塔里木台盆区深层原油的碳氮同位素地球化学特征及意义

发布时间：2020-08-18 10:03

【摘要】：氮是生命体的主要组成元素,在沉积有机质中广泛分布,而由于氮元素在沉积有机质中含量较少,氮同位素测试对实验方法要求较高,在长久以来研究受到了限制。近期研究证明,不同沉积环境的原油氮同位素分布差异较为明显,原油氮同位素对油源对比分析上具有重要意义。然而,目前对轻质油及海相原油的氮同位素组成特征分析仍然较少。本文采用EA-IRMS联用技术,依据杜马斯燃烧法原理测定了塔里木台盆区不同区块的深层原油的碳氮同位素,确定了塔里木地区海相原油碳氮同位素组成,并将结果与常用地球化学参数进行比对分析,确定了控制该地区碳氮同位素组成的主要因素,得出以下的认识结论:(1)塔里木台盆区原油碳同位素组成主要受控于沉积环境,受原油成熟度及生物降解作用等因素影响较小;(2)原油非烃、沥青质之间氮同位素的分布关系与碳同位素分布相似,出现非烃氮同位素重于沥青质的倒转特点;(3)塔里木台盆区海相原油的非烃、沥青质氮同位素受控于沉积环境及原油成熟度,而与生物降解强度关系不大;(4)受沉积环境影响表现为:弱氧化弱还原条件沉积的原油氮同位素值较高,随沉积环境还原性增强,氮同位素值逐渐降低;(5)受成熟度影响表现为:成熟度较低时,氮同位素受成熟度影响不明显,而成熟度较高的阶段,原油非烃氮同位素表现出随成熟度增加而增重的趋势;(6)虽然同时受到沉积环境及成熟度影响,但沉积环境及母质对氮同位素构成的因素影响更大,成熟度对其影响相对较小,原油氮同位素仍可作为区分原油沉积环境的指标。
【学位授予单位】：中国石油大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：P618.13
【图文】：

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[1]。图1.1 自然界中氮同位素分布[1]Fig 1.1 Nitrogen isotopic distribution in nature[1]1.2.1 氮的循环及氮同位素分馏（1）氮的循环氮元素的价态较多，范围较宽，从正五价（例如NO3），到负三价（例如NH4），会以各种价态等一系列化合物中。氮的循环过程主要有：氮的输入、氮的转化及氮的输出等过程，控制循环的主要作用可分为：固氮、氮的矿化、氮的同化、硝化作用、反硝化作用等。

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中国石油大学（北京）硕士学士论文- 3 -图1.2 自然界氮循环分馏过程[1]Fig 1.2 Natural nitrogen cyclic fractionation process[1]首先，空气中的氮气由生活在高等植物或地衣中的微生物（特别是根瘤菌）吸收，并进行反应如下：N2(g)+3H2O(g)固氮酶→ 2NH3(g)+3/2O2(g) （1.1）该反应使氮以NH4或NO3的形式进入到生命体，及氮的固定过程。与该作用相反，有机物死亡后经过异养细菌降解，会使NH4释放，发生氨化作用。下一步，硝化细菌将释放的NH4氧化，形成NO3，即发生硝化作用。硝化是一个两步氧化过程，首先将NH4氧化成NO2，在将NO2氧化成NO3

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中国石油大学（北京）硕士学士论文- 5 -图1.3 海洋氮循环过程[7]Fig 1.3 Marine nitrogen cycling process[7]与氮在陆地环境的固定过程相似，海洋通过生活其中的藻类及微生物等作用，可将大气中的N2固定，转化为NO3或NH4等。被固定的硝酸盐在藻类细胞的作用下可还原为氨，进而可以作为生命所必需物质，如氨基酸等的合成原料。藻类等生物一部分衰老死亡，沉积到海底，或着随食物链被高营养级生物摄取，最终氮素以氨或者溶解有机氮的形式释放，随上升流作用回到海洋浅层，再次变成浮游生物等可以利用的氮源，进行有机氮的再生产。微生物对有机氮矿化作用释放出的氨，在海洋水体中会有不同的去向：在无光条件下，硝化微生物能够氧化氨为硝酸盐；而在真光层，由于光对硝化微生物的活动有抑制作用

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