（三）孢粉化石的光学特征与有机质的成熟度

1.孢粉化石的颜色

孢粉化石的颜色变化是热变质作用的直接结果。孢粉粒沉积以后，随着埋藏深度的增加，温度增高，压力增大，从而导致其结构与化学组成发生一系列变化，这种变化最直观的反映是化石的颜色由浅变深。

由于对孢粉化石颜色变化的影响因素较多，一个样品中孢粉化石的颜色一般差1～2级，有的甚至相差3～4级，这样就很难对某一样品的孢粉颜色作确切的描述。避免这种情况的办法是选择某一类或几类孢粉化石进行观察统计。但松辽盆地的白垩系厚度达6000多米，要寻找能够统一对比的类型是不易办到的。因此我们采用了颜色指数的统计方法，即将样品中的孢粉化石按颜色级别统计其数量，然后求出每个化石颜色级别数的加权平均值，这就是某一样品孢粉化石的颜色指数。孢粉化石颜色指数的统计方法，首先是对每块样品的孢粉化石按淡黄、黄、棕黄、棕、深棕、棕黑、黑7个级别进行统计，然后代入公式进行计算。

松辽盆地白垩纪石油地层孢粉学

式中 TAI代表孢粉颜色指数；Ni代表样品中某一色级的化石个数；Ⅰ代表化石颜色的色级数。

在松辽盆地白垩纪地层中，我们统计了 23口井1000多块样品孢粉化石的颜色指数（表17），明显地看出总的变化趋势是随着深度增加、颜色加深、指数值增大。

表17　松辽盆地不同深度孢粉颜色变化表

松辽盆地白垩纪石油地层孢粉学

根据松辽盆地白垩纪地层中孢粉化石颜色指数的统计，结合镜质体反射率的资料，其与古地温的关系大致如下：颜色指数1～2.5，相当于镜质体反射率0.3%～0.5%，其古地温小于60℃；颜色指数2.5～4.5，镜质体反射率为0.5%～0.9%，其古地温为60～110℃；颜色指数5左右，镜质体反射率为0.9%～1.3%，其古地温为110～140℃；颜色指数大于 5，镜质体反射率大于1.3，古地温大于140℃。从表18中可以看出，埋藏深度1000～3000m，层位自嫩江组一段到泉头组上部，孢粉颜色指数为2.5～5，古地温60～140℃，有机质的演化属于低成熟阶段，为生油与找油的主要层位。3000m以下，相当于泉头组下部以下层位，颜色指数为5以上，古地温140℃以上，有机质演化属于高成熟阶段至过成熟阶段，以找气为主。深度在1000m以上，层位相当于嫩江组二段以上，颜色指数为1～2.5，古地温小于 60℃，有机质演化属未成熟阶段，从生油角度看还达不到向石油转化的程度，此阶段以生物化学作用生成的甲烷为主。

表18　松辽盆地白垩纪孢粉颜色与有机质成熟度对比表

2.孢粉化石的半透明度

孢粉化石的半透明度实际上是指孢粉化石外壁的透光率。化石颜色越深透光率越小，反之颜色浅透光率就越大。

孢粉半透明度测量主要由光电倍增管通过光电效应将透过孢粉外壁微弱的光转换成电讯号输出，并加以放大，可以测出 0.5%～1%的变化，所测化石的有效视域的直径可小于10μm。测量孢粉半透明度有成型仪器，如西德莱兹产品MPV—Ⅱ型显微光度计等。

我们共测量了松辽盆地的22口井，286块样品，1110粒化石。层位自白垩系至第四系，埋藏深度自 64.5～4227.Om。半透明度最小为11%，最大为87%。

（1）孢粉半透明度与颜色的关系

孢粉化石的半透明度随化石颜色的加深而减小，我们统计孢粉化石颜色时将其分为7级，即淡黄色、黄色、棕黄色、棕色、深棕色、棕黑色、黑色。根据测定结果，孢粉化石的半透明度与其颜色的对应关系可归纳如表19所示。

由于凭肉眼鉴别化石颜色的级别很难避免人为误差，应用半透明度测量恰好弥补了这一缺陷，使颜色级别观测定量化，从而为推测古地温、判断有机质成熟度提供了更精确可靠的资料。

表19　孢粉半透明度与颜色的关系表

（2）孢粉半透明度与属种之间的关系

由于孢粉化石的属种、外壁厚薄、纹饰不同，组成外壁的孢粉素的成分也有差别，因此它们的半透明度也是不一样的。以萨195井井深910.5m的样品为例，不同属种之间的差别较大，如桫椤孢（Cyathidites）的半透明度为46%，单远极沟粉（Monosulcites）为41%，瘤面海金砂孢（Lygodioisporites）为30%。总的看，外壁厚的比薄的，有纹饰的比没有纹饰的，纹饰粗的比细的半透明度要小。另外松科花粉不论是测本体还是测其气囊的半透明度均比一般的化石要小一些。鉴于上述情况，同一样品中不同属种半透明度有差别，在应用时最好用同一个属种的半透明度进行对比。我们重点测量了桫椤孢与松科花粉的半透明度。当然其它类型的化石也应该测量，有时候取各种类型的平均值进行比较也是有意义的。

（3）孢粉半透明度与沉积环境的关系

保存于不同沉积环境中的孢粉化石，其颜色的变化规律是不一致的。埋藏于还原环境中的化石不断被碳化，半透明度逐渐减小，而埋藏于氧化环境中的化石不断被氧化（或石化），半透明度减小甚微。例如保存于松基6井泉三、四段红层中的化石，埋藏深度为1436.0～1476.0m，其半透明度分别为：54.9%与61.3%，与埋藏在还原环境中，相同埋藏深度的半透明度为40%左右相比，相差很多。

（4）孢粉半透明度与埋藏深度的关系

保存于还原环境中的化石，随着埋藏深度的增加，半透明度由大变小。以桫椤孢的半透明度变化特征为主要依据，综合松辽盆地白垩系、第三系、第四系孢粉半透明度与埋藏深度之间的关系，列于表20。应当指出的是，由于地质现象十分复杂，影响测定的因素很多，有时很可能会出现一些反常现象，但只要全面考虑各种地质因素和测量条件，一般均不难得出较为合理的解释。

表20　孢粉半透明度与埋藏深度关系表

3.孢粉化石的荧光

自然界能发荧光的物质很多，有有机的也有无机的，有自然发光的也有受外界能量激发后发光的。一般所说的荧光现象，是指物质吸收紫外光后发出的可见荧光。孢粉化石的荧光是受外界能量激发后才发光的。当物质受到光的照射时，如果光的能量恰好等于组成该物质的分子的某激发态与基态能级差时，便会产生共振吸收，约在 10^-6s内使电子从基态能级跃迁到高能级上去。被跃迁的激发态电子持续10^-8，然后由于同类分子或其它分子的碰撞，引起能量衰减，反跃迁到激发态的最低振动能级，即第一电子激发态。当该电子再由第一激发态反跃迁到基态时，便产生辐射，辐射出它所吸收的能量（此能量等于吸收能量减去衰减能量），并以光的形式发出，此光即为荧光（图13）。所以荧光实质上是分子或原子向外辐射的、具有一定波长和频率的能量。

图13　荧光成因示意图

荧光的产生与物质的结构关系很大，首要条件是必须有一个吸收结构，同时还必须有高的荧光效率。许多物质吸收了与其特征频率相同的能量之后，并不发荧光，就是因为荧光效率不高之故，一般有机物的共轭双键体系越大，荧光越强，如芳香族化合物及脂肪族化合物中具有高度共轭体系的癸五烯、蒽等。另外具刚性平面结构者荧光也强，如荧光黄就是具此种结构的强荧光物质。而与其结构相近的酚酞因没有氧桥，不易保持平面，属于非荧光物质。

孢粉的外壁是由孢粉素组成的，孢粉素目前认为是由胡罗卜素和（或）胡罗卜素脂的氧化聚合作用而衍生的一种特殊的、新种类的生物聚合物。目前对它的成分和结构还不十分清楚，但它具有环状结构和共轭双键，是一种庞大而复杂的化合物。孢粉素之所以能发荧光，正是这些特征的具体反映。

孢粉化石保存在地层中受温度、压力、时间、生物化学等因素的作用，但主要是热变质作用或热降解作用，因此孢粉外壁的结构、成分不断发生变化，其荧光强度也发生变化。随着热变质作用的逐渐加强，孢粉的荧光由蓝、绿、黄色向红色移动。当古地温达到60℃左右，有机质进入“生油门限”时，荧光光谱出现双峰，“光化学效应”为正值。当化石炭化厉害变得不透明、镜质体反射率达到1.35%，有机质成熟度进入石油死亡线时，孢粉荧光消失。

我们观察了15口井、265块样品，共 629个孢粉化石的荧光显示，埋藏深度自 64.5～4240.Om，主要属于白垩纪，也有少量属第三纪、第四纪，主要是观察化石的颜色和荧光强度。通过观察，把颜色初步分为蓝色或绿色、浅黄色、黄色、金黄色、棕色、棕褐色及无色等，荧光强度一般分为强、中、弱三等。由于影响孢粉荧光颜色与强度的因素很多，如属种成分、外壁厚薄、埋藏深度、古地温、氧化还原环境等等。因此同一样品中孢粉化石的荧光显示有时差别很大，可以出现2～4种颜色，但是总有一种或两种颜色是主要的。这种主要颜色随着埋藏深度的增加，古地温的提高，由浅变深（即荧光的波长变长），由蓝→绿→黄→棕→红→最后消失。

从松辽盆地孢粉荧光资料看，初步归纳有以下特征（表21）：

表21　松辽盆地孢粉荧光颜色与有机质成熟度对应表

（1）埋藏深度小于1200m，孢粉荧光主要呈黄色，上部少量化石呈蓝、绿及淡黄色，下部少量化石呈金黄色。综合有关资料推测古地温小于60℃，有机质属于未成熟阶段。此阶段只能生成生化甲烷。

（2）埋藏深度1200～1600m，孢粉荧光主要呈金黄色，强度一般为强至中，少量化石呈黄色、棕色。推测古地温为60～90℃，有机质属于低成熟阶段，此阶段生成重质油。荧光颜色以金黄色为主，表明有机质已进入“生油门限”。

（3）埋藏深度1600～1800m，孢粉荧光主要呈棕色，少量化石呈金黄色、棕褐色。推测古地温90～110℃，有机质仍属低成熟阶段，生成重质油，此阶段可能为产油的高峰期。

（4）埋藏深度1800～4240m，孢粉荧光呈棕褐色或无色，推测古地温大于110℃，有机质属于高成熟阶段至过成熟阶段。此阶段生成轻质油、湿气、干气等，古地温大于170℃。