薛雅倩 楊振京 寧凱 楊慶華 畢志偉

摘 要：孢粉是石油形成的原始物質，二者聯(lián)系緊密。孢粉學在油氣的勘探、開發(fā)過程中應用越來越廣泛。主要闡述了孢粉與油氣的有機成因，根據(jù)原油孢粉集合特征，判斷油源巖的孢粉時代和層位、生烴方向;根據(jù)孢粉化石的顏色，判斷生油母質的成熟度等，以期為油氣勘探與開發(fā)提供一些基礎資料。

關鍵詞：孢粉化石;油氣勘探;油源巖;生烴方向

隨著科學技術的進步，風能、太陽能和核能等新能源不斷被開發(fā)和利用，但是世界能源消費和化工原料的支柱仍然是石油和天然氣。孢粉（包括藻類、細菌）是石油形成的原始物質，由于孢子花粉的外壁堅固，在經歷了熱解作用即有機質轉化為油氣以及漫長的油氣運移過程后，仍能保持原有的結構和紋飾，所以能夠較為準確地鑒定屬種，判斷油源巖時代及其形成環(huán)境[1]。原油中，孢粉的研究始于20世紀30年代，在20世紀50年代后引起普遍關注。桑德斯最先在羅馬尼亞和墨西哥等油田的原油中分離出了藻菌類植物的孢子。之后，美國、俄羅斯、印度、澳大利亞等國的孢粉學家們，都從本國油田的原油中先后分離出了硅藻和各種藻類孢子以及高等植物的花粉，以確鑿的證據(jù)支持了石油有機起源說。我國的原油孢粉學家們也從許多油田原油中分離出大量的孢粉，如楊惠秋等[2]在1973年從遼河油田原油中分離出23屬29種孢粉，探討了油源巖的問題?，F(xiàn)在，隨著孢粉分析水平的提高，其在油氣勘探中的應用越來越廣泛。本研究將探索孢粉與油氣的有機成因，根據(jù)原油孢粉集合特征，判斷油源巖的孢粉時代和層位;根據(jù)孢粉化石的顏色，判斷生油母質的成熟度等，以期為油氣勘探與開發(fā)提供一些基礎資料。

1 ? ?孢粉與油氣的有機成因

現(xiàn)在具有一定規(guī)模的油氣田存在的首要條件是在地質歷史時期，該地有大量生物有機體（動植物和浮游生物遺體）的堆積與埋藏。這些生物遺體由于含有豐富的類脂或脂質，當它們處于無氧環(huán)境時會被細菌分解，并且在地熱、溫度和壓力以及各種物理、生物和化學因素的共同作用下，逐漸凝結成石油或揮發(fā)成天然氣。另外，眾多研究得出，植物孢子和花粉的孢粉素是由類胡蘿卜素和類胡蘿卜素酯組成的[3]，其氧化聚合物的基本化學結構是由異戊二烯組成的，而石油中恰恰存在高濃度的異戊二烯[4]，這一研究成果更有力地說明了動植物和浮游生物的遺體是石油的原料。BIRKS H J B等[5]曾指出，石油中除含有異戊二烯外，還含有高濃度的固醇類和五環(huán)三萜烯，進一步說明了地層中的類脂是由植物類酯類、固醇類和五環(huán)三萜類與氫離子互換而來的。

王開發(fā)等[6]通過對向日葵（Helianthus Annuus）、松屬（Pinus）、玉蜀黍（Zea Mays）、白皮松（Pinus Bungeana）和嵩明省沽油（Staphylea Forrestii）等現(xiàn)代孢粉進行了熱模擬實驗，結果證明孢粉可以生成石油，且生油階段主要分為早期生成石油和晚期生成石油兩個階段。早期生成石油的溫度約為300 ℃，主要通過原生質和纖維素的熱降解可以生成石油。但是在地層深層埋藏過程中，原生質和纖維素容易被氧化破壞或被細菌分解和腐蝕，所以不能直接熱解生成烴類。但是被細菌分解后的纖維素可以形成腐殖酸，然后進一步聚合形成干酪根，干酪根熱降解后仍能生成石油。晚期生成石油的溫度在400～420 ℃，是由孢粉外壁的孢粉素經過裂解生成的，所以孢粉的外壁越厚，生油量越大，現(xiàn)代孢粉熱模擬實驗的結果也進一步證明了在石油形成過程中有化石孢粉的參與。

2 ? ?孢粉學在石油地質中的應用

2.1 ?判斷油源巖時代和層位

油源巖，即石油形成的來源。孢子和花粉是植物體的重要組成部分，而石油的形成是一些動植物遺體在熱壓條件下長時間演變而來的。一些孢粉在熱變過程中可以不被破壞而在原油中保存下來，或從油源巖中被流動的油氣攜帶到儲油巖中，但是其形態(tài)結構可以保持不變[6]。由于油源巖和途經巖系中的孢粉可以隨著油氣的運移過程被帶進油藏，所以實質上，原油孢粉集合是來自油源巖、途經巖系和儲油巖中孢粉的聚焦。因此，從原油中分離出來的孢粉可以反映油源巖、途經巖系和儲油巖的地質時代和層位。

在將研究區(qū)內各個時代的地層剖面組合進行系統(tǒng)研究的基礎上，可以根據(jù)原油孢粉集合的特征判斷油氣的運移途徑，探索油源巖所處的孢粉時代和層位。在一般的層狀油藏中，原油孢粉集合中時代最新的孢子花粉指示儲油巖，時代最老的孢子花粉指示油源巖，時代在兩者之間的指示運移途徑的巖系和可能的油源巖。例如，中國科學院蘭州地質所通過對甘肅玉門油田第三紀白揚河組等地層原油中孢粉組合的研究發(fā)現(xiàn)，原油中的孢粉類型屬于早白堊世下新民堡群，如莎草蕨（Schizaea Digitata）和金毛狗（Cibotium Barometz）孢子和本內蘇鐵花粉等。同時，在志留紀變質巖儲油層的原油中，也發(fā)現(xiàn)了下新民堡群的孢粉，說明該地區(qū)各時代儲油層的石油都應來自早白堊世下新民堡群[6]。

2.2 ?判斷生烴方向

近年來，對孢粉在熱演化過程中成烴（氣）及排烴（氣）機理的認識逐步加深，認為可以根據(jù)孢粉的有機質組成判斷成烴的方向，一般分為油傾（傾向生成液態(tài)烴）或氣傾（傾向生成氣態(tài)烴）[7]。在溫度和壓力的共同作用下，有機質可以分解和生成各種氣態(tài)或液態(tài)的烴。但是由于有機質的類型不同，生成烴的產量和化學物質也并不相同，所以有機質存在不同的生烴能力和方向。一般情況下，無定形有機質如果是藻類來源，則具有很強的生油潛力和傾向。如果是由各種原始有機物質降解產生，油傾特性也不盡然。如果來源是陸生維管植物，則氣傾的可能性更高。因此，無定形類的生烴潛力并不確定，根據(jù)來源判斷可以是油傾也可以是氣傾。

2.3 ?判斷有機質成熟度

石油是由干酪根經過熱降解后形成的[8]。干酪根是指沉積物中不溶于有機溶劑的有機質，包括孢子花粉、植物角質層、木質碎片、浮游微植物、樹脂和某些底棲微生物化石。干酪根對溫度變化十分敏感，主要表現(xiàn)為顏色的變化。我國相關孢粉學者通過對現(xiàn)代孢粉的溫度實驗發(fā)現(xiàn)，孢粉顏色的變化主要是由溫度升高引發(fā)的，生油母質的成熟度可以通過孢粉的不同顏色反映出來。一般情況下，當溫度低于 ? ? ? ? 150 ℃時，孢粉外壁的顏色深度不超過棕黃色;當溫度為 ?200 ℃時，孢粉顏色呈現(xiàn)出棕黑和黑色;當溫度超過300 ℃時，孢粉形狀趨向無定形團塊，外壁內層開始暴露。此外，還有一種判別方式，當樣品中淺黃-黃色孢粉粒超過50%時，說明油氣還未形成，處于未成熟階段;當棕黃-棕色孢粉粒超過50%時，說明油氣生成，處于成熟階段;當棕黑-黑色孢粉粒大于50%時，說明油氣轉化為干氣，處于過熟階段。

3 ? ?結語

孢粉與油氣的聯(lián)系相當緊密。目前，孢粉學對于判斷油源巖時代和層位、生烴方向和有機質成熟度等方面的作用較大。尤其是隨著現(xiàn)代生物學技術的不斷提高，孢粉學在石油工業(yè)中的發(fā)展?jié)摿σ彩菬o限的。分析油氣勘探開發(fā)過程中存在的問題，許多新的領域還需要進一步開拓。總之，隨著測試手段的更新和先進設備的開發(fā)與引進，孢粉化石在石油地質中的應用具有十分廣闊的發(fā)展前景，相信在孢粉學者與石油工作者的共同努力下，石油行業(yè)的孢粉學應用將為我國的能源發(fā)展提供更多的基礎理論。

[參考文獻]

[1]劉文匯.孢粉化石在油氣地質理論與勘探開發(fā)中的價值[J].地學前緣，2017，24（2）：53.

[2]楊惠秋，江德昕.遼河油田原油中的孢子花粉及其意義[J].植物學報，1981（1）：52-57.

[3]楊振京，楊慶華.孢粉分析原理與方法[M].北京：地質出版社，2013.

[4]王開發(fā).孢粉學在石油地質研究中的應用[J].地質地球化學，1979（9）：1-10.

[5]BIRKS H J B，GORDON A D.Numerical methods in Quaternary pollen analysis[M].London：Academic Press，1985.

[6]王開發(fā)，王憲曾.孢粉學概論[M].北京：北京大學出版社，1983.

[7]吳勘，宋倩倩，陳建華.孢粉化石在石油勘探中的應用[J].石油天然氣學報，2009，31（4）：210-212.

[8]楊振京，楊慶華，王憲曾，等.神奇的孢子與花粉[M].北京：地質出版社，2014.

Application of sporopollen fossils in oil and gas exploration

Xue Yaqian1，2，3， Yang Zhenjing2，3， Ning Kai2，3， Yang Qinghua2，3， Bi Zhiwei2，3

（1. Hebei GEO University， Shijiazhuang 050031， China; 2. Institute of Hydrogeology and Environmental Geology， Chinese Academy of Geosciences Sciences， Shijiazhuang 050061， China; 3. Key Laboratory of Quaternary Chronology and

Hydroenvironmental Evolution， China Geological Survey， Shijiazhuang 050061， China）

Abstract：Sporopollen is the original substance of petroleum formation， and the two are closely related. Palynology is more and more widely used in the exploration and development of oil and gas. In order to provide some basic data for oil and gas exploration and development， the organic origin of sporopollen and oil and gas is expounded， and according to the characteristics of sporopollen assemblage of crude oil， the sporopollen age and horizon of oil source rocks， the direction of hydrocarbon generation and the color of sporopollen fossils reflect the maturity of oil-producing parent materials， etc.

Key words：sporopollen fossil; oil and gas exploration; oil source rock; hydrocarbon generation direction

基金項目：中國地質科學院水文地質環(huán)境地質研究所基本科研業(yè)務費（SK202012）

作者簡介：薛雅倩（1996— ），女，山西呂梁人，碩士;研究方向：第四紀孢粉。

通信作者：寧凱（1989— ），男，山西翼城人，助理研究員;研究方向：環(huán)境演變與現(xiàn)代過程。