Question

富氢显微组分剖析

Answer 1

一、“壳质组+腐泥组”的意义

在形态显微组分中，壳质组和腐泥组两类显微组分是公认的利于生烃的显微组分，其数量和质量对低熟油气的生成有着重要的影响。在江汉盆地低熟烃源岩中，“壳质组+腐泥组”在数量上构成了主要的显微组分。“壳质组+腐泥组”含量(不计矿物沥青基质)占全岩体积的0～7.9%(表2-5)，平均为1.2%，主频分布范围为0.4%～1.6%；含矿物沥青基质在内的“壳质组+腐泥组”含量占全岩体积的 4.1%～85.4%，平均为41.9%，主频分布范围为15%～70%(图2-8)。就其数量而言，江汉盆地低熟烃源岩的“壳质组+腐泥组”含量低于东部古近系低熟烃源岩。

表2-5 江汉盆地低熟烃源岩富氢显微组分含量与组成

续表

注：ES—“壳质组+腐泥组”含量(不包含矿物沥青基质)；ESS₃—“壳质组+腐泥组”含量(包含矿物沥青基质)；Ea—孢子体等壳质组分含量；Eb—壳屑体含量；Sa—藻类体等腐泥组含量。

图2-8 江汉盆地烃源岩“壳质组+腐泥组”含量分布直方图

(a)“壳质组+腐泥组”含量ES(不包含矿物沥青基质)；(b)“壳质组+腐泥组”含量ESS₃(包含矿物沥青基质)

进一步分析表明，江汉盆地低熟烃源岩中“壳质组+腐泥组”含量在层位和区域上也存在一定的差异。从层位上说，“壳质组+腐泥组”含量以潜三段烃源岩最高，为1.5%，其次为潜二段和潜一段，分别为1.3%和1.1%；潜四段和新沟嘴组烃源岩“壳质组+腐泥组”含量最低，仅占全岩体积的0.9%。从区域上说，同层位不同钻孔中烃源岩“壳质组+腐泥组”含量对比表明(图2-9)，在潜江组各层段均以王4-2²井和明钾1井烃源岩“壳质组+腐泥组”含量最高。

研究表明：江汉盆地烃源岩的有机碳和生油潜量明显受到“壳质组+腐泥组”含量的影响，随这部分富氢显微组分含量的增加，烃源岩的有机碳含量和成烃潜力也在增加，两者之间呈明显的正相关性(图2-10)，揭示了烃源岩的“壳质组+腐泥组”含量决定了烃源岩的质量。

图2-9 江汉盆地各层段不同钻孔烃源岩“壳质组+腐泥组”含量对比

1—明钾1井；2—王4-2²井；3—广27井；4—广33井；5—代5-11²井；6—王盐3井；7—周12-3井；8—潭31井；9—潭32井；10—洪3-2井；11—沔7井

图2-10 江汉盆地烃源岩有机碳(TOC)、生油潜量(Pg)与

“壳质组+腐泥组”(E+S)含量的关系

二、藻类体是烃源岩中主要的生烃组分

江汉盆地烃源岩壳质组和腐泥组显微组分(不包含矿物沥青基质)中，以藻类体为主要的显微组分，孢子体和壳屑体为常见组分，角质体等富氢组分为次要组分。因此，藻类体、孢子体和壳屑体构成了江汉盆地烃源岩“壳质组+腐泥组”的主体。如图2-11 所示，约有 80% 的样品落入了藻类体占50%～100%、孢子体占0～50%、其他富氢组分(主要是壳屑体)占0～50%的区域内，另约有15%的样品落入了藻类体占30%～50%、孢子体占10%～50%、其他富氢组分占20%～60%的区域内。

江汉盆地烃源岩“壳质组+腐泥组”中富含藻类体显微组分可以从表2-6 中进一步得到证实。各层段烃源岩“壳质组+腐泥组”含量中均以藻类体显微组分占优势(含量一般大于50%)。事实上，壳屑体乃是“形态”壳质组和腐泥组显微组分(如藻类体、孢子体、树脂体、角质体等)机械破碎和经生物化学降解的产物。江汉盆地烃源岩中角质体、树脂体等其他富氢显微组分含量一般较少(表2-6)，不足以形成数量较多的壳屑体。从数量和成因的角度来考虑，江汉盆地烃源岩中的壳屑体绝大多数来源于藻类体。显微镜下也屡屡见到壳屑体与藻类体共生的情形，因此，藻类体是江汉盆地烃源岩中重要的生烃组分。

图2-11 江汉盆地烃源岩“壳质组+腐泥组”组成三角图

表2-6 江汉盆地各层段烃源岩“壳质组+腐泥组”内组成

江汉盆地盐湖相烃源岩中藻类体的高含量，深刻影响了烃源岩的成烃潜力和成烃特点，由图2-12可见，可溶有机物的产率和生烃潜力依赖于藻类体的含量。换言之，藻类体的含量决定了盐湖相烃源岩的质量，是主要的成烃贡献者。

图2-12 江汉盆地烃源岩中藻类体含量与常规地化参数的关系

三、矿物沥青基质的成烃意义

按照传统的显微组分定义，矿物沥青基质不属于有形态的显微组分之列，其中隐含的有机质相当于岩石溶矿处理后所得到的干酪根组分中的无定形物质。这些隐含的有机质在未经溶矿之前，细分散地存在于矿物基质中，反光下不易识别，荧光下成为发荧光的矿物沥青基质。然而，在湖相烃源岩中，矿物沥青基质是数量最多的显微组分，对它的成烃评价，各家褒贬不一，因而也是一直困扰有机岩石学界的难题之一。

矿物沥青基质是依靠荧光显微镜才能识别的，但其中隐含的有机质的“质”和“量”无法直接检测，因而影响了对矿物沥青基质的深入认识。已有的研究表明：矿物沥青基质中细分散的有机质至少有4种来源：①沉积有机质中原生的细分散物质；②沉积-早期成岩作用阶段由于机械破碎或生物降解造成的细分散状同生有机质；③沉积早期-成岩阶段细菌微生物降解作用残留的代谢产物；④成岩作用过程中被矿物吸附和结合的次生有机质——烃类浸染物。

1.江汉盆地烃源岩矿物沥青基质中隐含着大量的有机质

江汉盆地烃源岩中，广泛分布着矿物沥青基质，其含量可占全岩体积的5.6%～82.4%，平均为40.7%。从层位而言，矿物沥青基质含量以潜二段和潜一段烃源岩中最高，分别为47.7%和39.8%。

通过对王4-2²井烃源岩抽提前后的显微组分定量统计表明(抽提试剂为CHCl₃：CH₃OH的混合溶液)，隐含于矿物沥青基质中的亚显微级的有机质仍属原生的富氢组分。这是因为，抽提前后，无论是TMC含量，还是矿物沥青基质S₃含量均无明显的变化(图2-13)，若矿物沥青基质中含有大量的次生有机质，被矿物所吸附，那么，抽提前后，两次定量结果之间必定存在一定的差异。事实上，矿物沥青基质对烃源岩的有机碳、可溶有机物产率、生烃潜力均有深刻的影响(图2-14)，从而表明矿物沥青基质对烃源岩中有机质数量的重要性。

图2-13 王4-2²井烃源岩抽提前后烃源岩显微组分含量对比

(a)显微组分含量TMC；(b)矿物沥青基质含量S₃

江汉盆地烃源岩中矿物沥青基质中隐含的有机质的数量可以从下面的论述中得到进一步证实。理论上讲，烃源岩有机碳含量(TOC)与显微组分含量之间的关系遵从下列公式：TOC=0.5×TMC×n，式中：n为显微组分的碳含量；由于显微组分中含有50%的不可分离的无机矿物，所以必须将显微组分含量值换算成“纯”的有机质。需要指出的是显微组分的碳含量是随成熟度变化而变化的参数，在低成熟阶段，显微组分碳含量为70%，过成熟阶段，显微组分碳含量为90%以上。对江汉盆地低熟烃源岩而言，显微组分碳含量可取70%；据此可以换算出江汉盆地各层段烃源岩中有机碳的平均值，通过与实测的有机碳含量相对比，可以发现换算有机碳只占实测有机碳19%～45%(表2-7)，换句话说，盐湖环境烃源岩中的形态显微组分只占总有机质含量的19%～45%，一半以上的有机质是隐含于矿物沥青基质中的。矿物沥青基质的重要性由此可见一斑。

图2-14 江汉盆地烃源岩中矿物沥青基质含量与有机质丰度参数的关系

表2-7 江汉盆地各层段烃源岩有机质含量

2.隐含于矿物沥青基质中的细菌、微藻等微生物的贡献不容忽视

国外对现代盐湖水体环境生物的研究指出，盐湖水体环境特别适合于某些种属的细菌、微藻生存。如嗜盐古细菌往往需要12%～15%的盐度、温度为40～50℃的环境中才能得以生存，其中的非耐碱嗜盐菌最佳的生存盐度范围为3～4mol/L NaCl，一部分种属能在5mol/L NaCl溶液中生长；耐碱嗜盐菌在4mol/L NaCl溶液、碱性条件(pH值为7.7～9.3)中生长最佳；嗜盐甲烷菌均则在1～4mol/L NaCl，35～37℃的水体中生长最佳。

有利于光合细菌在盐湖环境中的因素有3个：①透光带的底栖微生物席垫发育；②卤水带来的氧含量比海水少；③密度分异导致透光带捕获了浅层的、厌氧的卤水。其中的绿细菌可以在40%盐度的MgSO₄湖水中生长(Anderson，1958)；紫硫细菌的适应盐度为海水盐度，其中一些种属的细菌可耐受22%的盐度(Inhoff等，1978)；紫非硫细菌需要在5%～20%盐度、中性pH值的环境中生存，而它的最佳适应盐度范围为6%～8%。

蓝绿藻是分布时代最广、适应盐度最宽(盐度范围为9%～33%以上)的生物。如Solar湖中的嗜盐蓝绿藻(Dactylococcopsis salina)在5%～20%的盐度范围、温度达45℃以上均能得以生存，而其最佳盐度范围为7.5%～15%，在3%的盐度仅能生存但不能生长(Walsby等，1983；Van Rijin 和 Cohen，1983)。随着盐度的增高，蓝绿藻的种属减少，在盐度为9%～13.5%的范围，常见11个种属的蓝绿藻；而在盐度为25%～33%范围内，仅能见到2个种属的蓝绿藻(Erilich和Dor，1985)。

微藻类生物同样也可以在盐湖环境中生长发育。如大多数纤状绿藻在盐度不超过6.5%的环境中生活的少数种属可耐受13%～20%的盐度；硅藻也可耐受5%～33%的盐度，同细菌一样，随着盐度的增高，所适应的种属也在减少。

细菌、微藻对盐湖环境有机物有着很大的贡献。在内华达州，紫硫细菌(Thiocapsa)为Soda湖提供了原始生物量的25%(Priscu等，1982)；在盐度大于10%的环境中，蓝绿藻占据了总生物量的10%以上，在盐度更高的环境中，蓝绿藻成为单一的生物种属(Walsby等，1983)。细菌等微生物同样对湖沼环境有机物也有着很大的影响。Casagrande(1971)对佛罗里达州泥炭中氨基酸的研究指出，微生物至少提供了泥炭中有机质的10%以上。

细菌等微生物所含的大量脂肪酸、醇、醚等化合物是不容忽视的。如古细菌类脂物是与含有C₂₀、C₂₅或C₄₀的类异物二烯醇相连的丙三醇二醚，高盐细菌还产生一些C₅₀的类胡萝卜素、C₃₀角鲨烯、C₂₀二醚类异戊二烯；而甲烷生成菌产生C₁₄～C₃₀类异戊二烯，高盐嗜碱古细菌含有不对称的类异戊二烯醚；紫硫细菌所含的脂肪酸以C_18：1，C_16：0酸为主，还含有少量的 C_16：1，C_18：0酸；而蓝绿藻所含的脂肪酸以 C_16：0，C_18：1为主(Colclasure等，1974)。这些生物类脂物在适宜的条件下，对低熟油的生成有着不可低估的贡献。

在古、新近纪的煤中，人们可屡屡见到细菌活动的痕迹，菌类体这一术语就是用来描述所有强反射的真菌遗体，如菌丝、菌丝体、密丝组织等，而菌类体这一显微组分在泥岩中绝少见到。透射光下用来描述干酪根组分中的菌解无定形体就是描述细菌改造的有机质(肖贤明，1994)，在反射光下，这部分有机质是以矿物沥青基质这种形式存在的。遗憾的是，鉴于目前反射光光学显微镜的分辨率，我们无法在镜下看到泥质烃源岩中细菌的痕迹。但不能借此，我们就否认细菌等微生物的贡献，本着将今论古的观点，地质历史上的盐湖环境也存在数量众多的适应盐水环境的细菌、微藻等微生物。事实上，烃源岩中存在着细菌微藻产生所遗留的生物类脂物就是最好的证明。

Largeau等(1990)等运用透射电镜对前寒武纪—中新世的40个低成熟Ⅰ、Ⅱ型干酪根进行了研究，结果表明：在常规显微镜下显示均质和无定形的干酪根，其中有22个样品中发现了超微纹层，有些样品几乎全由超微纹层所组成，他将这些超微纹层解释为藻类抗分解的外壁，而缺乏超微纹层的前寒武纪干酪根则与蓝绿藻有关，从而解释了Ⅰ、Ⅱ型干酪根中无定形体与低等生源之间的内在成因联系。江汉盆地烃源岩中屡屡可见的矿物沥青基质同样与细菌、微藻等微生物之间存在着千丝万缕的联系。