铁氧化物对有机质厌氧产甲烷过程的影响及其机制

甲烷(CH?)不仅是自然界产生的重要温室气体,也是人类已经推广利用的可再生能源之一.作为自然界广泛存在的矿物,铁氧化物同厌氧微生物的交互作用对产甲烷过程具有显著的影响.主要针对不同铁氧化物-厌氧微生物体系内的产甲烷效率,铁氧化物及微生物群落演化,铁氧化物的作用机制等进行总结分析.铁氧化物在微生物的作用下会发生溶解、还原并可能产生新的矿物.而铁氧化物的直接和间接影响微生物群组成,进而影响产甲烷过程,主要体现在4个方面:(1)铁氧化物溶解及生物还原产生的Fe~(3+)/Fe~(2+)影响微生物活性和体系氧化还原电位;(2)铁还原菌和产甲烷菌竞争产甲烷基质;(3)铁氧化物对产甲烷菌的直接抑制毒性;(4)具有导电性能的铁氧化物可以作为电子传递媒介促进铁还原菌或脂肪酸氧化菌与产甲烷菌之间的直接电子传递过程.最后,探讨了铁氧化物促进产甲烷过程尚需解决的主要问题及研究趋势,以期推动铁氧化物-厌氧微生物交互作用及其环境效应方面的研究工作.     

海洋天然气水合物勘查和识别新技术:地质微生物技术

当前国内外海洋天然气水合物勘查和评价发展趋势要求有更多具有精细探测和评价功能的技术,这给地质微生物水合物探测技术的研发和应用提出了需求和挑战。简要介绍了当前水合物成藏或沉积环境研究中所涉及的主要微生物类别及其主要关系,它们绝大多数是适应海底深部低温高压环境的厌氧极端生物。其中重要类群是为天然气提供气源的产甲烷古生菌、参与甲烷厌氧氧化过程的甲烷氧化古生菌和硫酸盐还原细菌。介绍了国内外几个地质微生物探测技术的实例,包括历史悠久的"微生物油气勘探"技术、近十年来发展起来的微生物计数法、群落结构和标志类别法;另外,对新露头角的微生物生物标志物法等其他方法也给予简要介绍。     

覆膜态Fe（OH）3在厌氧条件下生物降解苯和甲苯的初探

天然条件下氯代烃的污染经常会与石油烃的污染共存,对于这种混合污染羽的治理,第一步采用粒状铁还原氯代烃,后续利用微生物和第一步产生的副产物生物降解石油烃。苯系物是石油烃中毒性较大、存留时间较长的污染物,本文利用批实验的方法研究了厌氧条件下用Fe(OH)3覆膜于石英砂表面的Fe(Ⅲ)作为电子受体降解苯和甲苯。结果表明,Fe(Ⅲ)作为电子受体时苯和甲苯能够发生厌氧生物降解,经过驯化后苯和甲苯的降解速度明显加快。降解实验表明甲苯的降解速度比苯的降解速度快,苯降解的半衰期是4.02d,甲苯降解的半衰期是3.81d。     

非烃地球化学及其应用概述

非烃类生物标志化合物或分子标志化合物是含氧、硫、氮杂原子的有机化合物,每一个饱和烃生物标志化合物可能有多个骨架相似的含氧、硫、氮杂原子的非烃类生物标志化合物,迄今,饱和烃中常见生物标志化合物的非烃类型大都已能被识别.它们被广泛应用于石油成因理论研究和烃类生物标志物的生源研究,近十几年来,它们尚被应用于研究油藏地球化学, 原油的二次运移,古环境、古气候等领域,近年来,非烃中的生物标志化合物还有被用于油 -油对比和用键合在沥青质中生物标志化合物探索严重生物降解油油源的报道,总之,非烃地球化学应用范围不断得到扩展而日益受到重视.     

土壤石油污染物微生物降解机理与修复技术研究

较为系统地概述了土壤石油污染物的微生物修复技术和近年来石油烃代谢机理以及微生物细胞膜转运石油烃机理研究等方面的进展。文中着重讨论烷烃代谢途径、影响烷烃降解酶合成的阻遏物和激活物、芳香烃代谢过程和基因方面的研究,以及细胞膜结构的改变和石油烃的迁移等重要特性,最后从宏观系统的修复技术和微观分子学方面探讨微生物降解石油污染土壤的发展方向。     

南羌塘坳陷古油藏原油生物降解作用及意义

对南羌塘坳陷古油藏开展了有机地球化学分析, 从生物标志化合物特征和地质条件探讨古油藏生物降解特征及成藏期次。研究表明, 古油藏储层样品抽提物的正构烷烃分布完整, 但色谱基线发生不同程度抬升, 形成“鼓包”现象, 指示古油藏遭受了一定程度的生物降解作用; 古油藏族组分碳同位素发生“倒转”和普遍检出的25-降藿烷也证实了古油藏经历了中等-严重的生物降解。然而, 古油藏储层样品饱和烃色谱图显示出正构烷烃较为完整, 指示古油藏储层可能经历两期原油充注, 第一次原油遭受了生物降解, 第二期原油保留相对完整的正构烷烃。古油藏储层经历了两次原油充注, 与南羌塘坳陷富有机质页岩经历了两次生排烃的过程是一致。     

土壤/沉积物中石油烃微生物降解研究综述

结合目前国内外研究进展,综述了土壤和沉积物中石油烃污染物的来源、危害和生物降解的菌种及降解途径,分析了微生物性质和包括氧、营养物、温度、土壤/沉积物理化性质等环境因素对石油烃降解的影响,指出这些研究往往局限于某种特殊污染物、特殊污染降解菌种和单一条件下辅助降解方面,引入了人为因素的影响,造成与实际不符的降解假象。因此,自然条件下石油烃生物降解将成为重要的研究课题。     

非烃地球化学及其应用概述

非烃类生物标志化合物或分子标志化合物是含氧、硫、氮杂原子的有机化合物，每一个饱和烃生物标志化合物可能有多个骨架相似的含氧、硫、氮杂原子的非烃类生物标志化合物，迄今，饱和烃中常见生物标志化合物的非烃类型大都已能被识别。它们被广泛应用于石油成因理论研究和烃类生物标志物的生源研究，近十几年来，它们尚被应用于研究油藏地球化学，原油的二次运移，古环境、古气候等领域，近年来，非烃中的生物标志化合物还有被用于油一油对比和用键合在沥青质中生物标志化合物探索严重生物降解油油源的报道，总之，非烃地球化学应用范围不断得到扩展而日益受到重视。     

原油生物降解中含氮化合物δ15N变化原因的实验研究

通过模拟油藏的喜氧环境进行原油微生物降解实验 ,测定实验降解原油和水样的氮同位素组成,初步探讨了原油生物降解过程中氮同位素变化的原因.实验结果显示,随降解程度增加,原油的氮同位素比值总的变化趋势不断降低,培养液中的δ15N逐渐增大,暗示微生物在代谢过程中有可能不断利用水溶液中无机化合氮,转化为生物有机氮并部分进入原油,重质组分的增加不仅仅是烃类的优先降解导致的残留和富集.这一现象对于探讨油藏条件下原油微生物降解的作用机理有着一定的实际意义.     

生物降解作用对储层抽提物中多甲基取代萘分布的影响

对辽河盆地冷东油田冷43块沙三段油藏3口取心井岩心抽提物进行了详细的地球化学分析, 族组成和饱和烃生物标志物分布显示油藏遭受了不同程度生物降解作用的影响, 降解程度由油柱顶部向底部增大, 呈良好梯度变化特征.对比不同降解程度原油样品中三甲基萘、四甲基萘和五甲基萘含量和分布可以发现生物降解的明显控制作用, 根据甲基取代萘异构体在生物降解过程中相对含量的变化初步确定了三甲基萘、四甲基萘和五甲基萘单个异构体的生物降解顺序, 结果表明那些热力学稳定性高的异构体容易遭受微生物的攻击, 而热力学稳定性低的异构体却在生物降解过程中相对富集, 表明生物降解作用完全不同于热力学作用过程, 当原油遭受中等程度生物降解作用影响后, 根据热力学稳定性提出的成熟度参数不再能提供有效的成熟度信息, 易降解和难降解异构体间的比值却是衡量原油遭受生物降解作用程度的地球化学新指标.      

生物气生成的地球化学因素分析

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。     

贵州剑河地区中寒武统石冷水组油苗地球化学特征及来源研究

与麻江-凯里古油藏相邻的剑河地区中寒武统石冷水组油苗发育,这些油苗遭受了严重的生物降解作用。前人均认为这些油苗来源于下寒武统泥质烃源岩,但剑河地区还发育处于高-过成熟阶段的上震旦统陡山沱组泥质烃源岩。为了减少热成熟作用和生物降解作用对油源对比的干扰,本文采取催化加氢热解技术释放上震旦统-下寒武统泥质烃源岩干酪根中的键合态生物标志物,与麻江-凯里地区下寒武统烃源岩干酪根中的键合态生物标志物进行了对比研究。在综合分析各样品的生物标志物及其碳同位素组成特征的基础上,结合剑河地区的石油地质背景,对石冷水组油苗的烃源进行了研究。研究结果表明,剑河地区上震旦统陡山沱组泥岩的沉积环境与麻江-凯里地区下寒武统烃源岩相似,但与剑河地区下寒武统九门冲组泥质烃源岩存在明显差异,上震旦统陡山沱组泥质烃源岩的沉积母质类型也更为复杂。石冷水组油苗与凯里地区奥陶系和志留系油苗相似,均为生物降解油与未生物降解油的混合物,且来源于上震旦统-下寒武统泥质烃源岩;剑河地区上震旦统-下寒武统泥质烃源岩可能存在二次生烃,所生成的烃类两次充注于中寒武统石冷水组地层中,前期供烃遭受了严重的生物降解作用,后期的供烃则较少受到生物降解作用的影响。     

基于显微CT的煤生物降解过程中孔隙演化精细表征

为了查明产甲烷菌群对不同变质程度煤厌氧发酵所产生的生物增透效应,利用显微CT对生物降解前后的煤样进行三维重建,分析煤的孔隙结构变化特征,通过扫描电镜观察产甲烷菌群在煤表面的吸附特征,探讨不同煤阶煤生物改造效果差异的原因。实验结果发现,厌氧发酵后煤样的孔隙率和吼道总长度增加,孔隙的连通性增强,表明在厌氧发酵过程中煤被微生物降解,促进煤中新孔隙的形成、扩展和贯通,从而实现煤的生物增透效应。随着煤的变质程度降低,煤中孔隙结构明显改善,主要原因在于产甲烷菌群更倾向于吸附在低阶煤的表面。研究结果可为煤层气生物工程的现场应用提供理论指导。      

生物标志物在探讨烃源岩及原油成熟度研究中的应用

烃源岩和原油中广泛分布的生物标志物因其"继承性"和"变异性"特征,可较好地指导石油勘探及相关工作,多年来已在油气地球化学中得到了广泛应用。尤其是在烃源岩及原油成熟度探讨方面,生物标志物有着独特的优势,一方面可以弥补镜质组颗粒细小无法准确反应成熟度的缺陷;另一方面,当烃源岩及原油遭受一定程度的生物降解时,生物标志物依然可以给出很好的结果。简要概述甾烷C_(29)ααα20S/(20S+20R)和C_(29)αββ/(ααα+αββ)、Ts/Tm、αβ藿烷/βα莫烷及藿烷C_(31)αβ22S/(22S+22R)等常见生物标志物指标及其在烃源岩及原油成熟度方面的应用,同时也指出了应用过程中一些需要注意的问题,如:生物降解、岩性的影响等。     

当地下水邂逅DNA:石油类有机污染及其生物降解

地下水科学与工程研究发展到今日,已经成为一门涉及多个领域的综合性学科。地下水污染的控制和修复研究更需要跨学科的技术和知识支持,而生物修复作为一种高效低耗修复的技术成为环境领域的研究热点。微生物因其自身特性及其对污染的降解主导特征对确定有机物污染场地的永续修复具有重要意义。简要地综述了地下水有机污染及其原位修复、有机污染物和地下环境微生物的交互作用,进一步聚焦生物降解机制、生物修复和细菌研究。在此基础上以某石油污染场地地下水为例,进行了地下水中分离微生物菌株及其降解特征的实验研究。结果表明:放线菌降解效果最好,细菌和真菌次之;两两组合降解效果好于单菌,表明存在协同作用;不同菌株混合降解率较低,表明具有拮抗作用。通过动力学实验得出对TPH的降解符合一级反应动力学方程及其降解速度和降解半衰期。就微生物对有机组分降解而言,烷烃和总石油烃降解规律相似;难降解组分降解率低,后期因烷烃转化使其浓度升高;苯浓度变化不大。微生物活性实验表明:活菌总数和脱氢酶活性与降解率呈正相关变化。运用生理生化及分子生物学方法鉴定得出了具体的菌种。     

陕北土壤微生物分布及产烃能力初探

通过对陕北黄土高原6个不同类型10个采样点的35个不同深度土壤样品的微生物分析,阐明了微生物种类的分布特点;对产甲烷细菌的分析,说明从微生物学角度考虑,其数量是微不足道的,不能构成对酸解烃结果的明显影响,从而排除了生物大量生烃的可能性。      

地下水有机污染控制及就地恢复技术研究进展（二）

本文是关于地下水有机污染控制及其就地恢复技术研究进展概况的第二篇文章，文中介绍石油烃污染地下水的天然生物恢复技术及应用可替代电子受体的石油烃污染地下水就地生物恢复技术的新进展。     

生物降解原油地球化学研究新进展

生物降解作用是原油的一种重要的蚀变作用,对原油的物性和经济价值有着负面的影响。全球石油大多遭受过生物降解。生物降解作用对常见生物标志物的影响得以较好的描述,综述了近年来高分子量正构烷烃、三环萜烷、25 降藿烷生物降解的新进展。目前对生物降解作用的细节、发生机理尚不十分清楚,讨论了原油喜氧和厌氧降解机制,认为厌氧作用可能起主导作用,降解速率很慢。温度是控制生物降解作用的重要因素,储层温度大于80℃不会发生生物降解作用。生物降解原油多为混源油,介绍了研究生物降解原油的多期成藏方法。沥青质不易生物降解,其热解产物及钌离子催化氧化产物在生物降解原油对比、油源对比中具有重要的作用;最后指出了今后的发展方向。     

油藏地球化学原理及其在油气勘探与油藏评价中的应用

综合评述了近年来油藏地球化学基础研究方面的主要进展,包括油气藏内流体非均质性成因、烃充注成藏及混合作用模式、储层内流体与岩石相互作用、油藏内烃的地球化学变化等,阐述了烃族群划分及其地球化学意义。结合实例介绍了油藏地球化学在油气勘探、油藏评价与油田生产管理中的主要应用领域与研究现状。在油气勘探领域的应用主要包括烃运移方向的地球化学研究、烃成藏时间及期次的确定、古油水界面的判别等;在油藏评价和油田生产管理方面的应用主要有油藏流体的连通性和分隔性研究、混合开采油藏单层产能贡献研究以及油、水、干层的地球化学识别等。     

微生物在石油生成中的作用(二)--氢代谢及多源输入

产氢菌的发现是近代微生物学研究的一大重要进展。地质体中的氢代谢（氢的生成和利用）是微生物降解有机质形成烃类的重要环节。在石油生成过程中,氢是重要的中间产物及主产物。大分子化合物分解为小分子化合物、脱去含氧基团、烯烃成为饱和烃均需要补充氢。没有氢代谢便没有石油的大量生成。产氢菌含有氢化酶,具有生成H₂的能力。一部分微生物在降解有机质的过程中形成H₂,另一部分微生物利用H₂进行生命活动,产氢耗氢一直处于一种稳定的动态平衡,产氢微生物只有在耗氢微生物存在下才能生长。耗氢微生物的耗氢作用又促进了产氢反应的连续进行,这种微生物的互营联合,发生在石油形成过程中的各个阶段。氢转移是厌氧降解有机质区别于有氧降解有机质的最重要特征。微生物生长繁殖受温度、营养及沉积环境的影响,从浅层至深层,微生物种群不断更替,原有的种群因环境改变而死亡,新的种群又会大量繁殖,死亡的微生物输入至沉积层便成为烃类。酶是一种具有催化活性的蛋白质,微生物的一切生命活动都离不开酶。一种酶只能催化一种反应或一类反应的完成,各阶段都有独特的酶系统,酶在完成专属代谢途径后,可转化成石油组分,如叶绿素转化成甲烷菌F430辅酶,再转化成卟啉。地层温度促进了有机质热裂解,使有机质中的C-C键断裂发生得更加频繁;厌氧微生物的降解作用也使有机质发生降解。二者方向相同,互为融合,使有机质的裂解加速。微生物对有机质改造形成烃类,其中脱去含氧官能团、产氢用氢形成饱和烃等作用,对讨论石油和天然气的形成具有重要意义。