本刊特約記者 王大銳

石油地質(zhì)勘探家一臂之力古生物學(xué)如何助
—— 訪南京大學(xué)地球科學(xué)與工程學(xué)院邊立曾教授

本刊特約記者 王大銳

石油生成有著無機(jī)與有機(jī)之說。經(jīng)過石油地質(zhì)學(xué)家和古生物學(xué)家們不懈的努力，生成石油的原始母質(zhì)的面紗終于逐漸被揭開了，它們主要由遠(yuǎn)古時(shí)期的微體生物構(gòu)成。為了使更多的讀者了解石油與天然氣的成因，我特意采訪了南京大學(xué)邊立曾教授，由于我倆是古生物學(xué)的同行，而且曾經(jīng)多年合作過，邊教授非常爽快地就開始了交流。

問：古生物學(xué)家們是怎樣與石油地質(zhì)相結(jié)合的？生烴母質(zhì)生物是指什么？有哪些研究內(nèi)容？

答：古生物學(xué)者利用古生物學(xué)積累的知識，為油氣勘探服務(wù)。烴源巖好不好，何種類型母質(zhì)有利于生烴？烴源巖在哪里？何種環(huán)境下有利于烴源巖發(fā)育？這些非常重要問題的解決對油氣勘探很重要。烴源巖生烴母質(zhì)生物研究有兩大關(guān)鍵問題：母質(zhì)識別與母質(zhì)生物定量都離不開古生物學(xué)的研究手段和成果。生烴母質(zhì)生物研究中最重要的是對母質(zhì)生物的識別和鑒定。古生物學(xué)家為此做了大量基礎(chǔ)研究工作。并不是所有生物可以形成化石，不是所有化石都可以稱為成烴生物，只有量大，高碳，富氫，生烴潛力高的成烴生物才吸引我們的眼球——它們才可稱為“生烴母質(zhì)生物”。有機(jī)巖石學(xué)研究的是生烴母質(zhì)生物經(jīng)過熱演化后所形成的有機(jī)顯微組分。相同的生烴母質(zhì)類型經(jīng)歷不同的埋葬條件，例如氧化還原條件不同，經(jīng)歷的熱演化條件不同，可以形成不同的有機(jī)顯微組分。

沉積物中有機(jī)質(zhì)主要來自四種生物，即浮游生物、底棲生物、高等植物和細(xì)菌，它們沉積埋藏后通過漫長的成巖、熱演化作用形成人類賴以生存的化石能源——煤、石油和天然氣，甚至一些金屬、非金屬礦藏。長期以來，通過有機(jī)巖石學(xué)和有機(jī)地球化學(xué)可以揭示有機(jī)質(zhì)在沉積巖中的賦存狀態(tài)、有機(jī)質(zhì)豐度及性質(zhì)等，基于古構(gòu)造、古地理和古氣候等古環(huán)境結(jié)合古生產(chǎn)力探討有機(jī)質(zhì)埋藏后的保存條件和富集機(jī)理。

問：搞油氣的都知道“干酪根”，你從干酪根里都看到了些什么？

答： 近年來，水生生物學(xué)家、有機(jī)地球化學(xué)家們圍繞現(xiàn)代環(huán)境和氣候變化等對現(xiàn)代有機(jī)質(zhì)的沉積作用做了大量工作并取得了豐碩成果，包括現(xiàn)代碳匯和碳循環(huán)、水體生產(chǎn)力、海洋生物學(xué)、現(xiàn)代沉積物的有機(jī)地球化學(xué)、微生物、藻類、沉積物表面和水體界面、顆粒有機(jī)質(zhì)和海雪、可溶有機(jī)質(zhì)、菌藻生物席研究等等。

海雪即有機(jī)凝聚體，是海洋有機(jī)碎屑分解過程中，通過細(xì)菌的作用而凝聚成的絮狀物，海雪中含豐富的細(xì)菌，藻類和其他生物的胞外聚合物。糞粒、微體動(dòng)物的殼體，浮游藻類殘?bào)w，如硅藻殼體，也含有其他有機(jī)碎屑被黏合在一起成雪片狀，故被叫做海雪。在海雪里細(xì)菌把可溶有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化為顆粒有機(jī)質(zhì)，功不可抹。傳統(tǒng)意義上的細(xì)菌不能利用太陽能，不是初級生產(chǎn)力。但細(xì)菌是轉(zhuǎn)換器，對于實(shí)現(xiàn)儲(chǔ)碳起積極作用。石油地質(zhì)勘探家更關(guān)心儲(chǔ)碳地層中被儲(chǔ)集的碳。海雪和糞粒是干酪根中無定形體的主要成分，除此而外，無定形體中還常見藍(lán)藻，也稱藍(lán)細(xì)菌。

干酪根中還常見各種浮游藻類，例如綠枝藻、盤星藻、黏球形藻、叢粒藻、塔斯馬尼亞藻、溝鞭藻等，它們富集時(shí)可以形成最好的烴源巖。另外，干酪根中還常見孢粉、高等植物殘片。事實(shí)上，沉積環(huán)境不同，干酪根的組成也不同。

問：我們研究生烴母質(zhì)生物的目的是什么？

答：一是評價(jià)烴源巖的質(zhì)量——富含生物母質(zhì)的巖石可以成為非常好的烴源巖；二是判斷烴源巖的形成環(huán)境。比如，海陸過渡相烴源巖---沼澤相的古生物組合特征為紅樹林類植物，細(xì)菌，陸源輸入的高等植物殘片；水上三角洲平原中沼澤相烴源巖內(nèi)主要富含孢粉，高等植物加淡水淺水藻類；泛濫平原湖相烴源巖內(nèi)以湖相淡水浮游藻和高等植物殘片為主；海相水下三角洲間灣泥巖烴源巖—即海相泥巖內(nèi)含有大量的海相浮游藻類和陸源輸入；前三角洲海相烴源巖內(nèi)則海相浮游藻類，底棲宏觀藻類等。

富含苔蘚、孢粉、叢粒藻、盤星藻、藍(lán)藻、金藻孢子、高等植物、糞球粒等化石的近海陸相湖盆烴源巖的代表有我國長慶油田延長組，勝利、大港油田沙河街組，塔里木油田上三疊-中侏羅統(tǒng)，大慶油田晚白堊世烴源巖，柴達(dá)木油田的第三系等。這些烴源巖中經(jīng)常會(huì)發(fā)現(xiàn)含顆石藻、海相硅藻、硅鞭藻、底棲紅藻、褐藻、疊層石、蟲管等為代表的海侵層位。

問：不同時(shí)代的烴源巖中，主要生烴母質(zhì)生物類型也不同嗎？

答：你說得對。生烴母質(zhì)生物具有非常鮮明的時(shí)代特征。在距今6.35—5.41億年前，也就是陡山沱組生物群，包括甕安生物群，這是一次藻類勃發(fā)的年代。特點(diǎn)是冰期后的水進(jìn)為烴源巖發(fā)育創(chuàng)造了條件。也有人認(rèn)為存在一次氧化事件，導(dǎo)致無脊椎動(dòng)物的爆發(fā)。這是所謂的寒武紀(jì)大爆發(fā)之前的勃發(fā)；早寒武世下部，塔里木盆地?zé)N源巖的主要成分是細(xì)菌和藍(lán)藻，疑源類和底棲宏觀藻類；到了奧陶志留紀(jì)，筆石是靚麗風(fēng)景線——它們成為當(dāng)前研究頁巖氣烴源巖和地層對比的主要化石；到了大約4億年前的泥盆紀(jì)，出現(xiàn)了高等植物孢子，疑源類依然繁盛，塔斯馬尼亞藻開始繁盛，底棲宏觀藻類依然發(fā)育。在石炭二疊紀(jì)-三疊紀(jì)，疑源類大衰退，底棲宏觀藻依然發(fā)育，由陸地輸入的高等植物殘?bào)w成為新常態(tài)。長慶油田的晚三疊世延長組烴源巖成為一朵奇葩；吐哈盆地煤系發(fā)育，高等植物發(fā)育。孢粉和樹脂體和樹皮體多見；侏羅紀(jì)以后的海相烴源巖研究離不開溝鞭藻，不同相帶有不同溝鞭藻組合。白堊紀(jì)開始就有了開花植物，陸地植物五彩繽紛，水中藻類中的現(xiàn)代類型，例如硅藻、顆石藻、硅鞭藻等更繁榮。白堊紀(jì)和以后的生烴母質(zhì)生物基本上為現(xiàn)代類型。

問：烴源巖中有機(jī)質(zhì)富集的機(jī)理是什么？

作者與邊教授等野外工作時(shí)合影

工作中的邊教授

答：粘土有機(jī)復(fù)合體、海雪、生物席和陸源輸入的有機(jī)質(zhì)是從源頭上影響細(xì)粒沉積物有機(jī)質(zhì)富集和優(yōu)質(zhì)烴源巖發(fā)育的四大因素。它們的各自發(fā)育又受許多因素的控制。研究這樣一個(gè)完整系統(tǒng)特征才能從時(shí)空各個(gè)方面全方位把握烴源巖發(fā)育的制約因素。在有機(jī)質(zhì)沉降和保存過程中，細(xì)菌和微型生物所起的作用十分重要并有待進(jìn)一步研究。

總體上講，顆粒有機(jī)碳含量是隨深度降低的。垂直分布上，在近岸淺海水域，由于上下水體混合均勻，水體中顆粒有機(jī)質(zhì)分布比較一致；在真光層，浮游植物通過光合作用生產(chǎn)了大量的顆粒有機(jī)碳，隨著深度的增加，其不斷地被浮游動(dòng)物攝食和微生物分解。細(xì)菌在海水、海雪、沉降顆粒中都具有很大的生物量。除去海底生物席之外，能進(jìn)入海底的有機(jī)質(zhì)主要是通過顆粒有機(jī)質(zhì)，即由生物泵完成的。浮游藻類的殘?bào)w是海洋顆粒有機(jī)質(zhì)中的重要組成部分。常見的浮游藻類有溝鞭藻、硅藻、顆石藻、藍(lán)綠藻和綠藻等。

在湖相地層中，有機(jī)巖石學(xué)中所講的層狀藻多數(shù)是指浮游藻類在勃發(fā)時(shí)沉降在湖底所形成的席狀有機(jī)沉積物，而非真正的藻席。在湖相地層中常發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳和泥質(zhì)含量成正比，這是因?yàn)檎惩恋V物可以粘附浮游藻類和溶解有機(jī)物下沉。在海相地層中，生物席的生長是不喜歡泥質(zhì)干擾的。藍(lán)細(xì)菌的顫動(dòng)會(huì)有效地排除泥質(zhì)沉降物。和泥質(zhì)相反，硅質(zhì)的存在往往會(huì)促進(jìn)生物席的發(fā)育，這在溫泉處可見大量溫泉藻類就是例證。海相烴源巖中烴源巖殘余總有機(jī)碳含量與石英含量在很多情況下具有一定程度的正相關(guān)關(guān)系，而與粘礦物含量呈一定程度負(fù)相關(guān)性。沉積物中有機(jī)質(zhì)的來源不僅可以通過古生物學(xué)研究獲得啟示，同時(shí)，能夠不同程度地通過有機(jī)地球化學(xué)研究，即對有機(jī)質(zhì)的表征而被揭示出來。這主要是由于不同生物合成的有機(jī)質(zhì)在分子構(gòu)成、碳同位素等方面存在差別，而這種差別又不同程度地被保存下來。