○文／刘文汇 张海霞 王 杰

从三叶虫的“同僚”到珍贵的油气

○文／刘文汇 张海霞 王 杰

4亿年前的远古生物历经地球的变迁，在多种因素的助推下，变成了今天的工业油气藏。

当耸立在塔克拉玛干沙漠腹地的钻机轰鸣着钻向地下6000多米时，你是否会想到，4亿年前，也许正有一群笔石、腕足类生物在广袤的低等微生物群中自由遨游……

穿越时空，回到4亿年前，那时的地球正上演着海洋盛宴，陆地上没有任何动物。在古生代之首—寒武纪时，海水异常温暖，阳光、水分、温度适宜，更多更高等的多细胞生物“出生”了。此时，除海洋微生物外，海藻、三叶虫等硬壳无脊椎动物亦悉数登场。随后在奥陶纪三叶虫、腕足动物大规模繁殖以及在志留纪笔石、腕足类生物统治了地球。这些远古生物历经地球沧海桑田的神奇变迁后，成为今天在早古生代海相层系探寻工业油气藏的“功臣”。

谁是生成油气的“幸运儿”

近10年来，国内古生代海相层系发现了一批大中型油气田。但新一轮资源评价结果显示，该领域油气探明率仍不足10%。其中下古生界资源潜力巨大，勘探程度更低。因此，加大勘探力度、创新油气地质理论、发展勘探技术，以发现更多大油气田，对我国油气工业的可持续发展具有重要意义。

石油与天然气是地球送给人类的贵重礼物，这份珍贵的礼物来自哪里？油气地质学家认为，生油气层可以是陆相的，比如我国大庆油田、胜利油田、大港油田等。它也可以是海相的，比如中东、北美、俄罗斯等全球一半以上的大型油气田。与陆相层系相比，我国早古生代海相层系经年日久，蕴含着大量低等生物，但这些生物的生存环境与全球已发现的大油气田沉积的湖相或海相淤泥不同，他们主要生活在以形成石灰石为主的碳酸盐岩海底，这使得当时的生物群落以浮游生物为主，后期生物尸骸沉积会以另一种方式保存和演化，成为油气的源头。

4亿年前，我国早古生代海相地层蕴含与三叶虫同代的这些生物无疑是好的生油母质，但因时间久远，大部分在岩石中的生物已无法成为能生烃的物质，错过了最佳产油期。部分在岩石中埋藏的生物在历经地壳升降、水平挤压运动后，成为“幸运儿”，可以生成石油，然后就地或者运出后被再次高温、高压和流体作用而裂解成天然气，成为现今工业油气藏的来源。当然，一个当时形成的古油气藏，也会由于地壳抬升、保存条件变差而逸散。

岩石生油的那些助推器

油气的形成除了需要充足的沉积有机质，还需要能使沉积有机质转化成石油的细菌作用，持续一定时间的适当的温度、压力、催化剂等物理、化学及生物化学条件。其中，温度及其持续的时间是油气形成过程中至关重要的因素。

石油地质学家把沉积有机质能够转化成液态石油的主要温度压力范围称为“生油窗”，它的深度区间与盆地的地温梯度和含有机质岩石的年龄有关。一般而言，“生气窗”范围远大于“生油窗”，这也是气藏分布比油藏广泛的主要原因。油气的生成只出现于有限的温度和深度范围，温度过低或过高都不利于油气形成。随着上覆地层厚度增大，沉积有机质的上覆压力也会随之升高，当然，压力升高也将促进化学反应。然而，压力对油气生成的作用比较小，在某些情况下可以促进油气生成，反之，在某些条件下亦可抑制油气生成。

不过，时间本身在很低的温度下不能起作用，有机质处于低温条件下，不管经历多长时间也不能生烃。概括地说，时间可以补偿温度，但温度占据首要地位，是有机质生成油气的决定性因素。

●数亿年前的海洋生物成为今天黑色石油的来源。

在油气形成的过程中，别看细菌微小，威力却很大。特别是在有机质的成岩作用、油气生成及降解过程中对有机质的分解与性质改造起着重要作用。同时，在低温下分解有机质，还可以产生以甲烷为主的生物气。对油气生成过程而言，最有意义的要数厌氧细菌。比如说，产甲烷菌就是一种厌氧细菌，它能“吃掉”有机质，再以排气的方式把以甲烷为主的生物气排出，同时在沉积时死亡的细菌加入沉积有机质中，使得生油气的有机质变得更好。

催化剂是一种化学反应加速剂。它对油气形成发挥的作用也不小，通常认为能够起催化剂作用的是黏土矿物，它在油气生成过程中可以起到促进油气生成和裂解的作用。

对于年龄老、埋藏深的早古生代生物构成的有机质而言，细菌作用和催化作用已不是油气形成的主要因素，能否形成现代仍有工业价值的油气藏，也不是其是否达到生油窗的深度-温度问题，而是其是否远超过生油窗深度-温度的问题。当然即便超过生油窗，它们必定经历过生油过程，仍然有形成油气藏的潜力。

储存油气的“大房子”

远古时期海相层系古生物的遗骸被不断分解、混合、沉积，在一定温度和压力的作用下，由分散到集中保存在“油

气仓库”中。要形成储量丰富的油气藏，主要取决于生油层、储集层、盖层、运移、圈闭和保存六个条件。

经过漫长的地质年代，那些富含有机质的岩层逐渐被深埋，经受的温度也随着深度的加大而逐渐升高。一旦达到合适的温度，有机质就开始热分解或热裂解，生成石油和天然气，这些油气源的丰富程度从根本上控制着油气资源的规模。就4亿年前的早古生代海相层系而言，油气由分散在岩石中的有机质不断生成，它们在岩石的微小孔隙中越积越多，积聚的压力也越来越大，最终突破岩石阻力，从中“逃逸”出的油气进入到具有一定孔隙度和渗透性的碳酸盐岩层中，这就是所谓的储集层。它们是很早就埋在地下、相当于桂林山水中的溶洞和大量的裂缝，通过地下改造，它们成为油气储存的最好仓库。

油藏的形成，除了需要储集层外，还必须有圈闭。圈闭是盛装油气容器的外壳，就好像人类居住的房子，这个储存油气的“房子”必须在油气生成和运移到此处之前就“盖好”。而房子的质地必须使油气进入后能得以保存。否则，若油气通过时还没有“房子”可住，或即便有空间但四处透风，就会继续前行，寻找其他住所或者散失。因此，存储油气的圈闭需要盆地中大范围分布的在地下以塑性为特征的石膏和石盐岩层，或尽管历经地球变化升降、挤压后仍能独善其身的泥岩“大被子”，这是工业油气藏的保护神。研究表明，我国塔里木盆地、四川盆地和鄂尔多斯盆地等都存在上述4亿年沉积层系中能够形成大型油气田的条件，并为近年来的勘探所证实。

4亿年前与三叶虫同时代的生物主要以低等水生生物为主，这些古老生物“出身好”，生成油气的能力强。但问题是古老生物埋藏的地层深度大，地层压力和温度都较高，油气形成、聚集、成藏过程复杂，是我国科技创新规划“ 深空、深海、深地、深蓝”中“深地”的重要研究对象。因此，认识数亿年前生物生长环境、变化过程以及其形成油气藏的生命历程中是否有有规模的“大仓库”和良好的保存条件，成为我们寻找更多、更大油气田的追求，也是保障国家能源安全的必然。

责任编辑：赵 雪

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