石油的“出生证明”已被改写？这项国家自然科学奖刷新认知

石油，主要形成于2.5亿年以来的“年轻”地层吗？

张水昌院士团队的答案是：不！在5.4亿—4亿年前的寒武和奥陶系，甚至16亿—14亿年前的中元古界，仍然可能生成大量的石油。

他们用20余年的研究，把石油在5.4亿—4亿年前地球重大转折期和那段被地学界称为地球中年期“无聊十亿年”的前世解析出来。

今年7月，这项由中国石油勘探开发研究院张水昌院士领衔攻关的“石油的早期形成与演化”研究成果荣获2025年度国家自然科学奖二等奖。近日，张水昌院士接受本报专访，讲述他们如何在地下深处、在时间深处改写石油的“出生证明”。

张水昌院士团队在实验室讨论分子化石生标。

记者：此次获奖的研究课题聚焦于“石油的早期形成与演化”，对石油行业而言，这一研究解决的核心科学问题是什么？

张水昌：“早期”是一个相对概念。20世纪90年代，国际学术界普遍认为，全球70%以上的油气资源主要形成于距今2.5亿年以来的中生代、新生代地层。然而我国很多海相地层的形成时代更早，保存大量2.5亿年以前甚至更为古老的地层。长期以来，老一辈科学家一直希望在这些古老海相地层中取得油气资源勘测发现，但由于地质条件复杂，缺乏配套理论支撑，勘探并没有达到预期效果。

随着我国经济社会的发展，对油气资源的需求不断增加，仅依靠传统陆相油气资源已经难以满足需求，必须拓展新的勘探领域。在这一背景下，我们将研究目光投向了更古老的地层——从2.5亿年前追溯到5.4亿—4亿年前的早古生代早期，再进一步延伸至14亿年前的“地球沉寂期”，即地质史上生命演化停滞的漫长时期。我们关注的核心问题就是：这些地球远古时期的地层是否具备生油物质基础，古老石油能否有效成藏，成藏之后又经历了怎样的演化过程？

围绕这些问题，我们开展了长期研究，取得了三个方面的科学发现。一是揭示了生油母质（能够在地质演化过程中生成石油和天然气的原始有机物）的早期起源，证明生油藻类在5亿多年前的海洋中就已经繁盛生长，改变了其始于2亿多年前的早期认识，生油母质的发现拓展了石油生成的时间边界。二是发现真核藻类在14亿年前就已经出现，并参与生油母质的构成，提升了中元古代烃源岩生油能力。三是揭示了超深层有机-无机复合生烃机制，证明地质深埋高温高压环境下发生水-岩-烃相互作用，拓展了传统理论对油气生成温度和深度界限的认知。在此基础上，建立了早期石油来源和油气成因鉴别指标体系，为古老深层油气勘探提供了重要的理论依据。这些指标体系已被全球20多个国家的学者引用；藻类的早期演化和奥陶系油气系统被收录进美英专著。

记者：这项基础研究对现实油气勘探开发有哪些指导意义？

张水昌：石油作为能源矿产，是地球长期演化形成的特殊资源类型。从事基础研究，不能只关注某一个具体油气藏，更重要的是要把油气资源放到地球演化的历史过程中认识，摸清资源形成与分布规律，为油气勘探提供理论支撑。

我们的研究表明，古老地层和超深层地层具备形成油气的物质基础，为评估深地整体资源潜力和超深层油气勘探提供了全新思路。此外，通过研究生成石油的烃源岩，也可以深化对地球系统演化、圈层相互作用的认识。针对超深层高温高压环境下油气形成问题，我们发现有机质与水、矿物之间形成的有机—无机复合生烃机制，是超深层油气规模生成与高效聚集的关键。围绕古老层系开展研究，也为重新认识陆相生油理论、探索页岩油勘探接替领域提供了新的思路。

我国陆相油气地质条件独特，面临诸多特有科学难题与产业痛点，而基础研究的最终落脚点就是赋能产业发展。能源企业科研的独特优势在于始终立足于生产实践，通过解决勘探开发中的实际难题，倒逼基础研究进行针对性攻关，再将实验室成果落地现场检验，形成螺旋式的创新路径。

记者：数十年攻坚，到如今获得国家自然科学奖，您认为这一过程中最具挑战性的环节是什么？是什么支撑着您和团队一直坚持下来？

张水昌：最大的困难在于突破前人的认知框架，需要不断提出问题、验证问题，逐步建立新的认知体系。

第一个难点是重新厘定古老海相地层中有机质丰度的评价标准。过去认为有机碳含量达到0.1%左右即可作为生油评价下限，若此标准成立，我国300万平方公里海相地层几乎处处可生烃，勘探风险评价便失去意义。我们通过大量实验，重新厘定了形成工业性油气流所需的下限标准，为油气资源评价和远景预测提供了关键依据。

第二个难点是判断发现油气的地层来源，相当于为石油做地质“亲子鉴定”。古老海相油气经历了长期地质演化和多期构造改造，原生“DNA”信息往往难以保存。通过长期地球化学研究，我们最终在成百上千个分子化合物中寻找到能够指示生成原油的原始生物的痕迹，证明寒武系、奥陶系等更古老地层具备生油能力。

第三个难点是揭示石油形成后的改造过程。比如，塔里木盆地原油中蜡含量高达10%至20%，传统观点认为高蜡油必定源于陆相地层。我们通过系统研究发现，这实际上是早期形成的石油经历后期物理改造、轻质组分被带走、重质组分相对富集的结果。这一认识改变了传统理论定式，科学地揭示了塔里木盆地这一全球最古老、规模最大的次生凝析油气（伴生高蜡油）藏群的形成机制。

第四个难点是如何认识我国华北燕辽盆地中元古界距今16亿至14亿年沉积的富有机质黑色页岩（烃源岩）与“无聊十亿年”传统认知的矛盾。国际学术界普遍认为前震旦纪地球大气含氧量极低，不能满足初级生产力需要，缺乏油气生成物质基础，是油气勘探禁区。我们系统解析我国14亿年前下马岭组黑色页岩，发现14亿年前氧含量已经升高至足以满足初级动物的呼吸需要，推动红、绿藻类分支的更早出现，远早于国际学界提出的6亿多年前；大气氧含量升高与有机质制造相耦合，促进了优质生油岩发育和生油气潜量的提升。这一发现推动了对地球早期环境和油气资源潜力的重新认识，在学术界和工业界产生广泛影响。

科研认知的突破，离不开长期积累与稳定的科研平台支撑。我自1986年参加工作起，便深耕海相油气研究领域。科研工作者要保持敏锐的科学洞察力，在继承前人成果的基础上不断创新，以开放的心胸包容跨学科的不同观点与质疑，在交流碰撞中持续深化理论认知。

记者：展望未来，您认为石油形成领域还有哪些关键科学问题亟待解决？下一步的重点攻关方向是什么？

张水昌：油气资源形成于地球长期的演化过程，还有很多基础问题需要研究。首先，要持续深化超深层极端复杂环境下的生烃与成藏机理研究。随着油气勘探向万米深地进军，研究需要重点针对超深层地温超过250摄氏度高温高压的极端条件，系统揭示多场耦合作用下流体—岩石—有机质协同反应机制，深入探索水—烃加氢、基岩辐射作用等有机—无机复合生烃新路径，进一步突破油气生成温度、成熟度、埋藏深度等极限。

其次，搭建自主可控的多功能实验平台与检测技术体系。超深层油气研究对实验装备和检测技术提出了更高要求，我们需立足自主研发，构建自有知识产权实验与检测技术体系，为深地科学研究提供硬件支撑。

再次，推动大数据与人工智能赋能超深层油气预测。超深油气保存和有利富集区预测难度大，需要依托人工智能技术融合地球物理、地球化学、古环境多模态数据，精准预测盆地超深层有利勘探区带，打造油气系统数字孪生模型，提高复杂油气资源预测能力。

科普链接

●海相生油：指在海洋环境中沉积富集的有机质，在适宜的埋藏、温压和还原条件下，经一系列地球化学过程转化为石油和天然气。我国塔里木盆地、四川盆地的超深层油气均属海相成因。

●烃源岩：指富含有机质并能生成油气的岩石。四川盆地、塔里木盆地油气田的主力产层均依赖优质烃源岩的供给。

●“无聊十亿年”：指18亿至8亿年前的中元古代。国际学术界曾认为，该时期氧气含量极低、海洋有毒、生物贫乏，不利于油气形成。

●工业性油气流：指在一定地质条件下，油气能够达到具有实际开采价值的产量。它是评价一个油气层是否“值得开发”的重要标准，关系到资源潜力判断和勘探成败。

文字：曾幼萌、王芳、黄祺茗

图片：禹航

编辑：李绍志

责编：夏雨晴

审核：向爱静、宋清海