Evaluating novel trace element proxies for oil-source rock correlations

Abstract

油源对比微量元素地球化学示踪是油气地球化学领域的前沿科学问题。以准噶尔盆地二叠系风城组碱湖含油气系统为例，对此进行了探索研究。通过对烃源岩和原油样品的微量元素组成进行电感耦合等离子体质谱（ICP–MS）分析和系统对比，发现检出的33个常见微量元素中，过渡族金属元素（Ti、V、Cr、Ni、Cu、Zn、Mn和Zr）、碱土金属元素（Sr和Ba）和非金属元素（B和As）在烃源岩与原油间具有较好的继承性，展示出油源对比意义，但由源到油，元素浓度下降0.3–1141倍，差异富集特征显著，表明不能直接简单应用于油源对比。分析认为，微量元素在从源到油的差异富集主要受控于微量元素以有机（螯）络合物或无机盐离子形式在有机质成烃演化与成藏过程中的动态分配。具体而言，Ni和部分V以N-Ni/V键合于卟啉化合物，受油气运移影响小，相对稳定；大部分V以难溶矿物相赋存，油气初次运移时优先富集于烃源岩；Cr、Cu和Zn与有机酸中O/S原子络合，但在油气二次运移过程中化学键容易破裂；Mn、Zr、Ti、Sr和Ba主要以矿物相赋存于烃源岩中，在油气运移中以离子形式存在，易受油-岩相互作用发生离子交换；B以矿物相赋存于烃源岩中，但在初次运移时易与有机酸络合且受二次运移影响有限；As主要以砷化物或砷酸根离子赋存，受二次运移影响较大。据此，Ni、V、B、Cr、Cu、Zn和As具有较好的示踪意义，形成了4组参数：Ni浓度进行油源对比、Cr–Cu+Zn–As三端元图示踪二次运移、V/Ni和Ni/B示踪初次运移。油气形成演化过程中的元素地球化学行为复杂，可在深入剖析后遴选有效参数应用于油气示踪，是经典有机地球化学方法的有效补充。