海洋微生物在石油形成过程中的作用

石油主要是碳氢化合物，是不同碳氢化合物的混合，组成石油的化学元素主要是碳（83%～87%）、氢（11%～14%），其余为硫（0.06%～0.8%）、氮（0.02%～1.7%）、氧（0.08%～1.82%）及微量金属元素（镍、钒、铁、锑等）。由碳和氢化合形成的烃类构成石油的主要组成部分，占95%～99%，烃类按其结构分为：烷烃、环烷烃、芳香烃等。微生物在石油原油形成过程中的作用具体体现在以下几个方面：

1.微生物本身形成原油

微生物由蛋白质、脂肪和碳水化合物组成，这些生物大分子都是良好的成烃母质，在自溶后会转化和释放大量的烃类，这些烃类构成原油的一小部分。微生物存在于现代沉积的各种环境中，沉积物中微生物浓度最高可达5×1011 cells/g，其含量高达干沉积物重量的1%，因此对沉积物中总有机碳（TOC）的贡献可能达到50%。相对于有氧沉积环境，缺氧沉积环境有机碳沉积速率和有机质H/C原子比可分别提高50%和80%。而缺氧沉积环境有机碳沉积速率和有机质H/C原子比的升高则与缺氧沉积环境利于有机质保存和微生物发育有关。微生物通过酶作用对细胞中的有机质进行分解来获取代谢的能量来源和物质基础，蛋白质和碳水化合物降解后提供了氨基酸和糖，供细菌利用，而类脂化合物作为不活跃降解产物则保存在藻细胞中。因此，细菌对有机母质的降解也有利于有机母质中成烃组分（类脂化合物）的保存与富集。

2.微生物催化沉积于海底的有机质转化为石油

微生物促使海洋中的有机物转化为烷烃和芳香烃。模拟研究表明：细菌能使异氧黄花藻的产气率提高35.9%～64.5%，并可提高产物中烃气 / 非烃气的比值。同时，细菌对海洋中有机质的降解作用能使烷烃的产出量显著提高，同时使正构烷烃的碳数分布范围缩小。此外，微生物能将海底沉积的有机质转化成烃。在低演化阶段，微生物对有机质的改造可以使有机质直接转化为石油烃类；沉积物样品经微生物发酵后，生烃潜力明显增强，包括饱和烃和芳烃在内的烃类含量显著增加，同时正构烷烃样品中轻组分增加。模拟实验结果表明：在藻类有机质受热降解之前，微生物的生物降解作用对藻类母质的改造广泛存在，微生物的生物催化有利于海底沉积的有机质向更有利于烃类生成的方向转化。

3.微生物对有机质的“熟化”和改造

微生物不仅可使有机质向更有利于生烃的物质转化，还可使有机质中表征成熟度的一些指标趋向于“成熟”值。经微生物发酵的未熟或低熟源岩样品，生物构型的藿烷消失，地质构型藿烷和γ蜡烷大量出现，各项异构化参数接近或达到“终点值”，反映出温度不是影响藿烷“成熟度”指标的唯一因素，微生物的参与和改造可以使未熟或低熟有机质发生“熟化”作用，形成石油烃类。由微生物直接合成或由微生物残余物热降解而来的正构烷烃无特定奇偶优势，沉积物随着埋藏深度的增加而逐渐消失的正构烷烃奇偶优势过程与微生物作用有关，它起因于与细菌有关的无特定奇偶优势的正构烷烃的不断生成，冲淡了原先在沉积中存在的奇偶优势。未熟有机质发酵后，低碳数和偶碳数正构烷烃含量的增加、类异戊二烯烃的检出及植烷优势的出现可能主要与微生物生源有关。

一些极端微生物依赖原油中脂肪烃和低碳数气态烃类生存，其活动减少了原油中烃类组分和湿气组分，增加了原油密度、硫含量、酸度和黏度。然而，在温度超过80℃的地下深处，原油中的烃和其他组分会被一些极端嗜热微生物降解而成为重油，产生大量甲烷气体，使其成为可被开采的对象。研究发现，一些极端微生物降解作用似乎也可以对油藏起到消毒作用，能够使得那些曾遭受过微生物降解的深埋油藏在上升折返到地表浅处后，不再被后来的微生物降解或改造。