油藏表層下的原油生物降解是一種重要的改造過(guò)程[1],，能夠帶來(lái)重大的經(jīng)濟(jì)效益。在油藏表面的石油烴的好氧生物降解已經(jīng)有很多文獻(xiàn)記錄了[2]并且早就有人認(rèn)為含有氧和營(yíng)養(yǎng)物的水快速注入油藏內(nèi)對(duì)油藏內(nèi)石油的生物降解是必要的[3],。在油藏內(nèi)產(chǎn)生降解油的地方不大可能是有氧生境[4],，結(jié)合來(lái)自油田的幾株厭氧微生物的鑒定[5]和烴的厭氧生物降解機(jī)制的發(fā)現(xiàn)，筆者認(rèn)為厭氧生物降解過(guò)程可能也是存在的,。但就世界上深層油藏里厭氧烴降解的范圍爭(zhēng)論還很激烈,。此外，從已分離的菌株中還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)在深層油藏這樣的條件下有烴降解能力的[8],。從來(lái)自全球海洋和湖泊（包括加拿大大面積的焦油沙灘）中77個(gè)可降解的石油樣品中大部分樣平分離到的代謝物指示了厭氧烴降解過(guò)程的存在,。因而根據(jù)研究結(jié)果我們認(rèn)為在可生物降解的油藏表層下厭氧烴降解是一個(gè)普遍過(guò)程

烴的好氧生物降解在很短的時(shí)間（short human timescale）內(nèi)就可以被觀察到因而多年來(lái)一直認(rèn)為石油表層下的生物降解是好氧過(guò)程占主導(dǎo)。盡管有文獻(xiàn)9描述過(guò)好氧生物降解油田,，但即使所需大量體積的水能運(yùn)輸足夠的氧解決所有無(wú)法抵抗的在大部分油藏中的地質(zhì)學(xué)上的困難,，即使快速流動(dòng)的水能夠沖進(jìn)盆地，它也不能把氧運(yùn)送到深層油藏[11]

第一株從油田水域中分離到的細(xì)菌就是厭氧菌,，多年來(lái)俄國(guó)科學(xué)家就認(rèn)為在深層油藏厭氧烴降解是主要過(guò)程[13],。表層下的水典型的厭氧水，并且不斷有證據(jù)顯示厭氧烴降解過(guò)程是可行的（eg 7及其引文和14）,，因此我們合理地預(yù)測(cè)油藏表層下烴降解是厭氧的,。不管用何種方法，到目前為止,，只有一株被鑒定的嗜熱厭氧烴降解菌有潛在的生存于最深層可降解油藏的可能性,，在深層油藏那種條件下還沒(méi)有分離到任何顯示有降解烴能力的細(xì)菌[8]。Magot和他的伙伴們[16]已經(jīng)展示了通常發(fā)現(xiàn)于油田的各種各樣厭氧菌,。他們通過(guò)實(shí)驗(yàn)室和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)總結(jié)出厭氧菌完全負(fù)責(zé)大部分表層下烴的生物降解,，產(chǎn)甲烷過(guò)程——一種嚴(yán)格厭氧過(guò)程，似乎普遍存在于被石油污染的蓄水層和水庫(kù)[8,、17]并且在生物降解過(guò)程中大概注定要產(chǎn)生大量的CO2[4],。這些結(jié)論結(jié)合在長(zhǎng)時(shí)間才能發(fā)生的生物降解的可獲得性，說(shuō)明厭氧烴降解在大部分油藏中是一種普遍過(guò)程,，雖然直接證據(jù)仍就難于發(fā)現(xiàn)[11],！

在過(guò)去20年里被厭氧微生物作為底物的烴就已經(jīng)被研究過(guò)并有報(bào)告說(shuō)鑒定出了代謝物和可能的代謝途徑[6、7及其引文],。L’Haridon[18]和他的合作伙伴說(shuō)在油藏中存在本源嗜熱細(xì)菌和超嗜熱古菌并認(rèn)為原油樣品的原位生物轉(zhuǎn)化（可能是脂肪烴和芳香烴）和硫酸鹽還原相關(guān),。很多實(shí)驗(yàn)室用脂肪烴、芳香烴和多環(huán)芳香烴作為底物用于各種不同的硫酸鹽還原,，從反硝化和產(chǎn)甲烷培養(yǎng)物分離到了琥珀酸鹽—這是由額外添加延胡索酸鹽到芳香烴里形成的-作為降解過(guò)程的起始反應(yīng)物[6,、7、19,、20],。曾有報(bào)道琥珀酸鹽作為在被石油污染的蓄水層的缺氧區(qū)發(fā)生飽和烴和芳香烴的生物降解的代謝物[21],。也有報(bào)道說(shuō)在實(shí)驗(yàn)室里在硫酸鹽還原條件下2-萘甲酸和還原的2-萘甲酸作為厭氧降解萘的代謝物[22];實(shí)驗(yàn)室研究顯示用分離自被烴污染的蓄水層的硫酸鹽還原富集培養(yǎng)物厭氧降解萘、2-甲基萘和四氫萘,，并鑒定出2-萘酸和萘基-2-甲基琥珀酸是代謝途徑中起始中間物,，鑒定出還原的2-萘甲酸也是中間代謝物[23]（Fig.1）。研究發(fā)現(xiàn)被石油污染的蓄水層缺氧區(qū)也含有2-萘甲酸和還原的2-萘甲酸了,，這就為厭氧降解提供了證據(jù)[21、24],。我們這里報(bào)告的是在世界范圍內(nèi)不同的石油系統(tǒng)中一大組可生物降解的油中鑒定出了這些代謝物

油藏中的生物降解需要利用水、營(yíng)養(yǎng)物和烴來(lái)維持微生物的生長(zhǎng),。發(fā)生的位置極有可能是在油藏中靠近油-水的接觸處[4],。代謝物在代謝途徑中存在的短暫性和極其少量的特性或許為分離和檢測(cè)這些石油樣品中的代謝物增加了難度，由于他們提高了水溶解度（相對(duì)烴而言）,，他們可能把油藏中的飽和水中的一部分物質(zhì)分離到石油中,。油藏中（含有能降解的石油）代謝物濃度也將會(huì)受到生物降解能力存在與否或是是否失活的影響。

這項(xiàng)研究分析了77個(gè)可降解石油樣品中的含甲基的酸,，這些樣品有油藏中的可溶提取物,、滲漏油和焦油沙，所有樣品來(lái)源的海洋和湖泊泥板巖都被很好的研究過(guò),，世界上主要的石油盆地都用氣質(zhì)連用儀(GC-MS)分析過(guò)并且他們光譜也和已知的標(biāo)準(zhǔn)代謝物比較過(guò)了,。七個(gè)可比較的非生物降解油也有類似的特征。這些油樣被分成不可生物降解油和可生物降解油并且根據(jù)可降解程度（依據(jù)文獻(xiàn)25提出的標(biāo)準(zhǔn)分析烴的分類情況）進(jìn)行分級(jí),。簡(jiǎn)要的說(shuō),，這些標(biāo)準(zhǔn)以某一特定烴半-梯式的消失為基準(zhǔn)，并依據(jù)它們對(duì)生物降解的敏感性來(lái)定,。n-烷烴是最敏感的,，接著是簡(jiǎn)單的支鏈烷烴，反之,，多環(huán)烷烴通常被認(rèn)為是最有抗性的,。因此，從等級(jí)0到10,，等級(jí)0時(shí)未被降解的,，等級(jí)1代表有一些n-烷烴的消耗，等級(jí)4代表n-烷烴的完全去除和開(kāi)環(huán)類異戊二烯類似物的消耗,，等級(jí)8代表有規(guī)則的類固烷受到破壞和類異戊二烷多環(huán)烴的分布發(fā)生改變等等,。然而，油藏中不同的降解等級(jí)石油混合物常常相互沖突以致于這樣的標(biāo)準(zhǔn)是相對(duì)的而非絕對(duì)的,。

早期工作主要集中于尋找含有烷基和芳香基的琥珀酸鹽代謝物,，因?yàn)榇罅康膱?bào)道顯示這些物質(zhì)可以作為飽和烴和芳香烴降解的厭氧標(biāo)記,，實(shí)驗(yàn)室研究和石油污染的滲水層的研究都說(shuō)明了這一點(diǎn)[1、19,、20,、21]。在實(shí)驗(yàn)室水平作的厭氧烴降解實(shí)驗(yàn)已經(jīng)完全鑒別出了這樣代謝物[26],。然而,，我們的研究試圖確定這也存在于油藏中，但是得到的是非決定性的證據(jù),。這些存在短暫性的復(fù)合物似乎形成于代謝途徑的起始過(guò)程,，延胡索酸鹽作為循環(huán)過(guò)程的一部分會(huì)再生[6、7],，暗示它們?cè)谟筒叵到y(tǒng)中不大可能被檢測(cè)到,，這是因?yàn)樗鼈儾辉儆薪到饣钚裕诨钚越到庀到y(tǒng)中如果樣品發(fā)生在當(dāng)前的生物活性區(qū)就可以被檢測(cè)到,。雖然琥珀酸鹽不能被循環(huán)檢測(cè),，研究發(fā)現(xiàn)77個(gè)樣品中有52個(gè)含有2-萘酸，濃度從0.01到10p.p.m不等,，更重要的是,，在其中的40個(gè)樣品中鑒別出痕量的還原型2-萘酸、5,，6,，7，8-四氫-2-萘酸和兩個(gè)十氫-2-萘酸的異構(gòu)體,，濃度0.01-0.5p.p.m（表1）樣品中代謝物的鑒別是通過(guò)分析比較質(zhì)譜數(shù)據(jù)（把標(biāo)準(zhǔn)物共注入（co-injection）的方法來(lái)確定這些標(biāo)準(zhǔn)復(fù)合物的甲基酯）確定的（Fig.2）,。為了研究像琥珀酸鹽和還原萘酸等這些代謝物存在的可能性，如果存在,，就以“限制性”生物標(biāo)記的形式出現(xiàn),，如，從可降解油及其浸出物中提取的瀝青質(zhì)樣品,，在提取和分析幾個(gè)油樣的酸含量前就已經(jīng)發(fā)生了皂化作用,。雖然沒(méi)有在任何一個(gè)皂化樣品中檢測(cè)到琥珀酸，可是我們確定了樣品中含2-萘酸和（或）還原2-萘酸,，這些代謝物以前也曾被檢測(cè)到,。

2-萘酸和還原性2-萘酸是在厭氧生物降解2-甲基萘和萘等的還原性代謝途徑中產(chǎn)生的（Fig.1），并在原油中含有大量的前提物質(zhì),，最后在油藏樣品中沉積的量足以被檢測(cè)到,。通過(guò)對(duì)來(lái)自世界各地的七個(gè)非降解油的分析得知沒(méi)有還原性的2-萘酸（油樣在實(shí)驗(yàn)室中已經(jīng)被好氧生物降解過(guò)了）[27]這就暗示這些復(fù)合物是厭氧烴生物降解完全專一產(chǎn)物。還不知道為什么所有被分析的可降解油都沒(méi)有發(fā)現(xiàn)這些厭氧代謝物，可能只有在活性降解或最近降解的油藏中才能檢測(cè)到,。

雖然有報(bào)道說(shuō)2-萘酸是2-甲基萘的好氧[28]和厭氧代謝物,，5,6,7,8-四氫-2萘酸和十氫-2-萘酸的兩個(gè)異構(gòu)體是2-甲基-萘生物降解的專一厭氧代謝物[23,24]。通過(guò)對(duì)油藏中高分子羧酸的化學(xué)烴氧化也可以得到這些產(chǎn)物,，如理論上通過(guò)熱化學(xué)的硫酸鹽還原要在相當(dāng)高的溫度條件下（通常是>>120℃）才能發(fā)生[29],然而這項(xiàng)研究中所用的可降解油藏樣品的最高溫度低于85℃并且油藏中并不存在高濃度硫酸鹽,。再結(jié)合這些酸的特異性，預(yù)示這些是生物氧化產(chǎn)物,。

我們的研究結(jié)果,，依據(jù)不同油藏的大量油樣品（包括寬廣的加拿大焦油沙帶），因此可以肯定的是在某種程度上大部分油藏中的石油的生物降解可能完全是厭氧的,，當(dāng)然厭氧烴降解也可能是深層石油表層下生物降解的一種普遍機(jī)制,，這在理解油藏生物降解條件上邁出了重要一步

方法

所有來(lái)自原油的烴含量都用硅膠色譜法分析獲得的，己烷作為洗脫液,，采用氣相色譜和氣質(zhì)連用光譜法測(cè)定得到烴的分布類型數(shù)據(jù)用來(lái)為生物降解的程度提供信息,，采用引文25的方法描述被降解的程度。

原油樣品中酸的含量的測(cè)定采用引文30的方法,，涉及的標(biāo)準(zhǔn)物2-萘酸（ Lancaster 合成）,，5,6,7,8-四氫-2-萘酸和十氫-2-萘酸,。5,，6，7,，8-四氫-2-萘酸和十氫-2-萘酸沒(méi)有成品的,，因此我們分子氫和鈀/石墨催化劑催化2-萘酸合成；采用核磁共振儀鑒定這些復(fù)合物然后和文獻(xiàn)中記錄的標(biāo)準(zhǔn)物的質(zhì)譜數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,。