石油包裹体之萤光光谱演化实验模拟.pdfVIP

石油包裹體之螢光光譜演化實驗模擬 張英如 黃武良 台灣大學地質科學研究所 摘要 螢光光譜廣泛地應用於有機物官能機的辨別，由於油具有很強的螢光效應， 過去學者常取不同的石油去量測螢光光譜，得知石油的成熟度、生成早晚。在油 包裹體的應用上，將採自石油系統之油包裹體以光學顯微鏡量測螢光特性，推估 不同年代或地層所封存之石油其對應的成熟度，進而了解石油的移棲路徑及移棲 過程中成分變化。 然而，綜觀前人研究對早期與晚期生成的油(不同成熟度)之光譜特徵持不同 的意見，而且，在辨識上沒有時間的連續性，有鑑於此，本研究在實驗室中量測 不同成熟度之油的螢光，以瞭解螢光顏色與成熟度的關係。為了模擬包裹體在地 層條件下封存石油的特性，因此，所使用之油樣是直接由源岩產生的”活”油， 本實驗利用螢光光譜並結合鑽石的透光性，將海相、湖相、陸相之代表性生油源 岩以 3 、8 、25 °C/min 三種升溫速率，即時監測 300~600 °C 生油反應過程之連續 光譜，藉以模擬油在地層中經熱成熟之光譜變化情形。 本實驗之初步結果如下：(1)依生油反應之螢光強度可大致劃分成三個階段： 溫度 400 °C 以下之螢光強度呈現持平或些微遞減的趨勢，此為熱效應造成螢光 強度降低；400~500 °C 左右此時螢光強度大幅躍升，此為該源岩最主要的產油時 期，亦顯示螢光與油具有同步的關係；500 °C 以後，隨著油量減少，呈現的螢光 強度亦遞減。(2)無論何種沈積環境之油母質，當螢光強度開始大幅躍升，其相對 應之最大螢光強度波長(λmax)則開始往短波長方向偏移(blue-shift) ，當反應達到該 源岩之最大產油量之後，波長則不再變動，波長範圍集中於 563-565 nm 。(3)不 同升溫速率下，各樣品開始產油的時間略有不同，然而，波長往藍光偏移的情形 是一致的。 本研究直接印證螢光波長的變化主要受控於成熟度，本實驗結果與前人油包 裹體之螢光研究所推測油的螢光隨成熟度增加而往短波長偏移的現象相符合。本 實驗進一步發現儘管油的來源不同，螢光波長往藍光偏移的趨勢卻是一致的，這 樣的結果足以說明為何多數高成熟度的油包裹體以具偏藍螢光居多。本研究成果 對瞭解油包裹體的螢光顏色所代表之意涵，提供直接之實驗證據。 一、簡介 螢光光譜廣泛地應用於有機物特徵的辨識(e.g. Teichmüller and Wolf, 1977; Crelling et al., 1989) 。在石油的應用上，常用以鑑別原油成熟度、煤素質的成分 (Xiao et al., 2002) ，並評估石油的物理性質，以進行源岩和所生成的油之間的對 比(Dumke and Teschner, 1988) ，並用以追蹤油的來源及移棲路徑(Kihle, 1996) 。 在油包裏體的研究上，螢光光譜分析提供了一項非破壞性的研究方式，用以 了解油的成分、API 值、來源以及油被圈閉的時間(Stasiuk and Snowdon, 1997) 。 此外，若能取得包裏體的溫壓條件，則可區分相同地點之包裹體其不同移棲史 (Liu and Eadington, 2005) 。 一般而言，較高成熟度的油所顯示的螢光波長愈短，亦即愈偏藍光(Burruss, 1991) 。然而，George et al. (2001)以包裹體之油分子進行地化分析，結果顯示藍 螢光未必指示著高成熟度。為了進一步釐清螢光偏移的主要控制因子為何，同時 排除過去評估螢光與油的來源或成熟度之間的關係時，多以熱裂解 (hydrous pyrolysis, micro-scale-sealed vessels,gold tube pyrolysis)等方式進行源岩熱成熟的 模擬，如此實驗結果的油，其中易揮發部分可能已經逸散，而不能代表由源岩產 生的”活”油原始成分。因此，本實驗試圖以一創新的即時測量螢光的方式，同 時選用不同沈積環境的源岩進行實驗，藉由觀測生油反應過程中的螢光變