微生物碳酸盐岩研究现状及进展

郝　雁， 张哨楠， 张德民

(1.油气藏地质及开发工程国家重点实验室(西南石油大学),成都 610500；2.中国石化集团 国际石油勘探开发有限公司,北京 100029；3.中国石化 石油勘探开发研究院,北京 100083)

微生物碳酸盐岩是国内外学术界研究的热点领域之一，以微生物碳酸盐岩为载体，国内外学者将研究领域聚焦于微生物与环境相互作用、地质历史时期生物大灭绝及复苏事件、地球早期生命、天体生物学等一系列重大科学问题。另一方面，油气勘探实践发现，微生物碳酸盐岩蕴藏丰富的油气资源，已经在巴西桑托斯盆地、坎波斯盆地、西非拉宽扎盆地、下刚果盆地、美国尤因他盆地、阿曼盐盆、俄罗斯东西伯利亚地区、中国四川盆地、塔里木盆地、鄂尔多斯盆地、渤海湾盆地等地区发现多个大型-特大型微生物碳酸盐岩油气田[1-2]。微生物碳酸盐岩相关问题成为国内外学术会议的专题或重要议题，如2012年6月美国石油地质学家协会(AAPG)在美国召开“微生物碳酸盐岩表征”专题研讨会；2013年6月伦敦地质学会召开“微生物碳酸盐岩的时空分布：对全球油气勘探与生产的启示”专题会议[3]；微生物碳酸盐岩成为2013年AAPG Headberg年会主题、2014年世界沉积学大会重要议题、2015年巴西石油年会重要专题；2015年和2017年中国沉积学大会重要专题；2017年美国AAPG年会重要专题；且在《Sedimentary Geology》(2012)、《AAPG Bulletin》(2013)、伦敦地质学会(2015)等国际地学期刊陆续出版系列专辑，使微生物碳酸盐岩储层成为全球关注热点之一。

自20世纪90年代以来，国内外学者对微生物碳酸盐岩研究历史及其发展趋势[4]、微生物碳酸盐岩分类及形成过程[5-6]、凝块石形成机制[7]、微生物席内碳酸盐岩沉淀过程[8]、微生物碳酸盐沉积及其研究意义[9]、微生物碳酸盐岩储层类型、表征及其油气勘探前景意义[1,3,10-11]等方面做了诸多有益的探索。但由于近年来微生物碳酸盐岩研究进展迅速，同时为了满足国内塔里木盆地下寒武统、四川盆地前寒武纪微生物碳酸盐岩勘探开发的需求，本文在梳理国内外文献的基础上，从微生物碳酸盐岩储层地质学角度出发，总结该领域研究进展，以期为国内微生物碳酸盐岩学术研究和生产实践提供参考和借鉴。

1　相关概念及识别标志

1.1　微生物岩和微生物碳酸盐岩

尽管微生物岩和微生物碳酸盐岩相关研究起步较早，受限于认识程度，早期研究中一般将微生物碳酸盐岩称为“藻碳酸盐岩”，所以微生物岩和微生物碳酸盐岩等相关正式术语出现较晚。1987年，R.V.Burne等首次提出微生物岩的概念，即“微生物岩是底栖微生物群落捕获和黏结碎屑沉积物、化学沉淀物所形成的原地有机沉积[12]”。此后学术界基本沿用这一概念。至于微生物碳酸盐岩，业治铮等早在1965年将以生物-生物化学作用为主而形成的原地堆积定义为微生物碳酸盐岩(原文称为“藻碳酸盐岩”)[13]。微生物碳酸盐岩正式术语见于1991年，R.Riding将微生物碳酸盐岩定义为底栖微生物群落(颗石藻和有孔虫软泥除外)形成的碳酸盐岩沉积物[14]，此后有学者认为微生物碳酸盐岩是微生物岩的简称[15]。最近，R.Riding将微生物碳酸盐岩的概念修改为“微生物碳酸盐岩是由微生物生长与新陈代谢、细胞表面物质、胞外聚合物(EPS)与矿物沉淀、颗粒捕获相互作用所形成”[16]。文献梳理发现微生物岩与微生物碳酸盐岩的主要区别在于[16-17]：从物质成分而言，微生物岩成分除碳酸盐岩外，还包括碎屑岩、化学沉淀矿物等；从生长方式而言，微生物碳酸盐岩除原地固着生长(如叠层石、凝块石等)外，还包括异地搬运而来的碳酸盐岩颗粒，如鲕粒、核形石等。结合近年来鲕粒等颗粒碳酸盐岩内微生物证据的发现，本文较认可R.Riding[16]和Chen等[17]的观点。

1.2　碳酸盐岩矿物形成作用

在微生物碳酸盐岩研究中，生物诱导矿化等术语较为常见，为下文叙述方便，有必要论述其定义和相关特征。早在1981年，H.A.Lowenstam总结了当时的31种有机矿物，并提出有机基质调剂矿化和生物诱导矿化2种矿物形成过程[18]。此后有学者增加了无机沉淀矿化[19]，将各类碳酸盐岩矿物形成的定义、机理、代表类型等概述如下[18-20]。

有机基质调制矿化(organic matrix-mediated)：此后更改为生物控制矿化(biotically controlled precipitates)，是指矿物在生物格架或生物铸模孔内生长、沉淀[18]。生物体控制了矿物的沉淀位置、开始至结束的过程、矿物类型、矿物组成以及结晶学特征(如晶轴方位等)，以各类生屑碳酸盐岩为代表，在生屑颗粒表面可见大量有机沉淀矿物(图1-A)[18,20]。根据生物类型，又可分为光能自养型生物控制矿化和异养型生物控制矿化两大类。

图1　生物控制矿化和生物诱导矿化实例Fig.1　Examples of biotically controlled precipitation and biotically induced precipitatation(照片来源于文献[18])(A)生物控制矿化，双壳类表面无定型有机矿物沉淀;(B)生物诱导矿化，针状文石晶体杂乱分布于Galaxaura obtusata细胞间

生物诱导矿化(biotically induced precipitates)：生物仅仅诱发了沉淀，如光合作用造成介质CO2浓度降低，碳酸盐过饱和沉淀；但在整个沉淀过程中生物影响较小，其特点是以细胞外或细胞间的矿物沉淀为特征(图1-B)，产物与无机沉淀产物较类似。

无机沉淀矿化：主要为化学沉淀，生物沉淀作用可以忽略不计。

1.3　微生物碳酸盐岩识别标志

微生物碳酸盐岩的识别是对其研究的基础，本文在梳理相关文章的基础上，借鉴R.S.Shapiro[21]对微生物岩结构构造划分方案，尝试从宏观和微观两个尺度并结合地球化学特征识别微生物碳酸盐岩。

宏观尺度：本文所指宏观尺度是指毫米以上，包括R.S.Shapiro[21]微生物碳酸盐岩分类中的巨型结构、大型结构、中型结构，不需借助特殊的设备即可完成。具体包括米级以上丘型结构、厘米级柱状结构、穹窿状结构、丘状结构、波状结构、凝块状结构、树状结构等。其中米级以上丘型结构除微生物礁丘外，还可见生物礁，可从分布层位和造/附礁生物方面区别微生物丘和生物礁。由于后生生物的牧食压力降低、环境适宜等因素，造成微生物碳酸盐岩主要繁盛于前寒武纪以及二叠/三叠纪等全球生物灭绝事件之后[17,22]，所以上述地层内的巨型丘状结构，微生物丘可能性较大。另一方面，微生物丘和生物礁在造/附礁生物方面区别明显，生物礁内常见大型后生生物，如珊瑚、海绵等造礁生物以及腕足类、双壳类等附礁生物；微生物丘内大型后生生物较少，偶见双壳类等广盐度生物。

微观尺度：本文所指微观尺度是毫米及其以下，对应于R.S.Shapiro[21]微生物碳酸盐岩分类中微型结构，需借助显微镜和扫描电镜等设备。国内外学术界微观尺度识别微生物碳酸盐岩通用做法是通过识别钙化的微生物结构，采用与现代微生物化石形态学对比的方法，确定微生物碳酸盐岩[23-28]。而这种方法的前提是在微生物演化中，其形态变化较小或没有变化[29]。可喜的是，形态学、细胞分裂模式、生态学和死亡降解序列的对比研究表明，前寒武纪和现代细菌是相同的[30]，这就为微观形态学识别奠定了理论基础。由于蓝细菌是微生物碳酸盐岩的主要研究对象[1]，所以对蓝细菌细胞形态学的识别至关重要。已有研究表明，蓝细菌包括单个细胞和丝状体(filaments)两大类，其中蓝细菌单细胞多为球状(图2-A)、椭球状(图2-B)、杆状(图2-C)，以单颗粒或集合体的形式出现；丝状体是多个蓝细菌细胞组成的集合体，形态差异较大(图2-D、E、F)[31]。此外，在微生物碳酸盐岩研究中，众多学者将胞外聚合物也常作为标志之一。胞外聚合物是微生物生长过程中向周围水体中释放的一种多糖物质，依据结构可分为胶鞘(sheath)、束囊(capsule)和黏液(slime)[32]。扫描电镜下胞外聚合物多呈肺泡状结构(图2-G、H)， 高倍扫描电镜下可见黏液具有毛发状结构(图2-I)。

图2　微生物碳酸盐岩的微观识别标志Fig.2　Microscopic identification indicators of microbial carbonates(A)等大微米级球体，为细菌细胞分裂的产物，白垩系，巴西,据文献[28];(B)球状体、椭球体分布于胞外聚合物基质内，新近系，巴哈马,据文献[33];(C)杆状蓝细菌分布于胞外聚合物基质内，新近系，巴哈马,据文献[33];(D)丝状体，显微镜下形态不规则，寒武系，美国,据文献[34];(E)丝状体呈似杆状，白垩系，巴西,据文献[27];(F)丝状体具有螺旋状结构，白垩系，巴西,据文献[28];(G)钙化的胞外聚合物形成蜂窝状结构，白垩系，巴西,据文献[28];(H)胞外聚合物，白垩系， 巴西,据文献[35];(I)钙化的黏液， 胞外聚合物的一种类型， 新近系，开曼群岛,据文献[25]

微生物碳酸盐岩地球化学判别主要依据碳氧稳定同位素、稀土元素等资料，王红梅等[32]曾做过较系统总结，主要结论如下：微生物成因海相碳酸盐岩(主要指微生物灰岩)碳氧稳定同位素负异常明显，碳同位素负异常数值可达10‰；稀土元素总量较高，且具有重稀土元素富集、轻稀土元素亏损的特点。最近对海相鲕粒暗色纹层(微生物成因)地球化学分析发现，除上述微生物判别标志外，还发现鲕粒暗色纹层稀土元素Y正异常，Zn、Ba等营养元素富集等特点[36]。

2　微生物碳酸盐岩沉积学

2.1　岩石类型

随着认识的深入和分析测试技术的提高，微生物碳酸盐岩类型从早期经典的叠层石、凝块石、树枝石、均一石[5]，逐步扩展到球状微生物岩/spherulite、层纹岩[27,37]。近年来，有学者在鲕粒/巨鲕内也发现了大量微生物活动的岩石学和地球化学证据[38-41]。下文将重点论述与储层关系密切的各类微生物岩的特征及其沉积环境。

叠层石：这一术语最早由Kalkowsky(1908)创造并引入地质文献，指成因不明的一种叠层构造[13]，其研究历史最长，同时争议也最大。分类命名方面，越来越多的叠层石学家倡导生物学上的双名法，并将全球叠层石分为约330个属(或称群)，1 000多个种(或称形)[42]。但沉积学家则更倾向于成因成分、形态学分类方案，按照成因和成分的不同，将叠层石分为骨架叠层石(skeletal)、黏结叠层石、细粒叠层石、石灰华叠层石、陆生叠层石等[5]；按照形态学特征，将叠层石分为棒状叠层石、圆柱状叠层石、穹窿状叠层石等[43]，树状叠层石(图3-A、B)、灌木状叠层石[37](图3-C)等，其中按照形态学的划分方案更广为沉积学家所接受。沉积环境方面，研究发现叠层石形态学特征受沉积环境和微生物类群双重制约，其宏观形态主要受控于沉积环境，但柱体分叉、层理和微构造等微观特征主要受控于微生物类群[42]。沉积学家则简化为层状-波状叠层石主要分布于低能潮间带上部，柱状叠层石则主要分布于高能的潮间带下部及潮下带上部。

图3　典型微生物碳酸盐岩岩石类型Fig.3　Photographs showing typical types of microbial carbonates(A)树状叠层石，上元古宇，巴西，据文献[37];(B)树状叠层石，白垩系，巴西，据文献[37];(C)灌木状叠层石，白垩系，巴西，据文献[37];(D)凝块石，白垩系，巴西，据文献[37];(E)凝块石，下寒武统，摩洛哥，据文献[4];(F)凝块石，奥陶系，中国，据文献[2];(G)球状微生物岩，白垩系，巴西，据文献[37];(H)球状微生物岩，白垩系，巴西，据文献[37];(I)球状微生物岩，白垩系，巴西，据文献[37];(J)簇状层纹岩，埃迪卡拉系-寒武系，阿曼，据文献[53];(K)波状层纹岩，埃迪卡拉系-寒武系，阿曼，据文献[53]

凝块石：Aitken[44]将加拿大南部落基山寒武系-奥陶系具有宏观凝块组构且缺少纹层结构的岩石定义为凝块石(图3-D、E、F)。按照微生物生长形态特征，将凝块石分为树状凝块石、网状凝块石和层状凝块石[45]。关于凝块的成因，学术界尚未达成共识，主要有以下几种观点：微生物凝块是微生物生长速率和甲烷生成速率较高时，碳酸盐岩快速沉淀形成的一种无序组构[46]；微生物凝块是由叠层石大范围胶结、结晶改造、生物扰动所形成的一种次生组构[47]；微生物凝块是强烈生物潜穴的结果[48]；微生物凝块是蓝细菌捕获和黏结作用、自身钙化作用、碳酸盐岩的原地沉淀和后期成岩作用综合作用的结果[49]。沉积环境方面，一般认为凝块石主要沉积于潮下带。另有学者根据岩石组构、伴生矿物、沉积构造等特征，推断树状凝块石主要发育于潮下高能带，对应的沉积速率较高；网状凝块石主要发育于潮下中能带，对应的沉积速率稍高；层状凝块石主要发育于中低能潮下-较深水潮间带，对应的沉积速率低[50]。

球状微生物岩(spherulite)：球状颗粒圆度高、分选性好，直径多为1～2 mm，由核心和外壳组成(图3-G、H)，且正交偏光下外壳具有明显的放射状结构(图3-I)。矿物学分析表明，球状颗粒主要由方解石组成，其质量分数可达80%[27]。球状微生物之间多为灰泥，亮晶胶结物较为少见，并可见硅镁石黏土如镁皂石等矿物。沉积环境方面，未见球状微生物岩水体深度的研究报道，但一般认为球状微生物岩是以微生物凝胶的形式沉积于湖底的沉积物-水界面处[51]。

需要说明的是，尽管本文将球状微生物岩列为微生物岩的一种，但是有学者发现巴西盐下部分地区球状微生物岩与硅镁石共生，据此推测球状微生物岩是碱性湖盆内富镁流体无机沉淀的产物[52]。

层纹岩：层纹岩一般由毫米-厘米级、不同起伏幅度的明暗相间纹层组成，其明亮层和暗色层分别代表碳酸盐岩和底栖/浮游有机质的堆积[53]。对层纹岩的分类一般基于纹层形态及其起伏幅度等，分为瘤状层纹岩、簇状层纹岩(暗色纹层形成簇状或帐篷状外形)(图3-J)、波状层纹岩[54](图3-K)；韵律层层纹岩、结核状层纹岩、平板状层纹岩、包壳状层纹岩[28]等多种类型。一般而言，有机和无机过程均可形成薄层、层面平行的碳酸盐岩(层纹岩)。早期研究认为层纹岩是一种无机化学沉淀产物，其内部颗粒来源于浅水碳酸盐岩的再沉积作用或浊流的搬运作用[54]。此后有学者提出层纹岩可能是一种黏结岩[37]。最近有学者研究了层纹岩的超微结构，发现了大量原地钙化椭球菌、丝状体、胞外聚合物、纳米-微米级有机矿物等微生物相关标志，表明层纹岩是一种生物诱导矿化作用所形成的微生物碳酸盐岩[28,35]。沉积环境方面，传统观点认为，层纹岩是浅水潮缘沉积环境的证据[44,55]。然而，近年来研究发现不同类型层纹岩沉积环境有别，瘤状层纹岩主要形成于浅水潮下带、簇状层纹岩主要形成于潮间带，而部分缓波状层纹岩(尤其对前寒武纪地层而言)可能形成于浪基面之下的中缓坡-外缓坡环境[53]，其主要证据包括前寒武纪波状层纹岩大范围成层分布，不存在泥裂等浅水构造，缺乏底栖光合自养型细菌所形成的叠层构造。对于其缓波状构造成因尚存在分歧，可能由深水化能自养型细菌所形成[53,56]，或者是由于深水区光能自养型细菌侧向生长所形成[57]。总之将缓波状/平板状层纹岩归为深水岩相的结论较一致。此外，国内也有学者研究发现，平板状层纹岩形成于深水低能环境[58]。

鲕粒：鲕粒是指具有核心和同心层结构的球状颗粒，粒径一般≤2 mm[42]；粒径>2 mm的一般习惯称为豆粒，也有学者称为“巨鲕”。国内学者一般根据结构和形态等特征将鲕粒分为正常鲕、表皮鲕、放射鲕、复鲕等类型。鲕粒的成因一般有生物成因和无机成因两种学说。鲕粒无机成因将不再赘述，本文将重点概述近年来鲕粒微生物成因相关成果。超微结构研究方面，以R.L.Folk等[25]研究成果为代表，其将巴哈马台地的现代鲕粒置于500℃高温下烘烤30 min，发现鲕粒因有机质含量的不同而呈现不同程度的暗色，并在鲕粒圈层内发现纳米细菌/微生物球，由此提出纳米微生物形成鲕粒的观点；细菌培养方面，以U.Brehm[59]研究成果为代表，其在实验室条件下培养出来球状微生物群落，并提出了球状微生物群落-微型生物球-鲕粒的鲕粒微生物成因观点；地球化学方面，以M.R.Diaz等[40]研究成果为代表，其通过对巴哈马台地现代鲕粒不同成分碳氧稳定同位素、硫同位素、氮同位素分析，提出微生物群落活动对鲕粒圈层内方解石、胶结物形式方解石以及泥晶化产物内的方解石沉淀作用均具有重要影响。近年来，中国学者通过对湖北利川三叠系大冶组复合鲕和偏心鲕的结构和形态学分析，发现了鲕粒内的“再生”特征和“自我修复”能力等典型“生命活力”现象[39]；在重庆石柱地区下寒武统巨鲕最外圈层和内部暗色纹层内发现蓝细菌等微生物化石[41]等研究成果均支持鲕粒微生物成因的观点。

2.2　沉积环境和沉积相

尽管微生物碳酸盐岩是近年来的研究热点，但标准微生物碳酸盐岩相模式尚未建立。梳理不同地区微生物碳酸盐岩沉积学研究成果发现，国内外学者在如下方面取得较大进展。

认识到微生物碳酸盐岩是极端环境的产物。文献调研发现，地质历史时期微生物碳酸盐岩主要分布于前寒武纪、生物灭绝事件之后；现代微生物碳酸盐岩主要分布于高盐度、强动荡等极端环境，如澳大利亚鲨鱼湾(高盐度环境)、巴哈马(强动荡环境)[17]。极端环境淘汰了牧食型后生动物[60]，也控制了微生物生长速度、沉积结构以及微生物碳酸盐岩碳氧稳定同位素、痕量元素等地球化学特征[61]。

微生物礁丘生长发育及其内部结构：微生物礁丘是油气勘探的重点目标，近年来的研究逐步认识到微生物礁丘普遍发育在正断层下盘、浅滩化地区等古地貌高点处，其生长发育与水体深度、盐度、营养状况、波浪能量、光照情况、基底类型等因素关系密切[62-63]，其生长发育的结束多与风暴作用、碎屑注入等灾变性事件导致的水体浑浊关系密切[64-65]。微生物礁丘内部结构借鉴海相碳酸盐岩生物礁、颗粒滩术语，国内学者识别了台缘微生物礁内礁基、礁核、礁盖，台内微生物丘内丘基、丘核、丘盖，并建立了台缘微生物礁、台内微生物丘、台内丘滩复合体沉积模式[66-68]。

针对不同地区微生物碳酸盐岩，建立了微相组合，明确了多种类型的微生物碳酸盐岩垂向上构成了米级向上变浅的沉积旋回。叠层石一般位于沉积旋回的中上部，构成平滑状层纹岩-微齿状层纹岩-柱状叠层石的沉积微相组合模式[27]。研究了不同相带微生物礁的差异性，微生物层和小型微生物礁(<1 m)主要分布于内陆棚；大型微生物礁(10～14 m)主要分布于外陆棚[69]。

3　微生物碳酸盐岩储层

3.1　微生物碳酸盐岩储集空间类型

微生物碳酸盐岩储集空间类型多样，为体现与非微生物碳酸盐岩区别与联系，本文将微生物碳酸盐岩储集空间分为常规储集空间类型和微生物碳酸盐岩特有储集空间两大类。其中微生物碳酸盐岩常规储集空间类型划分方案参考P.W.Choquette等[70]碳酸盐岩储集空间划分标准；微生物碳酸盐岩特有储集空间类型将主要介绍几种特殊的储集空间。

3.1.1微生物碳酸盐岩常规储集空间类型

根据P.W.Choquette等[70]碳酸盐岩储集空间划分标准，将微生物碳酸盐岩常规储集空间划分为组构选择性储集空间和非组构选择性储集空间。其中组构选择性储集空间包括格架孔(主要发育于叠层石“亮晶壳”或“富屑纹层”内或者树状叠层石格架间，是微生物碳酸盐岩最主要的储集空间类型之一，图4-A、F)、粒间孔(主要发育于凝块石、鲕粒、核形石等颗粒微生物岩内，图4-B、D)、粒内孔(主要发育于核形石、凝块石等颗粒灰岩内，图4-C)、生物体腔孔(主要发育于与微生物碳酸盐岩伴生的广盐度生物体内，如腹足类、双壳类等)。非组构选择性储集空间主要包括溶蚀孔洞(主要与不同级别暴露情况下易溶碳酸盐矿物的溶解有关，图4-E、F、G)和裂缝(后期构造运动所形成)两大类。总体而言，微生物碳酸盐岩常规储集空间在各类微生物碳酸盐中广泛发育，储集性能好，体现了其与常规碳酸盐岩的相似性。

图4　微生物碳酸盐岩常规储集空间类型Fig.4　Types of conventional reservoir space of the microbial carbonates(A)叠层石内格架孔，选择叠层石内亮层发育，二叠系，英国,据文献[71];(B)凝块石内粒间孔和部分粒内孔，二叠系，英国,据文献[71];(C)鲕模孔和生物体腔孔，二叠系，英国,据文献[71];(D)鲕模孔和部分生物体腔孔，始新统，美国，据文献[57];(E)含鲕粒灰岩内虫孔和溶蚀孔洞，始新统，美国，据文献[57];(F)现代叠层石内格架孔和溶蚀孔洞， 新近系， 巴西,据文献[72];(G)叠层石格架孔被灰泥部分或全部充填，部分叠层石可见溶蚀孔洞，白垩系，巴西,据文献[72]

3.1.2微生物碳酸盐岩特有储集空间类型

作为微生物参与或调剂下形成的一类特殊碳酸盐岩，微生物碳酸盐岩储集空间在形成机理、发育分布等方面存在其特殊性。文献调研发现，微生物碳酸盐岩特有储集空间主要包括微观孔和巨观孔洞[73]。

微观孔：孔径一般为微米级，广泛存在于树枝石(shrub)、核形石、球状微生物岩、层纹岩等各类微生物碳酸盐岩内[73]。在准同生期/成岩早期，微生物群体表面被方解石或文石覆盖后，改变了微生物生长发育的局部微环境，导致微生物死亡、腐烂形成微观孔(图5-A、B、C)。微观孔具有形成时间早、形成快的特点，已有实验表明，实验条件下4天即可形成微观孔[74]。由于其微生物属性，微观孔分布具有继承微生物聚集、分布的特征，所以多呈条带状或团块状分布，但连通性一般较差。

巨观孔洞(megapores)：孔径一般为毫米及其以上级别，按照孔隙形态、形成机理等，可分为两大类：第一类为水平展布的窗状孔(图5-D)，主要分布于席状微生物碳酸盐岩下部，由重力分异、雨水等外力打碎原微生物碳酸盐岩所形成；第二类为泡沫状孔隙，为石灰华微生物碳酸盐岩所特有。孔径一般为2～3 mm，高2～4 cm，纵向上呈粗细不一的管状(图5-E)，平面上呈层分布(图5-F)，主要由于微生物席内气泡上涌所形成。

3.2　微生物碳酸盐岩储层主控因素

一般而言，碳酸盐岩储层主控因素一般包括沉积、成岩、构造等方面。国内外学者在对微生物碳酸盐岩研究中，借鉴了海相碳酸盐岩研究思路，并逐步认识到微生物结构在这类储层形成中的重要作用。

微生物组构是储层的基础性控制因素，主要体现在微生物结构控制了储层孔隙空间类型和孔隙结构[75]、选择性溶蚀作用以及储层展布特征[66-77]。其中微生物结构对储层孔隙空间的控制作用主要体现在：塔里木盆地研究实例发现，叠层石白云岩孔隙类型以明亮层内的窗格孔为主，而微生物颗粒(如核形石、鲕粒等)和微生物席(如层纹岩等)结构控制了非叠层石类白云岩溶蚀孔隙的发育分布[75]。微生物结构对孔渗关系的控制作用主要体现在：巴西桑托斯盆地研究发现，层纹岩、小型树状叠层石、中型树状叠层石、大型树状叠层石4种微生物碳酸盐岩孔渗关系和孔喉分布特征差异明显，大型树状叠层石以大孔隙、粗喉道为特征，是渗透率的首要控制因素[76]。微生物组构控制选择性溶蚀作用以及储层展布特征主要体现在：塔里木盆地微生物碳酸盐岩内溶蚀孔隙具有选择凝块石发育的特征，进而控制了储层的发育分布[66,77-78]。

图5　微生物碳酸盐岩特有储集空间类型Fig.5　Types of typical reservoir space of microbial carbonates(A)树枝石内微孔;(B)树枝石内微孔;(C)球状微生物岩内微孔;(D)鲕模孔;(E)含鲕粒灰岩内虫孔和溶蚀孔洞;(F)现代叠层石内格架孔和溶蚀孔洞。照片均来源于文献[73]， 样品取自意大利新近系

沉积作用对微生物碳酸盐岩的控制作用主要体现在：沉积作用控制微生物碳酸盐岩相带展布、微生物结构类型以及原生孔隙的发育分布[67]，其根本原因是蓝细菌和表附菌等造岩微生物均具有向光性[1,79]，其构成的叠层石和凝块石一般分布于沉积序列的中上部-顶部，形成向上变浅的沉积旋回。一方面在透光带可容纳空间较大时，光照和养分充足，微生物垂向生长速率大于横向生长速率，形成柱状、半球状结构；反之，在较深水区，微生物侧向生长为主，通过扩大其比表面积的方式获得足够的光照和养分，形成层纹岩[57]。另一方面，当高频海平面下降时，旋回中上部的(树状)叠层石和凝块石更易于暴露，形成优质储层。

由于微生物碳酸盐岩与常规海相碳酸盐岩矿物成分相同，所以其成岩作用研究思路与常规海相碳酸盐岩类似。不同地区成岩作用研究发现，对微生物碳酸盐岩而言，建设性成岩作用包括白云化作用、岩溶作用、埋藏溶蚀作用等；破坏性成岩作用包括：胶结作用、硅化作用、过白云化作用等[1,75,80-81]。

构造作用对微生物碳酸盐岩储层的影响与常规海相碳酸盐岩储层基本相同，在此不再赘述。

4　结 语

尽管微生物碳酸盐岩相关研究已持续近200年，但微生物碳酸盐岩油气储层研究方兴未艾，本文查阅了近年来国内外相关研究成果，有如下结论和建议。

梳理了微生物岩和微生物碳酸盐岩，生物主控矿化作用和生物诱导矿化作用等相关术语，由于微生物岩和微生物碳酸盐岩2个术语相近，但内涵有别，建议在后续研究中予以重视。

从宏观尺度、微观尺度、地球化学等方面初步总结了微生物碳酸盐岩的识别标志。微生物碳酸盐岩宏观尺度可见丘状、凝块状、缓波状等结构，微观尺度可见球状、椭球状、杆状等结构并常见丝状体、胞外聚合物等。海相微生物碳酸盐岩地球化学方面具有碳氧同位素明显负异常；Y元素正异常以及重稀土元素富集、轻稀土元素亏损；Zn、Ba等营养元素富集等特征。

研究发现微生物碳酸盐岩岩石类型除叠层石、凝块石、树枝石、均一石外，还包括球状微生物岩、层纹岩、鲕粒等。本文梳理了各类微生物碳酸盐岩术语由来、分类、成因、沉积环境等特征，为后续研究提供参考。

微生物碳酸盐岩沉积环境和沉积相研究：一方面，认识到微生物碳酸盐岩是极端环境的产物，竞争性、牧食型后生动物灭绝是微生物及其形成的微生物碳酸盐岩繁盛的根本原因。针对微生物礁丘这一油气勘探的重点目标，认识到其主要发育于古地貌高点，其消亡多与灾变性事件关系密切。另一方面，虽然针对不同地区建立了沉积相模式，但标准微生物碳酸盐岩相模式尚未建立，在后续研究中还需持续攻关。

本文将微生物碳酸盐岩储集空间分为格架孔、粒间孔、粒内孔等常规储集空间和微生物腐烂孔等特有储集空间，并从沉积、成岩、构造等方面初步总结了微生物碳酸盐岩储层的主控因素。国内学者已经认识到微生物组构在这类储层形成中的重要作用，但微生物类型、早期微生物相关成岩作用如微生物白云化作用等与储集性的关系尚不明确，在后续研究中还需加强。