Résines et asphaltènes : évolution en fonction des types de matière organique et de leur enfouissement

Resins and Asphaltenes: Evolution As a Function of Organic-Matter Type and Burial

H. Castex

Institut Français du Pétrole

Résumé

151 résines et 175 asphaltènes d'extraits de roche de plusieurs bassins ont été étudiés par analyse élémentaire. On montre que : - les résines ont des valeurs moyennes en carbone et en hydrogène plus élevées ainsi qu'un rapport C/H plus faible que celui des asphaltènes; elles présentent donc une structure plus aliphatique et/ou plus alicyclique. Par contre, les asphaltènes contiennent plus de soufre, d'oxygène et d'azote ; - le soufre et l'oxygène sont des paramètres permettant de différencier des bassins ; - différents types de matière organique sont mis en évidence sur un diagramme H/C, O/C ; leur évolution chimique avec l'enfouissement est caractérisée par une décroissance des teneurs en hydrogène, oxygène et soufre. La résonance magnétique nucléaire du proton et la spectroscopie infrarouge ont été utilisées pour suivre l'évolution structurale des résines et asphaltènes provenant de différents types de matière organique (algaire, marine et terrestre) enfouie à des profondeurs croissantes. La résonance magnétique nucléaire permet de calculer plusieurs paramètres structuraux tels que l'aromaticité FA et le degré de substitution sigma du système aromatique. Le facteur FA semble augmenter en fonction de l'enfouissement et du type de matière organique tandis que sigma semble décroître. La spectroscopie infrarouge compléte ces informations. Les surfaces de bandes correspondant aux fonctions suivantes ont été calculées : - OH dans la région 3700-2700 cm-1 - C=O carbonyl vers 1700 cm-1 - C-H aliphatiques à 2900, 1455 et 1380 cm-1 - C=C aromatique à 1610 cm-1. Les variations d'intensité des bandes : - décroissance des C-H aliphatiques, des fonctions C=O ; - augmentation des C-H et C=C aromatiques sont en relation d'une part avec le type de matière organique, d'autre part avec sa catagénèse.

Abstract

Elemental analysis was used to investigate 151 resins and 175 asphaltenes extracted from rocks from several basins. It was shown that: (a) Resins have higher mean carbon and hydrogen values as well as a lower C/H ratio than asphaltenes. Resins thus have a more aliphatic and or more alicyclic structure. On the other hand, asphaltenes contain more sulfur, oxygen end nitrogen. (b) Sulfur and oxygen are not parameters enabling basins to be differentiated. (c) Different types of organic matter are revealed by an H/C, O/C diagram. Their chemical evolution with burial is characterized by a decrease in hydrogen, oxygen and sulfur contents. Proton nuclear magnetic resonance (NMR) and infrared spectroscopy (IRS) were used to follow the structural evolution of resins and asphaltenes coming from different types of organic matter (algal, marine and terrestrial) buried at increasing depths. NMR can be used to compute several structural parameters such as FA aromaticity and the degree of sigma substitution of the aromatic system. The FA factor seems to increase with burial and according to the type of organic matter, while sigma seems to decrease. These data were completed by infrared spectroscopy. The surface areas of the bands corresponding to the following functions were computed: (a) OH in the 3700-2700 cm-1 range; (b) carbonyl C-O around 1700 cm-1; (c) aliphatic C-H at 2900, 2455 and 1380 cm-1; (d) aromatic C-H at 1610 cm-1. Variations in the intensity of bands: (a) decrease of aliphatic C-H and of C-O functions; (b) increase of aromatic C-H and C-C are related to both the type of organic matter and its catagenesis.