人类活动时间尺度上残余油生物气化的地球化学证据

经注气和注水等二次或三次采油技术之后，油藏中仍有大量原油残留下来，油田一旦废弃，这些储量将永远失去，显然为了满足未来能源需求，利用生物技术把残余油转化成天然气应当是首选。然而，地质证据表明，已知具商业开采价值生物气的形成至少经历上万年时间，在人类活动时间尺度上油藏内残余油的生物气化能否被利用，其地质控制条件及相应地球化学证据是什么至今未见报道。本项目通过系统分析注水开发残余油藏中原油、天然气和地层水的物理、化学和同位素组成，根据原油降解代谢物、特殊生物标志物、各种离子含量、溶解有机质和溶解无机碳在注水剖面上发生的变化，结合放射性14C含量测定，寻找人类活动对油藏条件下微生物活性和生物甲烷形成的影响，为利用生物技术及采取人工措施加速残余油的生物气化提供科学依据。研发的技术还可为煤和油页岩的生物气化及二氧化碳地质储存服务。

商业性开采的重油油藏几乎都是由生物降解所致，其采收率非常低，全球平均不到20%，经二次或三次采油后，油藏中仍有大量原油残留下来，利用生物技术把这些目前看来没有经济价值的残余油转化成天然气有可能成为延长油田开采寿命的一个新路径。实验资料和现场观察表明微生物能够把油藏中残余油转化为生物甲烷，这意味着甲烷可在原地实时再生。这个体系中甲烷同位素较轻、二氧化碳同位素增重、湿气被生物降解、地层水中溶解无机碳同位素变重、与生物降解油伴生都是生物甲烷存在的确切证据。然而，许多地质条件下的生物转化速度非常缓慢，如果没有人为措施刺激，要形成商业性开采的生物甲烷在人类活动时间尺度上几乎不可能。由于不同地区的地质、化学及微生物存在巨大差异，刺激微生物活性的方式可能各不相同。项目除对原油生物降解和次生甲烷形成进行系统研究外，还研究了生物降解油热采过程中（辽河盆地）与自然条件下（四川盆地中坝气田）硫化氢成因，地球化学证据包括硫化氢、原油、硫酸盐和天然气同位素，结果表明辽河盆地大量硫化氢是热采过程中由于温度升高地层水中硫酸盐发生热化学硫酸盐还原（TSR）所致，而中坝气田中等含量的硫化氢是晚侏罗到早白垩世地层深埋时形成的，尽管与原油生物气化机理不同，人类活动（热采）时间尺度上硫化氢形成速度非常快，硫化氢的产出会引起严重环境和安全问题。