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

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如何助
—— 訪南京大學地球科學與工程學院邊立曾教授

本刊特約記者 王大銳

石油生成有著無機與有機之說。經(jīng)過石油地質(zhì)學家和古生物學家們不懈的努力，生成石油的原始母質(zhì)的面紗終于逐漸被揭開了，它們主要由遠古時期的微體生物構(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邊立曾教授，由于我倆是古生物學的同行，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：古生物學者利用古生物學積累的知識，為油氣勘探服務。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。古生物學家為此做了大量基礎研究工作。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”。有機巖石學研究的是生烴母質(zhì)生物經(jīng)過熱演化后所形成的有機顯微組分。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顯微組分。

沉積物中有機質(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，通過有機巖石學和有機地球化學可以揭示有機質(zhì)在沉積巖中的賦存狀態(tài)、有機質(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)力探討有機質(zhì)埋藏后的保存條件和富集機理。

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，水生生物學家、有機地球化學家們圍繞現(xiàn)代環(huán)境和氣候變化等對現(xiàn)代有機質(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、現(xiàn)代沉積物的有機地球化學、微生物、藻類、沉積物表面和水體界面、顆粒有機質(zhì)和海雪、可溶有機質(zhì)、菌藻生物席研究等等。

海雪即有機凝聚體，是海洋有機碎屑分解過程中，通過細菌的作用而凝聚成的絮狀物，海雪中含豐富的細菌，藻類和其他生物的胞外聚合物。糞粒、微體動物的殼體，浮游藻類殘體，如硅藻殼體，也含有其他有機碎屑被黏合在一起成雪片狀，故被叫做海雪。在海雪里細菌把可溶有機質(zhì)轉(zhuǎn)化為顆粒有機質(zhì)，功不可抹。傳統(tǒng)意義上的細菌不能利用太陽能，不是初級生產(chǎn)力。但細菌是轉(zhuǎn)換器，對于實現(xiàn)儲碳起積極作用。石油地質(zhì)勘探家更關(guān)心儲碳地層中被儲集的碳。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藻，也稱藍細菌。

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，柴達木油田的第三系等。這些烴源巖中經(jīng)常會發(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。特點是冰期后的水進為烴源巖發(fā)育創(chuàng)造了條件。也有人認為存在一次氧化事件，導致無脊椎動物的爆發(fā)。這是所謂的寒武紀大爆發(fā)之前的勃發(fā)；早寒武世下部，塔里木盆地烴源巖的主要成分是細菌和藍藻，疑源類和底棲宏觀藻類；到了奧陶志留紀，筆石是靚麗風景線——它們成為當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，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-三疊紀，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體成為新常態(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：烴源巖中有機質(zhì)富集的機理是什么？

作者與邊教授等野外工作時合影

工作中的邊教授

答：粘土有機復合體、海雪、生物席和陸源輸入的有機質(zhì)是從源頭上影響細粒沉積物有機質(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。研究這樣一個完整系統(tǒng)特征才能從時空各個方面全方位把握烴源巖發(fā)育的制約因素。在有機質(zhì)沉降和保存過程中，細菌和微型生物所起的作用十分重要并有待進一步研究。

總體上講，顆粒有機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)了大量的顆粒有機碳，隨著深度的增加，其不斷地被浮游動物攝食和微生物分解。細菌在海水、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，能進入海底的有機質(zhì)主要是通過顆粒有機質(zhì)，即由生物泵完成的。浮游藻類的殘體是海洋顆粒有機質(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、藍綠藻和綠藻等。

在湖相地層中，有機巖石學中所講的層狀藻多數(shù)是指浮游藻類在勃發(fā)時沉降在湖底所形成的席狀有機沉積物，而非真正的藻席。在湖相地層中常發(fā)現(xiàn)有機碳和泥質(zhì)含量成正比，這是因為粘土礦物可以粘附浮游藻類和溶解有機物下沉。在海相地層中，生物席的生長是不喜歡泥質(zhì)干擾的。藍細菌的顫動會有效地排除泥質(zhì)沉降物。和泥質(zhì)相反，硅質(zhì)的存在往往會促進生物席的發(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相關(guān)性。沉積物中有機質(zhì)的來源不僅可以通過古生物學研究獲得啟示，同時，能夠不同程度地通過有機地球化學研究，即對有機質(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。