胡鑫;田震;朱颖;王文婧
【摘 要】在前人研究的基础上,归纳总结了微生物碳酸盐岩的成因、分类以及微生物碳酸盐岩与油气的关系.分析认为:微生物碳酸盐岩形成主要包括碎屑颗粒的捕获与粘结和微生物在其新陈代谢过程中导致碳酸盐矿物沉淀两个过程;微生物碳酸盐岩主要分为叠层石、凝块石、树枝石和均一石,叠层石和凝块石是最常见的类型,叠层石主要分布在潮间带—浅潮下带,凝块石主要形成于水体动荡的滩间海—浅潮下带;微生物碳酸盐岩建造物性较好,常与有机质沉积层伴生,可作为烃源岩,其生源构成主要是细菌和低等的菌藻类. 【期刊名称】《天然气技术与经济》
【年(卷),期】2017(011)004
【总页数】4页(P1-4)
【关键词】微生物碳酸盐岩;叠层石;凝块石;树枝石;均一石
【作 者】胡鑫;田震;朱颖;王文婧
【作者单位】成都理工大学能源学院,四川 成都 610059;"油气藏地质及开发工程"国家重点实验室·成都理工大学,四川 成都 610059;成都理工大学能源学院,四川 成都 610059;"油气藏地质及开发工程"国家重点实验室·成都理工大学,四川 成都 610059;成都理工大学能源学院,四川 成都 610059;"油气藏地质及开发工程"国家重点实验室·成都理工大学,四川 成都 610059;中国石油西南油气田公司四川长宁天然气开发有限责任公司,四川 成都 610051
【正文语种】中 文
微生物碳酸盐岩作为一种新的储集岩类型，受到越来越多石油地质学家的关注［1-2］。全球油气勘探表明，微生物岩分布时代广，在中新元古代到中生代的地层中都发现了以微生物岩作为储集岩的油气田［3-4］。例如阿曼盐盆的上震旦—下寒的Ara、哈萨克斯坦Tengiz油田的下石炭统韦宪阶—谢尔普霍夫阶、美国Little Cedar Creek油田的上侏罗统Smackover组、巴西Pre-Salt油田的下白垩统、俄罗斯东西伯利亚油气田的中新元古界至下寒、中国四川盆地高石梯—磨溪气田和威远气田的上震旦统灯影组以及渤海湾盆地任丘油田的中元古界雾迷山组等［1-4］。
尽管关于微生物岩的研究已经有很长的历史，但目前仍然存在一些争议，如微生物岩的成因、分类、命名等［5-6］。笔者结合国内外的研究成果，综述了前人关于微生物碳酸盐岩的成因、分类等，并从微生物碳酸盐岩的储集特征与生烃能力两个方面探讨了其与油气的关系。
微生物岩是指与微生物或微生物活动有关而形成的一类岩石的统称［7］。Burne and Moore在1987年首次提出了微生物岩这一名词，指由底栖微生物落通过捕获或粘结碳酸盐颗粒或由微生物活动引起碳酸盐沉淀而形成的沉积岩［7-8］。自从微生物岩这一概念被提出以来，许多学者对其成因进行了大量的研究，Riding认为微生物岩的形成主要包括3个过程［8］21：①微生物捕获碎屑颗粒；②生物组织的钙化；③碳酸盐矿物在沉积表面沉淀。Rolf J.Warthmann和Gilbert Camoin等通过微生物席培育研究发现，微生物碳酸盐岩沉淀存在着两种不同的机制［9］：①通过蓝细菌捕获和结合碳酸盐碎屑颗粒，随后通过硫酸盐还原细菌活性固化；②通过硫酸盐还原细菌活性使碳酸盐矿物（高镁方解石和白云石）原位沉淀。
1.1 自养型微生物引起的碳酸盐的沉淀
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非手术研究发现，一些自养型微生物（如蓝细菌）在其新陈代谢过程中，一方面通过光合作用消耗水体中的CO2和HCO3-，使水体中的pH值增加，有利于Ca2+、Mg2+等离子沉淀；另一方面通过光合作用促使这些微生物释放更多的胞外聚合物（EPS）并使其化学性质发生改变，进而促进CaCO3的沉淀［10］。此外，底栖的丝状蓝细菌在其生命过程中会捕获粘结一些颗粒对微生物岩的形成也产生重要作用［11］。
1.2 异养微生物的碳酸盐沉淀巴黎气候协定
与微生物岩形成有关的异养微生物主要为硫酸盐还原细菌和铁细菌。这些微生物参与碳酸盐沉淀主要通过以下化学反应［9，12］：
在缺氧的海洋环境中，硫酸盐还原细菌和铁细菌分别通过化学反应式（1）和式（2）将水体中的有机碳转变为无机碳，生成的无机碳与海水中的Ca2+结合形成CaCO3。
由于分类标准不统一导致目前关于微生物岩的分类还存在一定争议，而前人划分微生物岩类型主要依据微生物岩的组分、结构和构造特征［3］808。根据微生物碳酸盐岩的组成将其分为两类［1］67：一类主要是由骨骼钙藻组成；另一类主要是由隐藻生物和隐藻碎屑
组成。Kennard和James基于微生物碳酸盐岩的结构特征，以凝块、纹层和均质为3个端元，建立了微生物碳酸盐岩三端元划分方案［13］。方少仙等根据古微生物（蓝细菌）生态系统将微生物岩划分为叠层石生态系微生物岩和非叠层石生态系微生物岩，其中前者主要包括叠层石、层纹石和核形石［14］。Riding按照微生物岩的宏观构造将微生物碳酸盐岩分为叠层石、凝块石、树枝石和均一石［15］。Riding的分类标准与Shapiro的分类标准基本一致［16］，而且梅冥相后来关于微生物岩的分类也是在Riding的基础上，将核形石和层纹石也归到了微生物碳酸盐岩中［17］。因此笔者主要采用Riding的分类标准，讨论这4类微生物碳酸盐岩的特征（表1据韩作振［16］31等、李朋威［1］68等）。
2.1 叠层石长春理工大学学报
叠层石在地质历史中出现较早，在34亿年以前新太古界的地层中就有分布并一直延续至今［3］809。从20世纪末到21世纪初，不同学者对叠层石的生长进行了大量的研究与实验，实验表明叠层石泥晶纹层是由微生物对硫酸盐还原形成的［1］69。现代海洋叠层石的研究认为，叠层石明暗相间的纹层主要是蓝细菌沉积作用与间歇成岩作用不断交替形成的（图1a、1b［4］133）［3］809。在不同水深条件下均可发育叠层石，主要分布在潮间带—浅潮下带［18］。但叠层石生长最有利的环境是温度和盐度偏高的浅水环境［19］。
叠层石形态多样，主要有柱状、层状、锥状和穹状［10，20］。其形态与水动力强弱有着密切的联系［1］70。一般潮下带主要发育锥状叠层石和孤立柱状叠层石，潮间带主要发育丘状叠层石和分支柱状叠层石，层状叠层石和层穹状叠层石主要分布于潮上带［3］810。
edx2.2 凝块石
凝块石（图1c、1d［4，21］）作为重要的一类微生物碳酸盐岩，广泛分布于新元古代末至古生代早期［1］70。关于凝块石的成因，目前主要存在3种观点［3］811：①叠层石经生物扰动后形成凝块石；②通过微生物（硫细菌）降解有机物形成凝块组构；③凝块石的凝块组构是由微生物落差异形成的。而Aitken通过对凝块石的研究认为凝块石可能是由微生物活动或钙化作用形成的［22］。
凝块石主要发育在相对较深的水体中，如水体动荡的滩间海—浅潮下带，有时与层锥状叠层石伴生［23］。凝块石的宏观特征主要为大型生物丘状、生物层状以及礁体块状等［3，23］。其分布规律与水深有着明显的相关性，内缓坡边缘主要发育凝块石建造，而水体较深的外缓坡边缘主要发育硅质海绵—凝块石复合礁丘。
2.3 树枝石
目前专门针对树枝石（图1e［4］133）的研究相对较少，认为树枝石的树枝状构造主要是由表附菌的树枝状生长体构成［3］808。其主要发育在寒武纪—早奥陶世和晚泥盆世的地层中［1，11］。王兆鹏通过研究我国山东莱芜九龙山寒武系树枝石，认为低能的潮下带是其生长的有利环境［24］。树枝石常见的形态有丘状和层状［1］68。
2.4 均一石
均一石（图1f［21］33）最早是由Braga等提出来，在地层中很少发育，主要分布在晚中新世的地层中［1，5］。均一石中观结构上常表现为均一构造，呈隐晶质或泥晶质［25］。宏观结构特征通常为丘状，主要生长在低能的浅水环境［16］32。
3.1 微生物碳酸盐岩储集特征
近年来世界各国相继在微生物碳酸盐岩储层中取得了较大的勘探成果，表明微生物碳酸盐岩作为新的储集岩类型，具有较大的资源潜力［3-4］。微生物碳酸盐岩形成的一些微生物碳酸盐建造，如叠层石礁丘、核形石—鲕粒滩等往往具有较好的物性，可以作为优质储层
［26-27］。
刘树根［4］140等通过对四川盆地灯影组与雷口坡组微生物岩的研究表明，微生物碳酸盐岩的储集空间主要为晶间溶孔、微生物体腔孔、格架孔和溶蚀裂缝等。储层类型为低孔低渗型储层，平均孔隙度不到5%，渗透率分布范围较大，最小不到0.1 mD，最大可达89.08 mD，集中分布在0.005 2～0.4 mD。
3.2 微生物碳酸盐岩的生烃能力
与微生物岩形成有关的微生物在油气的生成过程中也发挥着重要的作用。一方面微生物大量生长的水域往往富营养化，在这种环境沉积的地层往往富含大量有机质，能形成好的烃源岩；另一方面部分蓝细菌和藻类死亡后被埋藏能够直接参与石油的形成［25］1 043。因此，微生物碳酸盐建造往往具有自生自储的特点，勘探远景良好［28］。
张廷山等通过研究我国四川盆地北缘寒武纪和志留纪凝块石的生物标志化合物发现，其生物标志化合物具有如下特征［27］244：①正构烷烃为低碳数（nC15～nC20）主峰；②五环三萜烷以C30藿烷为主；③甾类化合物分布表现为C29甾烷优势。综合这些特征及生物
杨善林 院士
的演化规律，不难发现凝块石作为烃源岩时，有机质的生源构成主要是细菌和低等的菌藻类。
1）微生物碳酸盐岩形成主要包括两个过程：①微生物捕获碎屑颗粒；②碳酸盐矿物在沉积表面沉淀。其中一些自养型微生物（如蓝细菌）主要通过光合作用使水体的pH值升高和增加EPS含量，并改变其性质来促进碳酸盐矿物的沉淀。异养微生物（如硫酸盐还原细菌和铁细菌）能将水体中的有机碳转变为无机碳，生成的无机碳与海水中的Ca2+结合形成CaCO3。
2）叠层石主要生长在潮间带—浅潮下带，主要形态为柱状、层状、锥状和穹状；凝块石主要发育在水体动荡的浅潮下带和滩间海，宏观特征主要为大型生物丘状、生物层状以及礁体块状等；树枝石主要生长在低能的潮下带，常见形态为丘状和层状；均一石主要发育在低能的浅潮下带，常为丘状。
3）微生物碳酸盐岩储层为低孔低渗型储层，叠层石礁丘、核形石—鲕粒滩等往往具有较好的物性，储集空间主要为晶间溶孔、微生物体腔孔、格架孔和溶蚀裂缝等。微生物碳酸盐岩常与有机质沉积层伴生，可作为烃源岩，其生源构成主要是细菌和低等的菌藻类。
【相关文献】
［1］李朋威，金廷福，王果谦，等.微生物碳酸盐岩及其油气勘探意义［J］.地质科技情报，2013，32（3）：66-74.
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