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矿物岩石地球化学通报 Bulletinof and ·综 述· Mineralogy，Petrology Oct． V01．23No．4。2004 生物气生成的地球化学因素分析 康 晏1’2，王万春1，任军虎1 摘 要：地层中生物气的生成是一种微生物降解有机质的生化过程，影响其生成的因素较复杂，本文阐述了影 响生物气生成基本因素：环境的氧化还原程度、温度、pH值、地层含盐度、有机质丰度、硫酸盐、硫化物和硝酸 盐的含量与孔隙空间，及其主次关系。借鉴厌氧微生物产甲烷气的最新研究，阐述和分析了影响厌氧发酵的 因素(如长链脂肪酸、微量元素与硫化物)的影响。这些因素在地层中广泛存在，在生物气生成过程中起到的 作用不容忽视，但研究程度较低；探讨这些因素有助于了解生物气的生成。 关 键词：生物气；有机质；微生物；地球化学因素 中图分类号：P618．130．1文献标识码：A 文章编号：1007～2802(2004)04—0350—05 生物气是指成岩作用早期生物化学作用带内， 有机质经微生物发酵和合成形成的甲烷气，其中常 混入一些早期低温降解形成的气体口]。最近发现烃 地表的低温既能抑制甲烷的生成，又可使甲烷在永 源岩经热解作用后，还能被微生物利用而产气；这种 久冻土带成为水合物，阻止甲烷散逸，成为良好的盖 生物成气模式被称为后生式生物气口]，如次生生物 层，从而形成生物气藏。如美国伊利诺斯州更新世 煤层气[3]。微生物生成甲烷是一种包括各种辅酶在 冰碛层中的生物气藏[8]。柴达木盆地第四纪以来一 内的生物化学作用，是有机物沉积过程中由不同生 直处于较低的气温环境，产气的低温条件抑制了甲 理类群的厌氧微生物相互作用的结果H]。目前国内 烷菌的活动，避免了沉积有机质在沉积浅埋藏阶段 对生物成气的机理研究普遍以厌氧发酵三阶段理论 的过量消耗，推迟了生物产气的高峰期[9]，因而有利 为主：第一阶段为有机单体分解为还原态有机化合 于生物气的保存。所以温度条件具有双重作用，地 物的阶段，第二阶段为还原态有机化合物降解为 表低温条件有利于有机质的保存，而一定深度的适 CO。和乙酸的阶段，第三阶段为产甲烷阶段凹]。厌 宜温度可促进微生物的新陈代谢。 氧微生物群落的活动是生物成气的先决条件。 1 影响生物气生成的因素 或高于8．0，产甲烷菌生长和甲烷的产率都会受到 (1)环境的氧化还原程度：研究表明，自然沉积 明显影响，甚至会出现甲烷菌中毒n…。绝大部分甲 环境中有几种电子受体可用于有机质的分解，电子 Strain 受体被微生物优先利用的次序是0。、NOg、SOi一 与CO。。因此，沉积初期好氧微生物起着分解有机 物的主要作用，随着沉积环境中O：逐渐被耗尽，厌 零，大多数甲烷菌因缺乏cO。作为碳源而不能生 氧微生物菌群逐渐活跃，并最终成为沉积环境中有 存，剩下的只有Methanosarcina 机物的主要分解菌，同时Eh逐步降低。其中产甲 碳源而生存Ⅲ]。在一些沉积环境中，因底层水pH 烷菌是专性厌氧微生物，生长在最强的还原环境中 值高，可在一定程度上抑制表层沉积物中甲烷菌的 (Eh一200mV)[63。 繁殖。当沉积物埋藏到一定深度时，有机质分解形 (2)温度：大量模拟试验表明，适于微生物活