峰拟合效果

      Figure 4.  Micro FT-IR spectra of bitumen in reservoir and its effect by curve-fitting analysis

      a.储层沥青显微红外光谱3 000~2 800 cm-1重叠吸收峰;b.3 000~2 800 cm-1重叠吸收峰拟合后的效果图,其中绿色吸收峰为拟合之后的各个子峰,蓝色吸收峰为合成光谱,基本与实测光谱(红色线)重合,黄色线为二阶导数,二阶导数波谷理论上对应实测光谱的吸收峰波峰;c.储层沥青的显微红外透射光谱

      图 5  不同函数分布子峰拟合效果

      Figure 5.  Effect spectra by Curve-fitting analysis

      红色线为样品的实测红外光谱,蓝色线为合成光谱,绿色线为拟合的子峰,黄色线为实测光谱的二阶导数,紫线为实测光谱与合成光谱的差值(差减光谱)

      图 6  不同类型函数分布、不同噪音目标重叠峰拟合效果

      Figure 6.  Fitting effect in the control of different parameters by curve-fitting analysis

      图 7  顺托果勒地区志留系柯坪塔格组油气成藏时期(以顺9井为例)

      Figure 7.  Hydrocarbon charging periods of Kepingtage Formation in Shuntuoguole

      图 8  顺托果勒地区柯坪塔格组沥青的典型产状

      Figure 8.  Typical occurrences of solid bitumen of Kepingtage Formation in Shuntuoguole area

      a.顺10井,5 694.87 m,沥青顺层理分布;b.顺904H井,5 372.18 m,斑点状沥青;c.顺901井,5 301.44 m,块状沥青;d.顺9井,5 591.95 m,裂缝充填沥青;e.顺904H井,5 374.12 m,纯沥青充填于孔隙;f.顺901井,5 296.92 m,沥青零星分布于孔隙

      图 9  塔里木盆地顺托果勒地区志留系不同成因储层沥青显微红外光谱特征

      Figure 9.  Micro FT-IR spectra characteristic of different origin of bitumens in the Silurian Kepingtage Formation, Tarim basin

      图 10  储层沥青红外参数ARH3000-3100/AL2800-3000与CH2a/CH3a强度比值

      Figure 10.  Relationship between ARH3000-3100/AL2800-3000 and CH2a/CH3a of different bitumens

      表 1  不同类型函数分布的子峰属性统计

      Table 1.  Statistic corresponding parameters of different fitting functions

      谱峰类型 中心(cm-1) 峰高 半峰宽(cm-1) 峰面积 噪音目标 残差 相对误差
      高斯 2 849.345 0.053 8 37.949 2.173 1 1 0.002 2 0.005 0
      2 864.613 0.101 1 38.167 4.107 6 1 -0.000 2 -0.000 5
      2 902.960 0.143 8 34.013 5.206 2 1 -0.000 3 -0.000 5
      2 924.208 0.170 4 24.540 4.452 2 1 -0.000 2 -0.000 2
      2 950.833 0.198 2 41.090 8.667 2 1 0.000 4 0.000 7
      3 030.408 0.022 2 59.478 1.407 1 1 -0.002 4 -0.006 4
      2 850.535 0.059 5 35.360 2.239 4 10 0.000 7 0.001 5
      2 864.172 0.090 5 36.723 3.539 4 10 0.000 8 0.001 8
      2 898.597 0.113 1 33.366 4.017 4 10 0.001 9 0.003 9
      2 924.064 0.226 7 30.055 7.253 7 10 0.002 6 0.004 2
      2 954.583 0.177 1 36.173 6.818 6 10 0.002 8 0.005 1
      3 032.623 0.016 6 40.071 0.706 5 10 -0.003 5 -0.009 2
      2 844.340 0.022 7 52.497 1.269 7 15 -0.001 0 -0.044 1
      2 857.752 0.112 3 35.932 4.295 7 15 -0.003 2 -0.028 5
      2 905.953 0.024 5 63.609 1.659 2 15 -0.009 7 -0.395 9
      2 927.919 0.238 0 67.572 17.122 5 15 0.020 9 0.087 8
      2 957.805 0.034 6 58.145 2.144 1 15 0.016 8 0.485 5
      3 042.629 0.034 0 66.783 2.415 4 15 -0.002 3 -0.067 7
      2 818.355 0.010 9 58.472 0.675 9 20 -0.000 2 -0.018 3
      2 858.814 0.133 9 40.093 5.712 7 20 -0.001 2 -0.008 9
      2 908.349 0.056 4 53.174 3.191 3 20 -0.007 5 -0.133 0
      2 932.459 0.231 1 65.023 15.994 4 20 -0.009 8 -0.042 4
      2 964.186 0.021 2 51.444 1.161 2 20 0.014 0 0.660 3
      3 041.014 0.032 5 59.539 2.062 7 20 -0.003 4 -0.104 6
      洛伦茨 2 849.805 0.076 6 29.283 3.515 6 1 -0.001 1 -0.002 5
      2 865.159 0.081 5 31.716 4.049 3 1 -0.000 3 -0.000 6
      2 897.928 0.054 6 38.640 3.301 0 1 -0.000 6 -0.001 3
      2 924.770 0.253 6 42.096 16.709 0 1 -0.000 1 -0.000 2
      2 956.152 0.134 1 31.142 6.543 2 1 -0.004 6 -0.008 6
      3 049.290 0.043 8 71.914 4.920 4 1 -0.002 6 -0.006 8
      2 852.791 0.085 8 35.911 4.815 2 10 0.000 5 0.001 2
      2 865.871 0.061 2 37.799 3.615 5 10 0.001 8 0.004 0
      2 900.611 0.060 8 38.531 3.663 1 10 -0.001 4 -0.002 9
      2 925.281 0.241 3 39.417 14.860 0 10 -0.001 4 -0.002 3
      2 955.602 0.134 8 30.679 6.466 5 10 -0.004 9 -0.009 2
      3 045.140 0.027 8 42.574 1.848 4 10 -0.004 4 -0.011 4
      2 850.675 0.074 4 27.932 3.251 2 15 -0.001 2 -0.016 1
      2 865.696 0.077 8 33.403 4.064 6 15 0.000 9 0.011 5
      2 900.234 0.058 9 39.518 3.637 1 15 -0.000 8 -0.013 6
      2 925.178 0.243 9 39.925 15.218 6 15 -0.001 9 -0.007 8
      2 956.139 0.132 7 30.050 6.241 9 15 -0.005 2 -0.039 2
      3 047.280 0.030 5 48.747 2.324 5 15 -0.004 0 -0.131 2
      2 855.444 0.108 4 34.913 5.917 2 20 -0.003 3 -0.030 2
      2 871.141 0.034 3 39.132 2.098 2 20 0.003 2 0.094 7
      2 900.667 0.056 5 38.976 3.437 8 20 0.000 1 0.001 2
      2 924.752 0.238 7 38.300 14.283 4 20 -0.002 2 -0.009 2
      2 955.416 0.138 1 31.657 6.839 0 20 -0.004 6 -0.033 5
      3 046.063 0.029 2 42.134 1.918 5 20 -0.004 7 -0.160 6
      高斯-洛伦茨 2 850.190 0.076 3 32.728 3.3079 1 0.000 7 0.001 6
      2 865.969 0.081 5 33.737 3.647 7 1 0.000 6 0.001 3
      2 897.078 0.079 5 33.947 3.584 3 1 -0.000 7 -0.001 4
      2 924.370 0.243 5 35.523 11.462 2 1 0.000 2 0.000 4
      2 955.941 0.154 0 33.739 6.779 7 1 -0.001 2 -0.002 1
      3 039.386 0.023 7 55.219 1.719 9 1 -0.002 7 -0.007 1
      2 851.754 0.070 1 35.011 3.249 6 10 0.000 9 0.002 0
      2 864.191 0.074 7 37.471 3.704 4 10 0.000 8 0.001 8
      2 897.165 0.075 4 36.992 3.697 1 10 0.000 3 0.000 7
      2 924.793 0.241 0 36.565 11.672 7 10 0.001 0 0.001 7
      2 956.296 0.147 7 32.532 6.362 0 10 -0.001 9 -0.003 6
      3 038.757 0.019 6 40.722 1.054 2 10 -0.003 5 -0.009 1
      2 853.303 0.088 8 34.023 4.036 5 15 0.002 0 0.022 5
      2 868.599 0.059 9 40.111 3.213 4 15 0.003 3 0.055 1
      2 899.733 0.068 7 38.528 3.541 3 15 0.003 0 0.043 7
      2 924.922 0.236 1 37.191 11.797 3 15 0.001 8 0.007 6
      2 956.573 0.146 3 33.145 6.508 0 15 -0.001 9 -0.012 9
      3 044.623 0.024 3 41.216 1.338 8 15 -0.004 3 -0.176 9
      2 856.648 0.130 5 38.052 6.883 2 20 -0.007 6 -0.058 2
      2 914.059 0.056 4 59.676 4.715 7 20 -0.003 8 -0.067 3
      2 930.042 0.223 7 65.995 19.618 0 20 -0.008 0 -0.035 7
      2 960.401 0.034 6 57.355 2.779 9 20 0.022 3 0.644 5
      3 053.415 0.041 2 65.631 3.769 4 20 -0.002 7 -0.065 5
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      表 2  两种拟合方法对红外参数结果的影响

      Table 2.  The differences of calculation results from above two fitting methods

      υCH3a υCH2a υCH3s υCH2s CH2a/CH3a Xinc Xstd
      分峰拟合 1.36 2.55 0.32 1.27 1.88 16.38 8.79
      区域面积 0.56 1.31 0.10 0.45 2.34 10.67 10.25
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      表 3  顺托果勒地区柯坪塔格组(S1k)单个油包裹体显微红外光谱参数

      Table 3.  Micro FT-IR parameters of individual oil inclusion of Kepingtage Formation in Shuntuoguole area(S1k)

      井号 深度(m) 产状 Xinc Xstd CH2a/CH3a 油包裹体均一温度(℃) 同期盐水包裹体均一温度(℃) 充注年龄(Ma) 时期
      顺9 5 600.46 石英颗粒内裂纹 3.16 4.39 0.99 26.9 58.8 410.0 加里东晚期
      顺9 5 599.59 石英颗粒内裂纹 3.61 4.54 1.02 23.5 61.7 403.3
      顺10 5 694.27 石英颗粒内裂纹 3.60 4.53 1.29 16.4 55.3 418.2
      顺10 5 693.11 石英颗粒内裂纹 3.74 4.58 1.23 16.0 54.2 415.6
      顺10 5 693.11 石英颗粒内裂纹 3.98 4.66 1.20 15.6 44.8 416.9
      顺10 5 693.11 石英颗粒内裂纹 4.11 4.70 1.22 19.8 70.6 408.4
      顺9 5 597.27 石英颗粒内裂纹 8.31 6.10 2.15 77.8 92.5 265.1 晚海西期
      顺9 5 600.46 石英颗粒内裂纹 10.64 6.88 1.62 75.9 93.8 264.7
      顺9 5 600.46 穿石英颗粒裂纹 10.00 6.67 1.45 75.6 110.3 253.8
      顺9 5 600.46 穿石英颗粒裂纹 10.21 6.74 1.86 82.5 108.2 256.2
      顺9 5 597.95 石英颗粒内裂纹 12.15 7.38 1.78 65.6 90.6 272.3
      顺10 5 694.27 石英颗粒内裂纹 9.59 6.53 1.63 79.5 102.3 270.5
      顺10 5 694.27 穿石英颗粒裂纹 10.40 6.80 1.63 83.8 106.7 254.8
      顺901 5 497.00 石英颗粒内裂纹 7.17 5.72 1.67 79.1 102.4 260.0
      顺901 5 497.00 穿石英颗粒裂纹 10.50 6.83 1.93 84.6 112.5 252.0
      顺901 5 497.00 穿石英颗粒裂纹 11.46 7.15 1.71 83.9 110.3 253.1
      顺902H 5 301.62 石英颗粒内裂纹 9.94 6.65 1.62 75.4 96.5 265.4
      顺902H 5 301.62 石英颗粒内裂纹 11.97 7.32 1.78 68.7 89.4 268.7
      顺9 5 600.46 穿石英颗粒裂纹 14.85 8.28 1.66 97.3 126.2 10.2 喜山期
      顺9 5 597.95 穿石英颗粒裂纹 16.36 8.79 2.04 99.0 130.0 8.4
      顺9 5 599.59 穿石英颗粒裂纹 17.79 9.26 2.00 101.5 127.7 9.6
      顺9 5 600.46 石英颗粒内裂纹 18.72 9.57 2.39 96.5 125.4 9.9
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      表 4  顺托果勒地区志留系柯坪塔格组(S1k)沥青显微红外光谱数据

      Table 4.  Micro FT-IR parameters of bitumens in Kepingtage Formation (S1k)

      井号 深度(m) 沥青产状 ARH3000-3100/AL2800-3000 Xinc Xstd CH2a/CH3a
      顺9 5 336.56 块状沥青 0.00 17.10 9.03 1.98
      顺9 5 336.56 块状沥青 0.00 14.37 8.12 1.89
      顺901 5 516.19 块状沥青 0.00 22.31 10.77 3.89
      顺901 5 298.56 块状沥青 0.00 12.94 7.65 1.70
      顺901 5 294.78 顺层理分布 0.16 0.88 3.63 3.04
      顺901 5 294.78 顺层理分布 0.05 12.24 7.41 2.19
      顺902H 5 517.07 块状沥青 0.02 13.61 7.87 2.05
      顺902H 5 527.28 块状沥青 0.05 13.15 7.72 2.00
      顺902H 5 527.28 块状沥青 0.04 9.22 6.41 1.65
      顺902H 5 527.28 块状沥青 0.07 7.54 5.85 1.69
      顺902H 5 517.07 块状沥青 0.04 6.78 5.59 1.71
      顺902H 5 543.05 块状沥青 0.05 5.84 5.28 1.73
      顺902H 5 527.28 块状沥青 0.07 4.90 4.97 1.48
      顺902H 5 543.05 块状沥青 0.05 4.82 4.94 1.66
      顺902H 5 543.05 块状沥青 0.08 4.71 4.90 1.71
      顺902H 5 527.28 块状沥青 0.08 4.54 4.85 1.33
      顺903H 5 590.88 块状沥青 0.04 15.17 8.39 2.17
      顺903H 5 590.88 块状沥青 0.05 12.95 7.65 2.43
      顺903H 5 590.88 块状沥青 0.07 8.78 6.26 1.63
      顺903H 5 590.88 块状沥青 0.00 19.58 9.86 2.51
      顺903H 5 590.88 块状沥青 0.00 17.02 9.01 2.34
      顺904H 5 372.18 斑点状沥青 0.00 20.36 10.12 2.00
      顺904H 5 577.10 块状沥青 0.00 15.81 8.60 1.77
      顺10 5 694.87 顺层理分布 0.11 7.25 5.75 1.66
      顺10 5 689.00 顺层理分布 0.07 2.34 4.11 1.45
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    出版历程
    • 收稿日期:  2016-01-10
    • 刊出日期:  2016-11-04

    单个油包裹体和微区沥青显微红外光谱分峰拟合技术及应用

      通讯作者: 陈红汉, hhchen@cug.edu.cn
      作者简介: 王倩茹(1989-),女,博士,主要从事油气成藏机理研究.E-mail:qrwang@126.com
    • 1. 中国地质大学构造与油气资源教育部重点实验室,湖北武汉 430074
    • 2. 中国石油天然气股份有限公司吉林油田分公司勘探开发研究院,吉林松原 138001
    基金项目:  中国地质大学(武汉)教学实验室开放基金项目 skj2014001国家重点基础研究发展计划“973”项目 2012CB214804

    摘要: 针对单个油包裹体和储层沥青等结构复杂样品傅里叶变换显微红外光谱吸收峰严重重叠的问题,基于高斯、洛伦茨函数或其组合(高斯-洛伦茨)模型理论,采用显微红外分峰拟合技术,对塔中北坡顺托果勒地区单个油包裹体成熟度和储层沥青成因进行了系统分析,并取得了4点认识:(1) 通过与Pironon对合成油包裹体的峰位坐标区域化划分吸收峰对比,认为分峰拟合技术更为真实地反映各子峰的面积,而且能够识别重叠区“隐蔽”的吸收峰,有助于准确判别有机质的结构组成;(2) 高斯、洛伦茨函数或其组合(高斯-洛伦茨)模型拟合子峰时,高斯-洛伦茨函数分布拟合的吸收峰与实测光谱吻合度较高,噪音目标越低拟合效果越好,但计算耗时越长,故优选噪音目标在1~10高斯-洛伦茨函数分布拟合各子峰;(3) 结合流体包裹体系统分析和均一温度-埋藏史投影法,单个油包裹体显微红外参数(CH2a/CH3aXincXstd等)揭示塔中北坡顺托果勒地区存在3期油充注,分别为加里东晚期、晚海西期和喜山期;(4) 显微红外光谱定量化分析是研究储层沥青多成因化和多期次油气充注叠加作用的有效手段,分析结果说明塔中北坡顺托果勒地区储层沥青经历了生物降解、氧化降解和水洗淋滤作用.

    English Abstract

      • 实验测试工作在中国地质大学(武汉)构造与油气资源教育部重点实验室完成.显微红外测试所用仪器为Nicolet iS50傅里叶变换红外光谱仪,配有Continμum型红外显微镜,运用双光阑系统和Tru-View专利定位技术,准确定位样品测试区域可直接测试样品某特定微小区域的物质,并获得该微区物质的高质量红外光谱图.该显微镜透射模式拥有无限校正物镜和无限校正聚光器的光学系统,可以将由球面镜引起的相差减到最小,因而可大大提高信噪比.红外显微镜检测器为MCT/A窄带检测器,测量范围为4 000~650 cm-1,是目前MCT检测器中灵敏度最高、噪声最小、响应速度最快的一种检测器.根据样品需要,设定傅里叶变换红外光谱仪的分辨率为8 cm-1,累计扫描样品50次得到干涉图,经过傅里叶变换得到样品的红外光谱图.荧光观察所用仪器为Nikon 80Ⅰ双通道荧光显微镜.

        应用OMINIC红外光谱处理软件对采集到的红外光谱进行曲线拟合,在高灵敏度和线性基线条件下自动拟合吸收峰,使重叠的吸收峰分解为呈高斯函数、洛伦茨函数和高斯-洛伦茨组合函数分布的各个子峰,以便进行吸收峰面积的相关计算.

        研究样品取自塔里木盆地塔中北坡顺托果勒地区顺9井、顺901井、顺902H井、顺903H井、顺904H井和顺10井,取样层位为志留系柯坪塔格组(S1k),岩心样品总计60件,采集储层微区沥青显微红外光谱129件,单个油包裹体显微红外光谱47件.

        单个油包裹体样品选自于荧光观察、红外测试的双面抛光薄片,薄片厚度为0.06~0.09 mm,在透射光和荧光镜下确定包裹体的产状和形态后,将薄片置于酒精或丙酮中浸泡5~8 h,以除去环氧树脂胶.实验取32倍红外显微物镜,为了避免大气中的水和CO2以及宿主矿物的影响,以空气和宿主矿物作为背景值加以扣除,样品和背景扫描次数设为50次,分辨率为8.000 cm-1,动镜速度为1.898 8 cm/s,光阑尺寸设为100.00 μm.

        实验所取储层沥青样品有两种方式:一是使用采样工具获取岩心上新鲜沥青样品后置于KBr盐片透射池上,在红外显微镜下采集光谱;二是选取典型岩心样品制成双面抛光薄片,薄片厚度为0.06~0.09 mm,使用丙酮等有机溶剂卸片后置于KBr盐片透射池上,在红外显微镜下采集光谱.前者所取样品比较纯净,后者便于在显微镜观察沥青的微观产状.本研究这两种采样方式均采用.

      • Pironon首次开展人工合成单个油包裹体的显微红外光谱分析,并提出X系数法用于单个油包裹体的成熟度分析(Pironon and Barres, 1990).因油包裹体的显微红外光谱在3 000~2 800 cm-1范围内吸收峰重叠比较严重,Pironon在提取红外参数时,将3 000~2 800 cm-1区域的脂肪族官能团通过坐标区域化划分来界定各个子峰的面积:3 000~2 947 cm-1为CH3反对称伸缩振动;2 947~2 883 cm-1为CH2反对称伸缩振动;2 883~2 869 cm-1为CH3对称伸缩振动;2 869~2 800 cm-1为CH2对称伸缩振动(图 1).

        图  1  单个油包裹体显微红外光谱重叠吸收峰处理方法

        Figure 1.  Processing method of micro FT-IR overlapping absorptive peaks for individual oil inclusion

        然而,笔者在处理单个油包裹体显微红外光谱数据过程中发现,由于包裹体油组分非常复杂,不同原子相互影响,产生了诱导效应,使振动频率发生变化.单个油包裹体显微荧光光谱分析显示(图 2),油包裹体中有机化合物分子存在共轭体系(Khorasan, 1987),产生的共轭效应同样使红外谱带发生偏移.因此,在部分油包裹体的红外光谱中,与图 1对应的区域界线处并非为吸收峰的波谷位置(图 2),或者划分的某一区域有可能没有吸收峰显示,而是偏移到该区域之外(图 2).

        图  2  塔里木盆地顺9井区志留系柯坪塔格组油包裹体及其红外光谱特征

        Figure 2.  Oil inclusions and their micro FT-IR spectra of the Silurian Kepingtage Formation in well Shun 9 area, Tarim basin

        另外,包裹体油中不仅含有CH2和CH3的吸收峰,而且可能含有脂肪族C-H吸收峰(2 890±5 cm-1)(图 3a)(翁诗甫, 2010; 韩峰等, 2014).若按图 1所示区域划分吸收峰的方法,则默认包裹体油内不含有脂肪族C-H吸收.然而,笔者测定的47个油包裹体(譬如顺901井和顺904H井)的显微红外光谱均在2 890±5 cm-1存在微弱的脂肪族C-H吸收峰,虽然该吸收峰不如CH2和CH3的振动吸收峰显著.因此,利用红外分峰技术还能够识别重叠区所谓的“隐蔽”吸收峰.

        图  3  利用高斯-洛伦茨函数分布拟合的各个子峰及拟合效果

        Figure 3.  Curve-fitting analysis by Gaussian-Lorentz function and its fitting effect

        根据高斯-洛伦茨函数分布的分峰拟合方法拟合重叠吸收峰如图 3所示.合成的光谱与实测光谱拟合效果比较吻合.通过实际与拟合的差减光谱与二阶导数可知,二阶导数所示的波谷位置恰巧对应吸收峰的波峰,且两者几乎为一一对应关系,残差一般都控制在0.008以内,说明拟合效果较为理想.

      • 储层沥青作为原油次生变化的产物,其成分非常复杂,不同吸收峰互相重叠.因此,储层沥青的相关研究大多局限于红外光谱定性分析(徐力等, 2011; 李炜光等, 2012),鲜有学者应用显微红外光谱对储层微区沥青进行定量化分析.而红外光谱分峰拟合技术能够使其重叠的吸收峰分解为独立的子峰,从而能够提取各子峰的面积用于定量化计算,并获得沥青更多的“结构”信息(图 4).

        图  4  储层沥青的显微红外光谱重叠谱图和分峰拟合效果

        Figure 4.  Micro FT-IR spectra of bitumen in reservoir and its effect by curve-fitting analysis

        红外光谱分峰拟合技术在处理储层沥青的重叠吸收峰时,可采用高斯函数、洛伦茨函数和高斯-洛伦茨组合函数分布等分解重叠的吸收峰.其中洛伦茨函数峰基本表达式(Lórenz-Fonfría and Padrós, 2004)为:

        $$ \mathit{f}\left(\mathit{\upsilon } \right){\rm{ = }}\frac{{{\rm{2}}\mathit{A}{\mathit{\gamma }_{\rm{L}}}}}{{{\rm{ \mathsf{ π} (}}\mathit{\gamma }_{^{\rm{L}}}^2{\rm{ + (}}\mathit{\upsilon }{\rm{ - }}{\mathit{\upsilon }_{\rm{0}}}{{\rm{)}}^{\rm{2}}}{\rm{)}}}}, $$

        其中,υ为波数,υ0γLA分别表示峰位、半峰宽和峰面积.

        高斯函数峰基本表达式(Lórenz-Fonfría and Padrós, 2004)为:

        $$ \mathit{f}\left(\mathit{\upsilon } \right){\rm{ = }}\frac{{2\sqrt {{\rm{ln2}}} }}{{{\mathit{\gamma }_{\rm{G}}}\sqrt {\rm{ \mathsf{ π} }} }}{\rm{exp}}\left({ - {{\left({\frac{{2\sqrt {{\rm{ln2}}} {\rm{(}}\mathit{\upsilon }{\rm{ - }}{\mathit{\upsilon }_{\rm{0}}}{\rm{)}}}}{{{\mathit{\gamma }_{\rm{G}}}}}} \right)}^2}} \right), $$

        其中,υ为波数,γG为高斯峰谱形半峰宽.

        洛伦茨函数分布峰形较宽,而高斯函数分布是一种正态分布函数,峰形偏于细高.为取得较好的拟合效果,在分解重叠的吸收峰时,本研究分别试验了高斯、洛伦茨和高斯-洛伦茨组合分布3种方法,通过数值函数和噪音目标两个控制变量优选最佳拟合方案(图 5).

        图  5  不同函数分布子峰拟合效果

        Figure 5.  Effect spectra by Curve-fitting analysis

        图 6可知,不同函数分布和噪音目标拟合吸收峰的效果有一定差异.通过实测光谱与拟合光谱的残差数据和二阶导数约束发现,高斯-洛伦茨函数分布拟合的吸收峰与实测光谱吻合度较高,达到99.5%;同一函数分布拟合吸收峰时,噪音目标越低拟合效果越好,噪音目标<10时,高斯、洛伦茨、高斯-洛伦茨函数拟合精度达到99.5%,但噪音目标越低计算耗时越长.笔者综合拟合时间与吻合度认为,在拟合储层沥青的显微红外吸收峰时,优选噪音目标在1~10的高斯-洛伦茨函数分布拟合各子峰.

        图  6  不同类型函数分布、不同噪音目标重叠峰拟合效果

        Figure 6.  Fitting effect in the control of different parameters by curve-fitting analysis

      • 采用红外光谱分析方法计算油包裹体的成熟度原理为CH2a/CH3a比值法和X系数法[Xinc=(ΣCH2/ΣCH3-0.8)/0.09,Xstd=(ΣCH2/ΣCH3+0.1)/0.27](Pironon and Barres, 1990),其中CH2a和CH3a分别为CH2非对称振动吸收峰和CH3非对称振动吸收峰,XincXstd分别表征有机质烷基链碳原子数和直链碳原子数.CH2a/CH3aXincXstd的值越小,表明油包裹体中有机质的成熟度越高.

        油包裹体的红外光谱3 000~2 800 cm-1为脂肪族CH、CH2、CH3伸缩振动重叠区,只有准确计算CH2和CH3的对称伸缩振动和非对称伸缩振动吸收峰才能确保CH2a/CH3aXincXstd结果的准确性.通过对比分峰拟合和区域面积方法确定各个子峰的面积,发现采用两种不同的方法其结果有一定的差异性(表 1).分峰拟合技术采用已知函数作为拟合的数学模型模拟子峰,拟合过程中根据半峰宽、峰位、峰强以及噪音目标等约束条件使拟合的红外光谱和实测红外光谱达到较高的吻合度,以便较大限度的还原各个子峰原始形态,因此较之区域面积划分而言,笔者认为分峰拟合无论在理论依据还是在实验结果方面都更加真实和可靠(表 2).

        谱峰类型 中心(cm-1) 峰高 半峰宽(cm-1) 峰面积 噪音目标 残差 相对误差
        高斯 2 849.345 0.053 8 37.949 2.173 1 1 0.002 2 0.005 0
        2 864.613 0.101 1 38.167 4.107 6 1 -0.000 2 -0.000 5
        2 902.960 0.143 8 34.013 5.206 2 1 -0.000 3 -0.000 5
        2 924.208 0.170 4 24.540 4.452 2 1 -0.000 2 -0.000 2
        2 950.833 0.198 2 41.090 8.667 2 1 0.000 4 0.000 7
        3 030.408 0.022 2 59.478 1.407 1 1 -0.002 4 -0.006 4
        2 850.535 0.059 5 35.360 2.239 4 10 0.000 7 0.001 5
        2 864.172 0.090 5 36.723 3.539 4 10 0.000 8 0.001 8
        2 898.597 0.113 1 33.366 4.017 4 10 0.001 9 0.003 9
        2 924.064 0.226 7 30.055 7.253 7 10 0.002 6 0.004 2
        2 954.583 0.177 1 36.173 6.818 6 10 0.002 8 0.005 1
        3 032.623 0.016 6 40.071 0.706 5 10 -0.003 5 -0.009 2
        2 844.340 0.022 7 52.497 1.269 7 15 -0.001 0 -0.044 1
        2 857.752 0.112 3 35.932 4.295 7 15 -0.003 2 -0.028 5
        2 905.953 0.024 5 63.609 1.659 2 15 -0.009 7 -0.395 9
        2 927.919 0.238 0 67.572 17.122 5 15 0.020 9 0.087 8
        2 957.805 0.034 6 58.145 2.144 1 15 0.016 8 0.485 5
        3 042.629 0.034 0 66.783 2.415 4 15 -0.002 3 -0.067 7
        2 818.355 0.010 9 58.472 0.675 9 20 -0.000 2 -0.018 3
        2 858.814 0.133 9 40.093 5.712 7 20 -0.001 2 -0.008 9
        2 908.349 0.056 4 53.174 3.191 3 20 -0.007 5 -0.133 0
        2 932.459 0.231 1 65.023 15.994 4 20 -0.009 8 -0.042 4
        2 964.186 0.021 2 51.444 1.161 2 20 0.014 0 0.660 3
        3 041.014 0.032 5 59.539 2.062 7 20 -0.003 4 -0.104 6
        洛伦茨 2 849.805 0.076 6 29.283 3.515 6 1 -0.001 1 -0.002 5
        2 865.159 0.081 5 31.716 4.049 3 1 -0.000 3 -0.000 6
        2 897.928 0.054 6 38.640 3.301 0 1 -0.000 6 -0.001 3
        2 924.770 0.253 6 42.096 16.709 0 1 -0.000 1 -0.000 2
        2 956.152 0.134 1 31.142 6.543 2 1 -0.004 6 -0.008 6
        3 049.290 0.043 8 71.914 4.920 4 1 -0.002 6 -0.006 8
        2 852.791 0.085 8 35.911 4.815 2 10 0.000 5 0.001 2
        2 865.871 0.061 2 37.799 3.615 5 10 0.001 8 0.004 0
        2 900.611 0.060 8 38.531 3.663 1 10 -0.001 4 -0.002 9
        2 925.281 0.241 3 39.417 14.860 0 10 -0.001 4 -0.002 3
        2 955.602 0.134 8 30.679 6.466 5 10 -0.004 9 -0.009 2
        3 045.140 0.027 8 42.574 1.848 4 10 -0.004 4 -0.011 4
        2 850.675 0.074 4 27.932 3.251 2 15 -0.001 2 -0.016 1
        2 865.696 0.077 8 33.403 4.064 6 15 0.000 9 0.011 5
        2 900.234 0.058 9 39.518 3.637 1 15 -0.000 8 -0.013 6
        2 925.178 0.243 9 39.925 15.218 6 15 -0.001 9 -0.007 8
        2 956.139 0.132 7 30.050 6.241 9 15 -0.005 2 -0.039 2
        3 047.280 0.030 5 48.747 2.324 5 15 -0.004 0 -0.131 2
        2 855.444 0.108 4 34.913 5.917 2 20 -0.003 3 -0.030 2
        2 871.141 0.034 3 39.132 2.098 2 20 0.003 2 0.094 7
        2 900.667 0.056 5 38.976 3.437 8 20 0.000 1 0.001 2
        2 924.752 0.238 7 38.300 14.283 4 20 -0.002 2 -0.009 2
        2 955.416 0.138 1 31.657 6.839 0 20 -0.004 6 -0.033 5
        3 046.063 0.029 2 42.134 1.918 5 20 -0.004 7 -0.160 6
        高斯-洛伦茨 2 850.190 0.076 3 32.728 3.3079 1 0.000 7 0.001 6
        2 865.969 0.081 5 33.737 3.647 7 1 0.000 6 0.001 3
        2 897.078 0.079 5 33.947 3.584 3 1 -0.000 7 -0.001 4
        2 924.370 0.243 5 35.523 11.462 2 1 0.000 2 0.000 4
        2 955.941 0.154 0 33.739 6.779 7 1 -0.001 2 -0.002 1
        3 039.386 0.023 7 55.219 1.719 9 1 -0.002 7 -0.007 1
        2 851.754 0.070 1 35.011 3.249 6 10 0.000 9 0.002 0
        2 864.191 0.074 7 37.471 3.704 4 10 0.000 8 0.001 8
        2 897.165 0.075 4 36.992 3.697 1 10 0.000 3 0.000 7
        2 924.793 0.241 0 36.565 11.672 7 10 0.001 0 0.001 7
        2 956.296 0.147 7 32.532 6.362 0 10 -0.001 9 -0.003 6
        3 038.757 0.019 6 40.722 1.054 2 10 -0.003 5 -0.009 1
        2 853.303 0.088 8 34.023 4.036 5 15 0.002 0 0.022 5
        2 868.599 0.059 9 40.111 3.213 4 15 0.003 3 0.055 1
        2 899.733 0.068 7 38.528 3.541 3 15 0.003 0 0.043 7
        2 924.922 0.236 1 37.191 11.797 3 15 0.001 8 0.007 6
        2 956.573 0.146 3 33.145 6.508 0 15 -0.001 9 -0.012 9
        3 044.623 0.024 3 41.216 1.338 8 15 -0.004 3 -0.176 9
        2 856.648 0.130 5 38.052 6.883 2 20 -0.007 6 -0.058 2
        2 914.059 0.056 4 59.676 4.715 7 20 -0.003 8 -0.067 3
        2 930.042 0.223 7 65.995 19.618 0 20 -0.008 0 -0.035 7
        2 960.401 0.034 6 57.355 2.779 9 20 0.022 3 0.644 5
        3 053.415 0.041 2 65.631 3.769 4 20 -0.002 7 -0.065 5

        表 1  不同类型函数分布的子峰属性统计

        Table 1.  Statistic corresponding parameters of different fitting functions

        υCH3a υCH2a υCH3s υCH2s CH2a/CH3a Xinc Xstd
        分峰拟合 1.36 2.55 0.32 1.27 1.88 16.38 8.79
        区域面积 0.56 1.31 0.10 0.45 2.34 10.67 10.25

        表 2  两种拟合方法对红外参数结果的影响

        Table 2.  The differences of calculation results from above two fitting methods

        笔者对塔中北坡志留系柯坪塔格组顺9井区样品进行岩石学观察,在成岩序次约束下,对流体包裹体进行显微测温分析,并结合单井埋藏史和热史确定了油气充注时间.然后,对应不同期次单个油包裹体进行显微红外光谱分析,采用高斯-洛伦茨组合函数拟合重叠吸收峰,提取相关参数,结果如表 3.

        井号 深度(m) 产状 Xinc Xstd CH2a/CH3a 油包裹体均一温度(℃) 同期盐水包裹体均一温度(℃) 充注年龄(Ma) 时期
        顺9 5 600.46 石英颗粒内裂纹 3.16 4.39 0.99 26.9 58.8 410.0 加里东晚期
        顺9 5 599.59 石英颗粒内裂纹 3.61 4.54 1.02 23.5 61.7 403.3
        顺10 5 694.27 石英颗粒内裂纹 3.60 4.53 1.29 16.4 55.3 418.2
        顺10 5 693.11 石英颗粒内裂纹 3.74 4.58 1.23 16.0 54.2 415.6
        顺10 5 693.11 石英颗粒内裂纹 3.98 4.66 1.20 15.6 44.8 416.9
        顺10 5 693.11 石英颗粒内裂纹 4.11 4.70 1.22 19.8 70.6 408.4
        顺9 5 597.27 石英颗粒内裂纹 8.31 6.10 2.15 77.8 92.5 265.1 晚海西期
        顺9 5 600.46 石英颗粒内裂纹 10.64 6.88 1.62 75.9 93.8 264.7
        顺9 5 600.46 穿石英颗粒裂纹 10.00 6.67 1.45 75.6 110.3 253.8
        顺9 5 600.46 穿石英颗粒裂纹 10.21 6.74 1.86 82.5 108.2 256.2
        顺9 5 597.95 石英颗粒内裂纹 12.15 7.38 1.78 65.6 90.6 272.3
        顺10 5 694.27 石英颗粒内裂纹 9.59 6.53 1.63 79.5 102.3 270.5
        顺10 5 694.27 穿石英颗粒裂纹 10.40 6.80 1.63 83.8 106.7 254.8
        顺901 5 497.00 石英颗粒内裂纹 7.17 5.72 1.67 79.1 102.4 260.0
        顺901 5 497.00 穿石英颗粒裂纹 10.50 6.83 1.93 84.6 112.5 252.0
        顺901 5 497.00 穿石英颗粒裂纹 11.46 7.15 1.71 83.9 110.3 253.1
        顺902H 5 301.62 石英颗粒内裂纹 9.94 6.65 1.62 75.4 96.5 265.4
        顺902H 5 301.62 石英颗粒内裂纹 11.97 7.32 1.78 68.7 89.4 268.7
        顺9 5 600.46 穿石英颗粒裂纹 14.85 8.28 1.66 97.3 126.2 10.2 喜山期
        顺9 5 597.95 穿石英颗粒裂纹 16.36 8.79 2.04 99.0 130.0 8.4
        顺9 5 599.59 穿石英颗粒裂纹 17.79 9.26 2.00 101.5 127.7 9.6
        顺9 5 600.46 石英颗粒内裂纹 18.72 9.57 2.39 96.5 125.4 9.9

        表 3  顺托果勒地区柯坪塔格组(S1k)单个油包裹体显微红外光谱参数

        Table 3.  Micro FT-IR parameters of individual oil inclusion of Kepingtage Formation in Shuntuoguole area(S1k)

        根据流体包裹体系统分析以及均一温度-埋藏史投影法,以顺9井为例(图 7),该区共有3期油充注,第一期为加里东晚期充注的油,单个油包裹体Xstd范围为4.39~4.70,CH2a/CH3a的值为0.99~1.29,表明该类油包裹体的成熟度较高,代表了一幕高成熟度油充注;第二期为晚海西期,单个油包裹体Xstd范围为5.72~7.38,CH2a/CH3a的值范围为1.45~2.15,代表了一幕中等成熟度油充注;第3期充注的油发生在喜山期,单个油包裹体Xstd范围为8.28~ 9.57,CH2a/CH3a的值为1.66~2.39,表明该类油包裹体的成熟度较低,代表了一幕低成熟度油充注.

        图  7  顺托果勒地区志留系柯坪塔格组油气成藏时期(以顺9井为例)

        Figure 7.  Hydrocarbon charging periods of Kepingtage Formation in Shuntuoguole

      • 储层中沥青一般为原油次生变化形成,如生物降解作用、氧化作用、水洗作用和气脱沥青等.不同成因的储层沥青其结构具有明显的差异性(Kim et al., 2010; Walters et al., 2011),红外光谱具有特征性强与可提供官能团、化合物的类别、化合物的立体结构和取代基的位置及数目等多信息的特点而成为有机化合物结构研究的有效手段(王启军和陈建渝, 1988; Mastalerz and Glikson, 2000; Lis et al., 2005; 李炜光等, 2012; 王崇敬等, 2014; Adebiyi et al., 2015).原油的生物降解作用导致正构烷烃、少量支链烷烃和低环烷烃等部分或全部消失(Goodarzi and Williams, 1986; George et al., 1994),一般不会出现含氧官能团;而构造抬升使烃类能够结合游离氧发生氧化作用,将烃类氧化成酸、酮、醇和酚等,红外光谱能够检测到此类含氧官能团.水洗作用使极性分子不断溶解在地下水中并被带走(王启军和陈建渝, 1988);而气脱沥青是通过物理分异形成沥青质(Wilhelms and Larter, 1994),在沥青质的地球化学演化过程中,羰基或羧基等杂原子不断减少(Ignasiak et al., 1977),分子骨架中的侧链或支链不断裂解,芳构化程度进一步增加(Carbognani et al., 1999; Domke et al., 1999; Premuzic and Zhou, 1999; Strausz et al., 1999).因此,红外光谱分析可用于追踪上述作用导致其结构上的变化.

        本研究在岩心沥青产状观察和前人成岩作用认识的基础上(刘大锰等, 1999; 刘洛夫等, 2000, 2001; 张俊等, 2004),以显微红外光谱分析为主要研究手段开展塔中北坡顺托果勒地区志留系储层沥青成因分析.

        通过对塔中北坡志留系柯坪塔格组沥青砂岩岩心观察,显示储层沥青宏观产状包括顺层理分布、呈斑点和块状分布(图 8a~8c).镜下观察发现,沥青主要有3种赋存状态:一是以纯沥青形式分布于孔隙中,且充填量较大(图 8e),颗粒之间以点接触或线接触为主,推测在油气充注时颗粒未经历过强烈的压实作用,孔隙度和渗透率较高;二是沥青零星分布于孔隙中或颗粒边缘,颗粒间压实比较紧密,颗粒之间大多凹凸接触,沥青充填于部分残留的孔隙中(图 8f),笔者推测该类沥青可能埋深较大,油气充注后遭破坏形成沥青;三是沥青以脉状形式产出于裂缝中(图 8d),说明原油可能在运移的过程中遭到破坏形成沥青.

        图  8  顺托果勒地区柯坪塔格组沥青的典型产状

        Figure 8.  Typical occurrences of solid bitumen of Kepingtage Formation in Shuntuoguole area

        笔者对塔中北坡顺托果勒地区志留系柯坪塔格组储层微区沥青进行显微红外光谱分析(图 9),采用高斯-洛伦茨组合函数分布拟合其脂肪族和芳香族重叠吸收峰,并提取ARH3000-3100(芳环C-H伸缩振动区)、AL2800-3000(脂肪族CH2和CH3振动区)以及CH2a/CH3a等红外参数(表 4).ARH3000-3100/AL2800-3000强度比值越大,说明芳烃比重越高,而CH2a/CH3a强度比值越高则意味着沥青的成熟度越低.根据储层沥青显微红外光谱形态可将其划分为3种类型.

        图  9  塔里木盆地顺托果勒地区志留系不同成因储层沥青显微红外光谱特征

        Figure 9.  Micro FT-IR spectra characteristic of different origin of bitumens in the Silurian Kepingtage Formation, Tarim basin

        井号 深度(m) 沥青产状 ARH3000-3100/AL2800-3000 Xinc Xstd CH2a/CH3a
        顺9 5 336.56 块状沥青 0.00 17.10 9.03 1.98
        顺9 5 336.56 块状沥青 0.00 14.37 8.12 1.89
        顺901 5 516.19 块状沥青 0.00 22.31 10.77 3.89
        顺901 5 298.56 块状沥青 0.00 12.94 7.65 1.70
        顺901 5 294.78 顺层理分布 0.16 0.88 3.63 3.04
        顺901 5 294.78 顺层理分布 0.05 12.24 7.41 2.19
        顺902H 5 517.07 块状沥青 0.02 13.61 7.87 2.05
        顺902H 5 527.28 块状沥青 0.05 13.15 7.72 2.00
        顺902H 5 527.28 块状沥青 0.04 9.22 6.41 1.65
        顺902H 5 527.28 块状沥青 0.07 7.54 5.85 1.69
        顺902H 5 517.07 块状沥青 0.04 6.78 5.59 1.71
        顺902H 5 543.05 块状沥青 0.05 5.84 5.28 1.73
        顺902H 5 527.28 块状沥青 0.07 4.90 4.97 1.48
        顺902H 5 543.05 块状沥青 0.05 4.82 4.94 1.66
        顺902H 5 543.05 块状沥青 0.08 4.71 4.90 1.71
        顺902H 5 527.28 块状沥青 0.08 4.54 4.85 1.33
        顺903H 5 590.88 块状沥青 0.04 15.17 8.39 2.17
        顺903H 5 590.88 块状沥青 0.05 12.95 7.65 2.43
        顺903H 5 590.88 块状沥青 0.07 8.78 6.26 1.63
        顺903H 5 590.88 块状沥青 0.00 19.58 9.86 2.51
        顺903H 5 590.88 块状沥青 0.00 17.02 9.01 2.34
        顺904H 5 372.18 斑点状沥青 0.00 20.36 10.12 2.00
        顺904H 5 577.10 块状沥青 0.00 15.81 8.60 1.77
        顺10 5 694.87 顺层理分布 0.11 7.25 5.75 1.66
        顺10 5 689.00 顺层理分布 0.07 2.34 4.11 1.45

        表 4  顺托果勒地区志留系柯坪塔格组(S1k)沥青显微红外光谱数据

        Table 4.  Micro FT-IR parameters of bitumens in Kepingtage Formation (S1k)

        (1) 富含CH3和CH2等脂肪族基团,并且富含C=O等基团(图 9a),该类型的沥青微观产状主要以纯沥青的形式充填于孔隙中或分布于颗粒边缘;宏观上主要为斑点状或顺层理分布.因此,笔者推测其为原油经历过氧化作用和生物降解作用以及后期原油再度充注的结果.

        (2) 基本不含或含量极少CH3和CH2等脂肪族基团,但是含有C=O等基团(图 9b),此类沥青在宏观和微观上零星分布,可能为前期原油遭受过严重的生物降解作用,后期油充注后遭受氧化降解作用,红外光谱为两期沥青化作用叠加的结果.

        (3) 富含CH3和CH2等脂肪族基团以及明显的芳环CH吸收峰,基本不见C=O等基团(图 9c);此种类型的沥青宏观上顺层理分布或呈块状分布,微观上沥青呈脉状充填于裂缝或大面积充填于孔隙中.结合红外参数及光谱特征,笔者推测该类沥青可能为油气运移过程中遭受生物降解和水洗淋滤作用所致.

        显微红外光谱定量化分析是检测储层沥青多成因化和多期次油气充注叠加作用的有效手段.以顺9井区和顺10井为例,与顺9井区相比,顺10井缺乏喜山期油气充注(表 3),储层沥青显微红外参数ARH3000-3100/AL2800-3000偏大(图 10),说明晚期油气充注使储层沥青脂肪烃相对芳香烃比重增大.此外,根据不同成因储层沥青结构特征差异性,同一地区储层沥青一般为原油遭受多种次生变化(如生物降解、氧化降解和水洗淋滤作用等)的综合产物.

        图  10  储层沥青红外参数ARH3000-3100/AL2800-3000与CH2a/CH3a强度比值

        Figure 10.  Relationship between ARH3000-3100/AL2800-3000 and CH2a/CH3a of different bitumens

      • (1) 对于显微红外光谱重叠吸收峰,分峰拟合技术能够得到较为精确的子峰,是油包裹体和储层沥青等复杂混合物进行红外定量分析的一种重要技术;显微红外分峰拟合技术能够识别重叠区“隐蔽”的吸收峰,有助于准确判别有机质的结构组成.

        (2) 分峰拟合技术中,采用高斯、洛伦茨或高斯-洛伦茨组合函数分布拟合吸收峰时效果具有差异性,高斯-洛伦茨组合函数分布拟合效果吻合度较高;采取相同的函数分布拟合吸收峰,噪音目标越小,拟合效果越好但耗时越长.因此,在拟合显微红外吸收峰时,一般选取噪音目标在1~10之间的高斯-洛伦茨组合函数分布拟合各子峰.

        (3) 应用高斯-洛伦茨组合函数分布拟合重叠吸收峰,笔者提取塔中北坡顺托果勒地区志留系单个油包裹体红外参数CH2a/CH3aXincXstd等,结果显示存在3类不同成熟度油包裹体.综合流体包裹体系统分析和均一温度-埋藏史投影法确定为3期成藏:第一期为加里东晚期充注的油;第二期油充注为晚海西期;第三期充注的油发生在喜山期.

        (4) 晚期油气充注使储层沥青脂肪烃相对芳香烃比重增大,显微红外参数(如ARH3000-3100/AL2800-3000等)能够反映多期次油气充注叠加作用;此外,显微红外光谱分析结果揭示塔中北坡顺托果勒地区储层沥青为氧化降解、生物降解和水洗淋滤作用综合作用的产物.

    参考文献 (67)

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