摘要：中国海相烃源岩研究成果丰富，在形成环境、生排烃机制、评价技术和勘探指导等方面都取得了显著进展，上述成果不仅发展了中国海相油气勘探理论和技术方法，也提出了更多的挑战。为利于今后深入研究和有效评价海相烃源岩，从中国海相烃源岩的形成环境、生排烃机制、综合识别和动态评价技术、勘探理论等方面着重讨论了近10a来的主要研究进展，包括多元生烃和分散可溶有机质等相关概念的提出、地球化学综合判识和地球生物学评价体系等新方法及其地质应用、海相有机质富集的动力学模式和不同类型烃源的多元生烃动态演化模式的建立等，并探讨了传统生烃理论面临的挑战、叠合盆地油气勘探对成烃成藏理论的更高要求及能够解决相关问题的基本思路或技术方法。
关键词：中国；海相；优质烃源岩；形成机制；多元生烃；生物演化；地球化学；动态分析；勘探理论
21世纪以来，中国海相烃源岩研究在形成环境、生排烃机制、评价技术和勘探指导等方面取得了显著进展，提出了多元生烃、分散可溶有机质等新概念，建立了主要含油气盆地海相烃源岩的形成模式及主控因素、地球化学综合判识、地球生物学评价体系及测井识别、不同类型烃源的动态生排烃演化模式等，认识到优质烃源岩(TOC≥2.0%)对油气成藏的重要贡献、对叠合盆地油气分布的控制作用及对勘探指导意义更具内涵。这些成果不仅发展了海相油气勘探理论和技术方法，也提出了更多的挑战。为此，笔者对近10a来国内海相烃源岩的研究进展及面临的问题进行着重讨论，旨在对海相烃源岩更深入研究和有效评价起到借鉴作用。海相烃源岩研究进展
1.1 优质烃源岩的形成机制研究
近10a来，烃源岩形成机制研究成果显著，发育环境、控制因素、成烃生物和判识指标等均有新进展：①海相碳酸盐岩发育环境和构造演化对优质烃源岩的控制作用、形成条件及发育模式[1～4]；②宏观底栖藻类对生烃母质的重要作用[5]；③新的分子地化指标在烃源岩沉积环境研究中的应用[6]；④恢复烃源岩发育环境的若干无机地化指标[2、7]等，使对烃源岩评价从静态描述、单一有机地化判识逐渐向主控因素与形成模式、有机与无机、正演与反演、地质与生态学等多项指标、不同学科的多层次综合判识和动态分析发展，初步揭示了塔里木、南方中古生界优质烃源岩的形成机理和时空分布。可见，优质烃源岩的形成和分布并不是单一的以缺氧环境为主的保存模式或者以高生物产率为主的生产力模式嘲，而是不同层次、不同时期的地质环境和生物演化协同控制的结果。
1.1.1有机质富集动力学的探索性研究
优质烃源岩是量丰质优的特殊沉积物(岩)，有机质富集程度取决于有机质输入量和保存因子，前者又受控于初级生产力。初级生产力是控制太平洋沉积物有机质含量的所有因素中的首要因素[9]。而原始产率与沉积物中有机质富集程度之间并不总是存在稳定的对应关系，因为沉积物中有机碳含量是初级生产力和沉积速率的函数，20～80m/Ma的沉积速率最有利于有机质大量富集[2、4]。全新世不同沉积环境的有机碳堆积率与初级生产力和保存因子之间存在一个定量关系，但海洋沉积物中有机碳的保存因子变化大(0.001%～10%)，与沉积环境密切相关，如缺氧条件下保存因子超过2%[10]。可见，“什么样的地质环境和生态特征才是形成优质烃源岩的控制因素呢？”，这是个关键问题。为此，笔者将以“生物与环境之间的相互关系”为核心的生态学理念引入到烃源岩研究中，提出海相有机质富集的动力学模式(图1)，认为优质烃源岩形成的实质是在自然界有机碳循环过程中有机碳储存于沉积物的速率(埋藏速率)，即单位时间单位面积内有机物质的埋藏量，是一个动力学问题，尝试运用下面动力学总方程式和示意图概念性表示出有机碳埋藏速率与生物、环境之间复杂关系：
显然，要揭示优质烃源岩的形成机理，需要解决2个基本问题：有机碳埋藏速率和各种因素对其影响(即保存因子)。有机质积聚和保存过程中，可能存在一临界速率。使得系统发生物质和能量转换并形成富有机质沉积物，这个过程发生在较低的温度和压力条件下，主要受控于生物演化(如时空上初级生产力的异常增减)，以及环境转化作用(如区域上盆地性质转化、古地理变迁和气候变化等，点上为沉积速率、氧化还原状态的转变等)。
1.1.2地质环境对优质烃源岩形成的综合控制作用
长期以来，烃源岩形成机理研究一直存在“保存条件”与“生产力”间的争论[8～9]，前者强调缺氧环境对有机质保存的重要性，后者则认为有机质富集的关键是高生产力。实质上，生产力和缺氧条件共同控制烃源岩形成[1～4]。目前，国内外海相烃源岩形成机制研究已由单一盆地内古环境恢复向宏观和微观2种尺度发展。宏观上，以志留纪烃源岩为例，该套烃源岩主要发育在华南和北非、阿拉伯早志留世盆地，华南志留纪烃源岩发育受板块运动、板内活动、3大古隆起、4个转换期、沉积-生物相等5个因素的控制[3]，北非、阿拉伯盆地志留纪烃源岩形成则主要与全球气候变化引起的海平面升降有关[11]。而微观上主要表现为薄层级沉积组分分析及有机质富集机理探讨，查明沉积物中有机质赋存形式明显具有多样性，有机质与黏土矿物结合并不完全是简单的表面吸附或者靠氢键、静电作用等键合方式相互结合，而是部分有机质进入黏土矿物层间，形成了更为稳定的有机质黏土复合体[12]。
形成机制的众说纷纭显示出海相优质烃源岩发育的多样性和非均质性，也反映了这些宏观因子间的相对独立与相互关联。烃源岩形成决不是某一孤立环境的产物，而取决于综合环境因子，应从全球性构造运动、古气候变化到区域性构造单元、古地理、古洋流，最后落实到盆地内具体的环境参数来考虑，是不同时空尺度的各种环境因子间相互依赖和相互制约的耦合关系的具体体现。因此，如何解析这种耦合关系是烃源岩形成机理研究的关键。
1.1.3生物演化对优质烃源岩形成的控制作用
生物作为有机质来源。其组成、数量直接控制了烃源岩发育程度。沉积岩中有机质含量的多少与许多因素有关，但生物产率还是首要因素。在传统烃源岩研究中，主要关注正常条件下生物产量变化，而很少涉及重大生物演化事件所造成的生产力和埋藏量的突变。近年来，经古生物学研究，在华南识别出古生代3大生物灭绝和3次大型辐射事件[13]。从生态学角度可以预测寒武纪早期生物爆发和晚奥陶世生物绝灭事件中初级生产者——浮游植物的发生和灭绝必将导致各级消费者和分解者的灭绝和复苏，进而影响有机质产率及其组成。据此思路，生物演化事件与优质烃源岩发育之间必然存在一种内在联系，体现在相应层位的地球化学和生物地层学特征上。
生物的多样性及生物体内有机组成不同决定了沉积有机质组成的差异性，这是影响烃源岩质量的一个重要因素。其核心问题是成烃生物，包括藻类、细菌和高等植物等。古生代浮游藻类是广泛存在的[14]，甚至发生了一系列辐射事件[13]，是公认的主要成烃生物，如奥陶系烃源岩的重要生烃母质-粘球形藻[15]。微体浮游生物的演化史表明[13～14]：全球性烃源岩发育时代往往与浮游藻类繁盛时期相对应，从寒武纪到志留纪疑源类十分繁盛。如早寒武世是以海洋微体浮游生物为主的初级产率，相应的在中亚和我国广泛发育下寒武统烃源岩；至早志留世时初级生产力组成具多样化，除浮游生物外，还有隐孢子及其他菌藻类，这一时期国内外同样发育优质烃源岩，如北非、中东和中国南方下志留统烃源岩；从侏罗纪-新近纪是沟鞭藻、硅藻和颗石藻繁盛时代，也是全球性优质烃源岩发育时期，如中东和西西伯利亚盆地侏罗系烃源岩。这些说明海洋浮游生物演化对烃源岩发育程度及其时空分布具重要控制作用。其中，沟鞭藻是现代海洋浮游生物的重要成员之一，它的数量仅次于硅藻。确凿的沟鞭藻化石记录始于晚三叠世，但前寒武纪至泥盆纪富有机质的沉积岩中具丰富的甲藻甾类烃，与沟鞭藻有亲缘关系[16]。笔者在普光气田普光5井的上二叠统吴家坪组烃源岩(PC5-280-2)抽提物中也检测出甲藻甾烷和4a-甲基-24乙基胆甾烷，记录了沟鞭藻类的起源、演化及其对成烃贡献。正因为在晚二叠世，川东北发育了富含这些菌藻类的一套海相优质烃源岩，为普光气田提供了主要来源，与川南龙潭煤系烃源岩形成了鲜明对照[17]。底栖藻类如红藻、褐藻等近年来也备受关注，这些宏观藻类被认为一类重要成烃母质，其输入是前泥盆纪干酪根类型偏腐殖型的主要原因[5]。细菌对生烃的贡献也是公认的，但细菌作为生态系统中重要的分解者对沉积有机质也起改造作用，在成岩早期随着埋藏深度和环境变化，微生物生态系统亦发生演替并形成喜氧细菌带、硫酸盐还原菌带和甲烷菌带等生物化学环境，每一环境都以一种占优势的代谢作用为特征，不仅控制生物气生成[18]，而且分解沉积有机质而影响烃源岩质量[19]。
生物既受制于地质环境，又能改变地质环境。在生物演化过程中，虽然每次大灭绝和辐射事件的原因和过程不尽相同[13]，但生物与环境之间的相互制约和相互依存的因果关系的存在却是公认的。生物演化事件通常与地质事件相伴发生，如奥陶纪末生物灭绝与海平面上升、氧化还原环境变化和上升流密切相关[11、13]，将生物圈与地球其他圈层相互影响、相互反馈的这种关系，从理论上高度概括为“生物地质学”[20]。海相优质烃源岩与重大生物演化和地质事件在时空分布及成因上存在辩证关系，对这一关系的解析，可能为优质烃源岩形成机理研究和时空分布预测提供一个重要途径。
1.2 分散可溶有机质烃源的提出和多元生烃转化理论
中国海相层系在多期构造背景下普遍存在多种形式烃源共存且相互转化、连续或叠置生烃过程及成藏贡献的接替，呈现出“多源复合、多阶连续”[18]的油气形成演化特点，构成了中国特色的海相多元生烃机制，将其可归纳为来源的多样性、转化的接替性、过程的多期性和成因的复合性(图2)。塔里木、四川盆地都发育多套海相烃源岩形成了现今大中型油气田的主要来源。这些烃源(岩)层中，除不同类型的干酪根外，还有古油藏和源岩内外的分散可溶有机质等再生烃源，甚至可能存在有机酸盐的贡献，体现出烃源类型的多样性。接替性和多期性则表现为2个方面：①烃源岩演化初期干酪根是生烃主体，由不溶有机质向油气转化，随热演化加强，不同形式赋存的液态烃成为主要轻烃来源，由重烃向轻烃，液态烃向气态烃转化，至过成熟均趋于甲烷化和石墨化；②多期构造作用下同一套烃源层还可发生多期次的生排烃过程，尤其二次生排烃是广泛存在的一种生烃机制。针对这些复杂的生排烃演化特点，提出了有机质“接力成气”机理，指成气过程中生气母质的转换和生气时机与贡献的接替[21]；明确了分散可溶有机质是叠合盆地重要的一类气源灶，通过生烃模拟实验确定了分散可溶有机质作为气源的生烃潜力和评价标准[22]。显然，多元生烃转化过程和可溶有机质晚期成气特点将烃源岩的生气过程延续到更高的演化阶段，有利于高热演化烃源岩区油气勘探，对拓展勘探领域有重要意义。成因的复合性，一方面体现在生烃机制的多样性，如深层气藏有干酪根热降解、不同赋存状态的可溶有机质热裂解等多种成因，还可能存在有机-无机相互作用下的复合成因，特别是外源氢的加入和硫酸盐热还原反应(TSR)等都具有重要影响。研究表明，普光气田的天然气主要来自原油裂解，也有干酪根裂解和TSR生成天然气的贡献，与其邻近的清溪气藏则主要来自干酪根高温裂解气。另一方面体现在多元生烃影响因素的复杂性，认为多元生烃机制的主控因素并不限于经典油气生成理论中强调的温度 时间因素，而受温度、压力、流体和空间等多项因素的综合控制，为揭示高热演化条件下油气生成和聚集的动力学机制提供了重要依据。
1.3 海相烃源岩的综合识别和动态评价技术
针对我国海相层系高演化多套烃源的客观地质条件，多项指标的综合应用和动态分析是解决多元生烃转化和多期成藏过程示踪分析的重要途径。
1.3.1综合识别
近年国内学者从不同学科，采用多种技术手段开展了海相烃源岩的综合研究，例如，基于“地质环境与生物演化协同控制烃源岩形成”的观点，建立了采用有机与无机的综合参数结合地质实际来重塑烃源岩形成环境，进而预测烃源岩品质及分布的地球化学综合评价方法[2]；充分发挥地球生物学的特色，建立了优质烃源岩的地球生物学评价体系[23]，其核心是地球生物相的半定量评估方案，推荐出地球生物相的二维命名法。包括生境型、生物组成和生产力、古氧相以及埋藏效率等确定一个地球生物相的主要参数；烃源岩的测井识别一直是备受关注的技术，随着测井技术的迅速发展，识别烃源岩层段和有机质丰度的研究已有突破性的进展。也认识到对有机质类型及成熟度预测中可能发挥其独特的作用。这些方法的提出，从形成机理和正演角度评价深埋烃源岩提供了一个新的理论思维，拓展了烃源岩的评价技术方法，是传统的有机地球化学评价的重要补充。
1.3.2动态分析
对于烃源岩的动态评价而言，有机质丰度下限值、热演化史及生烃产率都是关键参数。碳酸盐烃源岩有机碳含量下限值，经过前几年的热烈讨论认识上趋于统一，认识到工业性烃源岩不必很厚，但总有机碳含量(TOC)应大于等于0.4%～0.5%[24]。近年来，基于大量的生排烃实验研究，建立了海相烃源岩及再生烃源的多元生烃动态演化模式[25]，发现不同类型古油藏及分散可溶有机质的再生烃气能力有差异，其与岩性、赋存形式、物性及演化程度等密切相关，并证实了可溶有机质再生烃过程是干酪根生烃的延续，当其达到高过成熟时，是轻烃的主要来源。
有机质热史能否有效恢复关系到烃源(岩)的成烃成藏过程及潜力分析的有效性，是动态分析的关键环节，但各种古温标的地质应用一直存在缺陷。如何将记录不同温度的古温标有效组合，综合反演复杂的温度史，是日前复原盆地热史一个可行途径，如选出镜质体/沥青反射率、伊利石结晶度、包裹体均一温度和(U-Th)/He年龄等古温标，以及H/C原子比、生烃活化能等辅助指标，建立了烃源岩热史恢复指标体系，开展了川东北地区热史恢复、剥蚀量计算和普光气田成藏过程分析，取得了良好效果[26]。
1.4 海相烃源岩的勘探理论
一个国家油气工业的储量主要取决于探明的大中型油气田的多少，而优质烃源岩的存在与否则是一个盆地能否形成大中型油气田的物质基础。早在20世纪50—60年代，我国学者就提出了“陆相生油”理论、“源控论”和“选凹定带”的勘探方法，发现了大庆、胜利等一批大中型油田，证实了陆相地层能够形成大油田。步入21世纪以来，海相油气勘探也取得重大突破，塔河油田、靖边气田和普光气田等相继发现都证实了该领域的巨大潜力。毋庸置疑，这些油气田的形成密切受优质烃源岩的发育及分布控制。在塔里木，寒武系 奥陶系的优质烃源岩是塔河、塔中等大中型油气田的主要来源[24，27～28]。下寒武统、下志留统和二叠系的优质烃源岩为四川盆地众多天然气田的形成提供了雄厚的物质基础[3，29]。
国外富油气的区域分布同样受制于优质烃源岩的时空展布。在伏尔加-乌拉尔油区，罗马什金、阿尔兰等大油田都产在TOC≥2.0%的上泥盆统烃源岩范围内，西西伯利亚盆地巨大石油储量的80%来自侏罗系的Bazhenov组烃源岩(TOC为7%～11%，厚度介于20～25m)[30]；下志留统底部富有机质“热”页岩(TOC达17%，厚度小于等于25m)是北非古生界烃类的80%～90%的来源[11]。显然，富油气区的大油气田主要来自几米至数十米厚的异常富有机质优质烃源岩贡献。全球中、古生界海相烃源岩构成了全球80%以上油气储量，其中油气富集区主力烃源岩多以这种富有机质层段出现，厚度一般小于30m[31]。基于烃源岩的控制作用，国外学者提出了以“源”为核心的含油气系统[32]，其在预测含油气区带和油气藏分布等方面显示出良好效果，现已成为国外一项重要的勘探方法。从强调“烃源岩的关键作用——决定一个地区有没有油气的根本前提”而言，此勘探理论较其早10a提出的“源控论”并无本质上的区别。这一切皆表明优质烃源岩研究对富含油气盆地的重要性，优质烃源岩层及其“生烃灶”控制着大中型油气田的形成与分布，又是各国非常规油气的主要勘探目标。这也同样表明，源控论或含油气系统并不存在“海相与陆相”之分和“适与不适”之争，关键是否与地质实际相符。与国内外中新生代盆地不同，我国中占生界海相层系在多期构造和高过成熟等地质背景下普遍存在烃源岩形成环境的多样性、沉积(沉降)与生烃中心的差异性、成烃转化的多元性和成藏改造的多期性之特点，这就要求在源控论或含油气系统的区域勘探思路上赋予更多的内涵和特色，得以更加完善和升华，达到各成藏条件的综合、动态分析效果，如油气成藏体系一划等跳出传统含油气系统的局限，更适合于中国海相油气地质的特殊性，对油气地质理论的完善和勘探指导更具现实意义。
2 海相烃源岩研究面临的挑战和展望
烃源问题是海相烃源岩研究的核心问题。于酪根晚期成烃理论是常规油气生成演化规律的核心，以此衍生的油气潜力评价方法成为近代油气勘探的主要指导思想和准则，也取得了重要成效。长期以来，我国海相油气勘探中，烃源岩评价、油气源对比及资源评价等主要集中在“岩”上，均以干酪根为主的生烃理论基础上，致使：①发育多套烃源岩仍不能确定其有效性；②找到了大油气田还不清楚其主要来源；③资源潜力有较大不确定性和认识上的分歧等，这给干酪根晚期生烃理论提出了挑战。
近年来的研究揭示南方、塔里木盆地的多元生烃转化过程，认识到干酪根晚期成烃理论模式忽略了可溶有机质对油气田形成的贡献，已证实再生烃源是中国高演化海相层系油气富集成藏的重要来源之一，无论分散型还是聚集型都可成为油气成藏的主要来源，如普光气田有原油裂解气的重要贡献是基本共识。
对传统理论更多的质疑主要来自国内外深层油气田(藏)的发现，尤其是塔里木盆地塔深1井深入地底8000m左右处仍存在液态烃，传统理论对类似深层油气的埋藏深度和烃类相态分布无法合理解释，包括生烃演化过程及其影响因素、生烃死亡线等关键问题。显然，深层油气的形成与分布较中浅层更加复杂，所涉及参数并不“主要是有机质的性质和温度对时间的关系”，还受深层流体压力、相态和空间因素的影响。目前，对深层多元生烃机制及其示踪技术仍处于探索阶段，对再生烃烃源的生排烃过程、运聚机理和天然气富集规律等尚不清楚，跳出传统的源岩及其干酪根研究向多元生烃转化和动态示踪转变是海相烃源(岩)研究的一项重要任务，也是勘探所需的必然发展趋势。
有关烃源岩评价方面，同样需要突破常规研究思路和评价方法，加强优质烃源岩形成机理和动态、综合分析研究。海相优质烃源岩形成机理研究虽已取得一些进展，但仍处在探索阶段，还存在发育层位时代不清，沉积环境不清，母质不清和控制因素层次不清等众多科学问题。烃源岩动态分析技术中，热史恢复技术还存在不确定性，有些古温标如(U-Th)/He、自由基浓度和声发射的技术开发和应用研究等刚刚起步，再生烃源的多元生烃动态演化模式尚需勘探实践的检验，高过成熟和碳酸盐岩烃源岩的测井识别技术的理论假设有待完善。
因此，从不同的时空尺度上，从动力学背景、地质环境与生物演化的耦合关系以及有机质富集动力学分析，深入研究海相优质烃源岩的形成机理，提出发育模式，并借助于当前先进的质谱、激光和电子显微等分子级或微区原位分析技术，深化优质烃源(岩)层中有机质类型及其赋存状态、矿物组成和沉积微观结构等研究，探索具有特殊生源、环境意义的生物标记物，既有助于追溯生烃母质的来源和演化，又对进一步揭示海相烃源岩质量的控制因素和形成机理可能是一个重要突破口，也对非常规油气藏的勘探研究提供更丰富的地球化学信息。通过某一套烃源(岩)的不同地区同一时期或同一地区不同时期热史、生烃成藏史的有效恢复及多元生烃动态演化模式的合理应用，进而按照活动论的观点从形成机理、多元生烃转化到多期聚集成藏进行动态、综合评价，这对我国海相层系中预测烃源岩的有效性、资源潜力及丰富成烃成藏理论等方面将产生重要影响。
3 结束语
综上所述，通过“十五”、“十一五”的攻关研究和勘探实践，中国海相烃源岩的理论研究、评价技术均取得了长足的发展，认识到地质环境和生物演化对海相优质烃源岩形成的协同控制作用，揭示了中国古生界海相碳酸盐岩层系在多期构造背景下的多元生烃转化及其多期成藏作用机理，发展并完善了高过成熟海相烃源岩的有效识别和动态评价技术。这些成果的取得是中国特色海相碳酸盐岩生烃成藏理论的重要补充和勘探技术的进步。
然而，中国烃源岩研究仍面临着众多挑战：找到了大油气田但其主力烃源岩尚不清楚、深层油气生成及其保存机制尚无揭示、资源潜力预测仍存在不确定性等，未来的发展必需借助于国家能源需求和由油价高位波动等带来的长期持续的油气勘探高投入和稳定发展，把握生烃成藏的核心问题和勘探开发实际需求，切实需要将成烃与成盆、成藏作为一个含油气系统来动态研究烃源岩问题。
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(本文作者：腾格尔 中国石化石油勘探开发研究院无锡石油地质研究所)
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