（三）孢粉化石的光学特征与有机质的成熟度

有机质的成熟度怎么划分？~

近几十年来国内外采用先进的分析测试手段，对有机质的成烃演化规律进行了深入细致的研究。对有机质的成烃机理和演化

表1—8 有机质类型划分指标汇总表

图1—3 有机质成烃演化模式（黄第藩，1991）
模式（图1—3）有了较为清楚的认识。有机质只有达到一定的热演化阶段才能热降解生烃，同时在不同的热演化阶段有机质的产烃能力和产物是不同的。勘探实践表明，在有机质成熟区找油成功率可达25%～50%，不成熟区仅2.5%～5%，过成熟区则主要形成天然气。很明显一个盆地或凹陷所处的演化阶段，直接关系到其油气勘探的前景。根据研究有机质可以划分为未成熟、低成熟、成熟、高成熟、过成熟等五个热演化阶段。
未成熟阶段：相当于早成岩作用阶段和煤阶中褐煤演化阶段的底界。这个阶段干酪根未发生热力学降解，有机质中烃转化程度极低。总烃含量很低，而胶质、沥青质含量高。其早期的生物甲烷气来自细菌对有机质的降解，是产烃量很低的一个阶段。在特定的母质和环境条件下，生油岩中的可溶有机质低温转化成烃，而形成未成熟石油和未成熟凝析油。
低成熟阶段：相当于晚成岩A1期，与长焰煤阶相当。干酪根开始进入热力学降解生烃阶段，也即常说的进入生油门限。这个阶段的生烃特征是：干酪根虽开始生烃但还未达到大量生烃阶段，生烃量还是极其有限。产生的油也多为重质油，胶质沥青质含量较高。
成熟阶段：相当于晚成岩A2阶段，与长焰煤阶相当。进入这个热演化阶段，干酪根开始大量热降解成烃，是有机质主要生烃期，主要生成正常的石油。
高成熟阶段：相当于晚成岩B阶段，与肥煤、焦煤阶相当。有机质进入这一阶段，干酪根经过大量生油阶段后，产烃能力已显著下降。主要生成凝析油和湿气，同时成熟阶段生成的石油也开始裂解为气态。标志生油液态窗的结果。
过成熟阶段：相当于晚成岩C阶段，与贫煤、无烟煤煤阶相当。任何类型的干酪根演化到这一阶段，都剩下很低的生成气态烃的能力了。由于这一阶段的温度（>200℃）和压力都很高，不仅已生成烃类全部裂解为甲烷，而且从干酪根中生成的烃类也以甲烷形态出现，因此这个阶段主要是形成干气。
综上所述我们可以看出：有机质在不同热演化阶段的产烃能力和产物特征是显著不同的。因此正确确定有机质的成熟度对指导一个地区的勘探具有重要意义。目前用于判别有机质成熟度的指标很多，但最主要的有：干酪根镜质组反射率、生油岩热解（Rock—Eval）最高峰温度Tmax、饱和烃气相色谱正构烷烃奇、偶优势、甾、萜烷生物标记化合物异构化参数、孢粉颜色指数SCI（Spore Colour Index）等。现分述如下。

前言
孢粉化石标本是不可再生的自然资源,为了使孢粉化石资源能更好地被科研人员和相关技术人员利用研究,向公众展示,特制定《孢粉化石标本资源整理技术规程》,以确保孢粉化石标本资源的获取和合理使用。
孢粉化石标本资源的整理有自己的特殊性,需采用适当的物理或化学方法从松软的沉积物中或不同岩性的岩石中获取,分析实验室的安全要求、透射光学显微镜和电子显微镜分析样品的准备、孢粉化石的命名以及孢粉化石标本储存和运输,都需采用一些特殊的方式、方法。本技术规程对孢粉化石标本的整个整理过程进行了详细阐述。
本规程由国家科技基础条件平台提出。
本规程起草单位:中国科学院南京地质古生物研究所。
本规程起草人:王怿。
本规程由国家岩矿化石标本资源共享平台负责解释。
1 范围
本规程规定了孢粉化石标本整理工作的范围及所用术语,孢粉化石标本整理原则、实验室处理要求和类群选择。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本规程的引用而成为本规程的条款。凡是注日期的引用文件,其随后所有的修改(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本规程。然而,鼓励根据本规程达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件,其最新版本适用于本规程。
GB/T2260—2007 中华人民共和国行政区划代码
GB/T9649.0—2009 地质矿产术语分类代码 第9部分:结晶学及矿物学
3 术语和定义
3.1 孢粉学(Palynology)
指主要研究陆生植物的孢子和花粉、植物碎片、微小原生生物、微小动物和菌类化石的学科。
3.2 孢子(spores)
主要指蕨类植物的生殖细胞,直径小于200μm。
3.3 花粉(pollen)
指裸子植物和被子植物的生殖细胞。
3.4 大孢子(megaspores)
指蕨类和种子植物的雌性生殖细胞,分散化石大孢子的典型定义为其直径大于200μm的蕨类植物孢子,首现于泥盆纪,延续至今。
3.5 隐孢子(cryptospores)
隐孢子是一些不具三缝或单缝四分体痕的孢子,可以具有或不具有接触特征;包括一些“永久性的”四分体、双胞体和单孢体,在自中奥陶世至早泥盆世地层时代鉴定上很有用处。
3.6 孢型(palynomorphs)
指直径小于5mm的有机质碎片,包括孢子、花粉、沟鞭藻囊孢、疑源类、有机质碎片等。分为小孢型(直径小于200μm)和大孢型(直径在180μm～5mm)。
4 孢粉化石标本整理
4.1 孢粉化石样品的处理技术
4.1.1 准备工作
在实验室处理之前,首先应检查野外采集样品的记录是否完全、样品的包装是否完好;其次,对样品进行挑选和登记;第三,根据岩性确定相应处理技术,并进行实验编号。
处理过程中,每个样品都应有一个完整的流程记录,特别应记录样品处理中使用容器上的编号。
4.1.2 各时代沉积岩和未固结沉积物的处理
1)对固结的沉积物,必须清除表面污染物,钻孔、钻孔壁以及露头样品都要用水清洗干净。钻孔碎片和细样品可在烧杯中用水清洗或在细孔筛布上冲洗。所用水应事先检查是否含有对样品造成污染的杂质。
2)固结样品通常可碎成豌豆大小颗粒或更细些。
3)称取适量的样品(通常5g或10g),置于贴了标签的聚丙烯烧杯中。如果样品有机物含量少,则应加大分析量。
4)缓慢将20% (可增大浓度)盐酸加入烧杯中,这时如有反应,便可见其产生了大量的气泡。反应剧烈的样品,要待反应停止,细颗粒沉淀之后,小心倒出用过的酸液再加入新鲜的盐酸。如果样品富含钙质,这样的过程可能重复多次,直到将钙质处理干净。根据样品的成分,样品颗粒沉淀所需的时间并不同,从30min到2h或更长(整夜),然后再将用过的酸液倒出。为了保证加入氢氟酸时不产生氟化物沉淀,样品中要多次(通常4～5次)注入蒸馏水,在烧杯中冲洗,直到样品呈中性为止。
5)样品呈中性后,要把大部分的水倒出来,并向样品加入少量(20～30mL)58%～62%的氢氟酸。剧烈的反应大约会持续10min。如果没必要加快矿物的分解过程,可以再加入30～50mL的氢氟酸,静置样品数小时或整夜,然后再倒出用过的酸液。对大多数处理过程来说,一旦在加入少量氢氟酸反应所产生的热量降低后,就可以直接进行下一步骤。
6)加入30mL左右的盐酸和100mL58%～62%的氢氟酸,把烧杯置于90℃的热水中水浴至少3h,时间的长短视样品大小和分解速度而定。如果处理后,矿物质没有完全除去,就要倒出酸液,重复这一过程。一旦矿物组分除去,要再次倒出酸液,并按照上文提及的过程(步骤4))用水清洗残留物至中性。然后把样品移到一个具多孔玻璃盘(孔径2mm)的Buchner漏斗中或一块筛布上。
7)多孔玻璃漏斗由一块海绵塞子连接到一个具有手风箱的过滤瓶上。样品用大量水反复冲洗以确保达到完全中性,同时保证已至少部分地清除了所有直径大致小于8μm的颗粒(包括黏土矿物在内的颗粒)。然后,如果时间允许,将留在漏斗中的样品浸泡在20%的盐酸中过夜,其后,将酸液倒出并用大量水通过多孔玻璃盘进行冲洗,使样品再次达到中性。过滤后应对滤过物进行物镜检查,以确定没有化石。如果有化石,需要回收。
8)将部分残留物置于载玻片上,使用甘油胶或合成固定剂制片,并在透射光下进行检查。在试管中融化备用的甘油胶,并用吸管取少量放在载玻片上,用玻璃棒取适量样品放在甘油胶上进行搅拌,然后将载玻片放在约67℃的热板上将水分蒸发。当有机物和甘油胶混合好以后盖上盖玻片。采用Clearcol合成固定剂,置数滴于盖玻片上,与大致等量的含水残留物混合。可以使用一盏角平衡的灯泡产生的热量对其烘干,采用Euparal将盖玻片固封在载玻片上。经对薄片检查后,为了提高制片的质量,如清除部分或所有细的游离颗粒,和/或淡化孢型的颜色,以便使得化石易于在透光下观察,可采用两种方法:一是氧化处理(步骤9)、10));二是超声波振动(步骤11))。可以使用任一种方法,或两种同时采用。
9)对已达预定反应时限(首次为15s到2min)的样品在多孔玻璃漏斗中加入发烟硝酸(缓慢加入,以测其反应)。如反应时间长,可采用其他试剂,如浓硝酸、舒尔试剂(次氯酸钾酸和不等量硝酸的饱和水溶液)和次氯酸钠(漂白)。主要目的是将部分降解有机物转变为腐殖酸。通过多孔玻璃漏斗过滤,去酸,并用大量蒸馏水冲洗至中性以终止其反应。
10)为了中和氧化处理产生的腐殖酸,尤其是当残留物中含有大量的木材物质时,可能要使用5%的氨水(通常只要1～2min)对残留物大致清洗一下。这个过程同样可以在多孔玻璃漏斗中进行。
11)进行超声波振动(50kHz)处理时,要将含水残留物从多孔玻璃漏斗转移到聚丙烯烧杯中,再对其进行超声波浴,第一次时间不得超过2min。然后,将残留物再次移到多孔玻璃漏斗中,用水冲洗,除去所有细(＜8μm)的颗粒。
12)第二次制片的方法与第一次相同(步骤8))。检查标本及效果之后,可以根据需要继续进行氧化、超声波振动或其他进一步的处理。其中包括用尼龙或聚酯筛布过筛,除去所有多余的碎粒(如＜10μm,＜20μm,＞150μm),和/或淘洗或短时间离心,以除去大而重的颗粒。淘洗残留物可放在一个大的盛水的表面皿中,较重和较轻的颗粒被分开,并将较轻的颗粒吸出。短时间离心有利于不同相对密度的颗粒分离并沉淀,可将大部分浮在面上较轻的颗粒倒出或吸出。
13)一旦制成所需数量的薄片,剩下的残留物要保存下来。把这些残留物转移到具标签的小瓶中,加水使之沉淀。接着用吸管吸出多余的水,然后向小瓶中加入甘油(甘油溶剂)和几滴饱和酚溶液(后者可防止微生物活动和真菌滋生),并封存好。
4.1.3 第四纪沉积物的其他处理方法
1)一块1cm3的样品通常足以发现一个可供研究的第四纪孢粉组合。样品放置在一个50mL聚丙烯离心试管中,加入如Lycopodium或Eucalyptus的标样(目的是确定花粉绝对频率),再加入大约10mL10% 的盐酸。当起泡(若有的话)停止后,再加入大约20mL酸液,并将试管放在90℃热水中进行水浴,以便加快附加的反应。随后进行大约3000rpm离心处理后并倒出,要重复多次,直到不再产生气泡为止。然后,使用蒸馏水清洗样品直至中性,再用离心法加快中和过程。在每次冲洗中,加入少许甲醇以降低相对密度和表面张力,除了前述的步骤7)和步骤8),这样的方法适用于整个分析过程。
2)将样品加入大约10mL10%的氢氧化钾或氢氧化钠溶液,在90℃热水中进行水浴2～5min(泥炭样品时间要长些),必要时加以搅动。在其后离心中,在倾倒浮液之前,要用五点尺度(从浅到黑色)作为腐殖质计量单位,记录下表面漂浮物的颜色。如果必要,需要进一步清洗,直到表面漂浮物无色为止。
3)如果在样品中有大量粗粒矿物或有机物,通常使用150μm或180μm筛子进行冲洗。将留在筛子上的残留物转移到培养皿中后,在双目显微镜下检查种子、苔藓碎片、木炭和其他物质,记录下其相对丰度,然后,湿存于玻璃或塑料小瓶中。
4)如果具有丰富黏土矿物,在样品中加入大约30mL5%的磷酸钠,然后搅动并置于90℃热水中进行水浴10～20min,离心后倒出表面漂浮物。重复这一过程(通常3～5次),直到表面漂浮物中不含黏土矿物为止,最后用蒸馏水清洗。
5)如果样品中含有矿物颗粒,如反应剧烈,最初仅使用10mL58%～62%的氢氟酸处理,然后再加入10mL浓盐酸。然后,在加入较多氢氟酸后,将其置于热水中(水温同上),根据样品成分,水浴时间30min到2h不等,必要时用聚丙烯棒搅动。在冷却后才能进行离心,并将上面清液轻轻倒出。根据需要,可以再次加入盐酸和氢氟酸并保持2～3h分解过程,这样的过程反复多次直到分解掉所有矿物为止,随后对样品进行中和作用。在离心之前,向混合物的表面加入甲醇,防止酸液逃逸。
6)在残留物中加入10mL左右醋酸,然后搅动,离心后倾倒。样品脱水过程是步骤7)的一个不可缺少的先决条件,因为水与醋酸水解作用的混合物会产生爆炸性的反应。
7)在具9份(如180mL)醋酐的干燥聚丙烯烧杯(250mL)中缓慢加入一份(如20mL)浓硫酸,并不停搅动。然后,将10mL的混合剂(因不能保存,混合剂必须是新制的)小心加到每个试管中,并在90℃热水中进行水浴2min,每隔1min搅动一次。从水浴中取出后,在每个试管中加满醋酐,离心后将表面漂浮物倒出。
8)再次加入10mL醋酐,通过离心倒出在醋酸水解作用中产生的可溶性纤维素醋酸盐。
9)在用蒸馏水进一步清洗直到pH为中性(通常至少5次)后,将残留物转移到一个15mL的圆锥形离心管中,并采用4.1.2的处理方法进行制片和保存。
说明:通常,这种分析过程在处理有机质相对丰富的粉砂岩和泥岩样品时可取得令人满意的结果。但是,在对第四纪的材料进行分析时,不可避免地要对分析过程做适当调整,例如,沉积物中有机物极少,或实际上除了有机物什么都没有。如含极少的有机物,所处理的样品一定要比1cm3大得多。如果首先用过筛清除砂粒和黏土颗粒来分离某些矿物成分,那么,处理这些样品所用的化学试剂或许会减少些。另一方面,泥炭的处理极大地受制于醋酸水解过程。
4.1.4 泥炭
对泥炭样品应进行碱处理和其后的醋酸水解作用,通常都会得到令人满意的结果。对于成熟度较高的泥炭,其中的植物纤维素已遭到部分甚至完全的分解,只需进行碱处理。
4.1.4.1 碱处理
具体步骤如下:
1)向3～5g泥炭样中加入＜10%的氢氧化钾水溶液,直至试剂完全浸没样品为止,并在防热和防酸容器(如玻璃烧杯)中煮沸5min。
2)加水后彻底清洗,直到水清为止。
3)如果肉眼检查发现样品中出现植物纤维素或花粉中含有原生质,便直接转到第5)步进行醋酸水解作用。否则,可向残留物中加入盐酸(30%),确保碱被完全中和。
4)加水并进行多次彻底清洗。
4.1.4.2 醋酸水解作用
由于醋酸水解试剂遇水后可能发生爆炸,因此在实验之前所有要用的器具和样品都必须干透。具体步骤如下:
1)向离心的残留物加入冰醋酸进行脱水反应并将表面的漂浮物倒掉。
2)在热的离心管中加入新鲜的混合醋酸水解作用试剂[由9∶1比例醋酐(CH3CO)2O+浓硫酸组成],反复搅动使其充分混合。
3)将其放置在沸水中进行热水浴(1～15min不等)。
4)离心并非常小心地将离心管上面的清液倒入打开自来水龙头的水槽中。
5)用冰醋酸冲洗残留物,离心,倒出清液。
6)加水并多次彻底清洗。如果肉眼检查发现样品中含植物纤维素或花粉中含有原生质,重复步骤1)至5)。
7)选择筛选去掉粗的颗粒,是集中孢粉的好方法(筛孔的大小为150μm或200μm,可使大孢子通过)。
采用4.1.2的处理方法进行制片和保存。
4.1.5 褐煤
褐煤的处理过程通常包括了氧化处理和碱处理。成熟度很低的褐煤,氧化处理有时可以省去。一种最好的检验方法是将少量的褐煤样品放在载玻片上,滴上一滴5%～10%碱溶液,在显微镜下观察其反应:如果颗粒分解,碱液变为深褐色,并可能会看到某些孢型,则氧化处理就可不必进行。在氧化处理过程中,也可用这个方法来检查材料是否已充分氧化或是否还需要进一步氧化。氧化试剂的选择主要取决于样品材料的煤化程度。对低成熟度的褐煤,氧化试剂一般使用硝酸,并采用不同的浓度、温度和反应时间;而对较高成熟度的褐煤,推荐使用稀释的舒氏溶液作为一种较强的氧化剂。
4.1.5.1 氧化处理
具体步骤如下:
1)将10～20g样品材料放到100mL硝酸中(浓度为25%～30%)。
2)将其搁置至褐煤部分分解或易于破碎时为止。
3)加入蒸馏水并将样品搁置24h左右。
4)多次用水充分地冲洗残留物。
4.1.5.2 碱处理
具体步骤如下:
1)加氢氧化钾(浓度小于10%)直至样品完全浸于碱液,并将其加热至近于沸腾。如见到样品已反应,即液体变为褐色,加热的温度可以低些。
2)加水并充分清洗,直到水清为止。
3)加入盐酸(浓度30%)。
4)加水并多次充分清洗残留物。
5)如果检查中发现孢型仍然被块状无定型有机物包围,重复上述步骤。
采用4.1.2的处理方法进行制片和保存。
4.1.6 煤
氧化处理是处理煤样品过程中最重要的步骤。中级,甚至高级煤通常使用舒氏溶液进行氧化处理。如果煤的成熟度很高,使用发烟硝酸可以达到同样的目的。可是,在这种情况下,后面的碱处理就不必了,但在氧化处理之前,应该用溴水(Br2)对样品进行卤化处理(见“氧化处理”部分)。舒氏溶液的制备有湿法和干法两种。湿法是把一份饱和的氯酸钾溶液和两到三份冷的浓(70%)或发烟硝酸(纯)混合在一起,或者将氯酸钾(KClO3)加入到发烟硝酸中直到饱和为止。干法是将氯酸钾晶体或氯酸钠晶体与等量的煤混合在一起,再加入2～3倍量的浓硝酸。应注意的是,尽管干法比湿法反应速度快,但反应过程中产生了氯酸(HClO3),一旦其浓度超过30%将会自爆。
4.1.6.1 氧化处理
具体步骤如下:
1)将100mL舒氏溶液加到10～20g样品中(湿法)。
2)观察其反应,如果氧化作用强烈,可以小心地加水以降低其反应速度。如果反应速度很慢,将其静置24h或直到使用碱溶液检验(见4.1.5)表明氧化已完成为止。氧化处理的时间很大程度上取决于样品的性质,据报道采用舒氏溶液进行氧化处理所需的时间相差很大,如对某种褐煤中的有机残留物只需5min,而对含沥青煤至少需要8天。氧化时间太长时,要每隔24h换一次舒氏溶液。
3)多次加水并充分清洗数次,直到水清为止。
4.1.6.2 碱处理
具体步骤如下:
1)在样品中加入氢氧化钾(浓度＜10%),加热至近于沸腾,如果能肉眼观察到反应的进行,即液体变为棕色,反应温度可以低些。
2)加水后充分清洗,直到水清为止。
3)加入盐酸(浓度30%)。
4)多次加水并充分清洗残留物。
5)如果检查中见到孢型仍然被块状无定型有机物包围,重复上述步骤。
如果经过上述过程处理后,氧化处理并未达到满意结果,可以进行适当的调整,如增加舒氏溶液中硝酸的比例,小心地对氧化试剂进行加温,或增加反应时间。也可以使用更强的氧化剂,如发烟硝酸。但是,所有这些步骤在操作时必须格外谨慎,如果反应过头,样品便作废。
采用4.1.2的处理方法进行制片和保存。
4.1.7 说明
各实验室可根据自身的条件对上述处理流程进行调整。但是,无论采用哪种常规处理流程,还是对流程进行部分调整,必须小心行事,必须对所有步骤进行仔细记录,并彻底完成,以避免样品中潜在价值组分失掉的危险。对获得的结果需要仔细验证,因为分析的质量以及由此得到的数据可能差别很大,以致影响结论。
4.2 孢粉实验室的安全要求
安全是至关重要的。每个具有潜在危险性的分析方案以及对废物的处理方法都必须与相关环保部门的安全人员进行讨论。必须严格遵守所有的安全规定,在分析孢粉样品之前,必须掌握危险化学试剂一旦发生意外溢出时采取的应急处理程序。实验时要一直穿着防护服,大多数的化学处理都应该在通风橱中进行。尤其是在进行氢氟酸、氧化和醋酸水解过程中,必须戴上防护的橡皮手套、短袖、围裙以及面具。使用氢氟酸时,无论稀释到什么程度,都不要关闭通风扇和冲水系统。实验室应配备应急冲洗设备。
从事孢粉分析的实验人员需经严格的专门培训,熟悉各种分析流程、各类化学药品特性、各类分析设备性能、实验室安全条例和实验室应急处理预案。孢粉分析实验人员必须具有丰富的知识和熟练技巧。差的分析技术所做出来的显微镜薄片不仅难以研究,而且不能令人满意,因为所获得的数据本身就不可靠。
4.3 透射光学显微镜技术
透射光学显微镜是研究化石孢粉的一项最传统的技术,至今仍是孢粉化石常规鉴定中最广泛使用的技术。如果标本是透明的,这种技术就可以保障能仔细观察到孢粉的表面结构和纹饰,同时可以清楚地展示孢粉的内部结构。
透射光学显微镜有许多类型,其中有些已被证明对某些孢粉化石材料的研究效果很好。常见的显微镜品牌有Leica、Nikon、Zeiss和Olympus等。
通常用10倍目镜、40倍或100倍(浸油)物镜。常规计数采用400倍,关键鉴定则需放大1000倍。为准确定位和详细研究某些重要的孢粉,一个带有移动标尺的载玻台是必要的。近年来,“England Finder Slide”由于能不受所使用的显微镜型号的影响而确定标本在薄片上的准确坐标,已成为最受欢迎的定位方法。
为了详细观察和进行显微照相,必须仔细调节显微镜以确保有适当的光线、亮度、对比度及景深。多数研究用的显微镜都可用于显微照相(光学和数码成像系统)。
4.4 电子显微镜技术
4.4.1 扫描电子显微镜
扫描电子显微镜已成为孢粉观察和显微照相的手段之一。它具有分辨率高、信息量大的特点,能科学地提供三维和最大景深的孢粉图像。
进行扫描电子显微镜样品制备有两种方法:①直接将实验室分析获得的含孢粉的有机残留体黏合到电镜座上;②取少许含孢粉和水的有机残留物置于载玻片上(无盖玻片),在光学显微镜下观察,对需要研究的孢粉颗粒进行光学显微镜照相后,用细小的毛笔将需研究的指定孢粉颗粒挑出黏合到电镜座上。第一种方法制备样品时间短,但是,在分类和对比研究中可能出现一定的偏差;第二种方法制备样品时间长,分析出的结果十分精确,人们在进行系统孢粉学研究中多采用这种方法。
有许多黏合剂可用来将标本黏到扫描电镜的电镜座上。黏合剂的选择取决于:材料的性质,是否需要将材料从电镜座上取下,电镜的机械要求,以及个人在某种程度上的偏好。使用黏合剂应注意的是,一方面要确保使胶充分黏滞,但又不会在标本周围皱缩;另一方面又要确保胶不至于太黏而妨碍黏附标本。
采用可溶性胶固定的标本,可以从电镜座上取下。方法是用一把很细的刷子蘸或浸上溶剂,轻轻地在标本与胶之间刷。单个标本也可以小心地从多个标本的电镜座上取下。
电镜座最好贮存在温度相对受到控制且无尘密封的干燥环境中。有设计好的一些小盒子,专门用来存放各种不同类型的电镜座。电镜座要放在架子上,架上的每个小格都不能滑动,这样即使盒子上下翻倒了,也不会造成电镜座撞到盖子上。把每个电镜座放入玻璃皿中,盖上盖子,将便于储藏保存。如果干燥剂放在装电镜座的玻璃皿或盒子中,它须加以密封和固定,以防止损害标本。画一个草图,标示电镜座上的多个标本。如果草图方位不明显,应在电镜座上加示明显标志。
4.4.2 透射电子显微镜
透射电子显微镜在孢粉化石的研究上具有重要意义,可以提供孢粉组织壁在超微结构方面的有用信息。从事透射电子显微镜研究的最好材料是原位保存的孢粉(保存在植物生殖部分中的孢粉),其次是散在沉积物中经实验室分析出的孢粉。
必要时还需要对许多颗粒进行切片,在超微切片之前,需要对每个花粉粒或孢子进行准确定位。有几种方法可用来定位,一种方法是用薄晶片来包埋标本,使得在切片时能看到并定位颗粒;另一种方法适用于小花粉粒或分散样品,即用吸管把花粉粒吸到纤维素滤器上,接着在琼脂中对滤器双面镀膜。将这些滤器脱水,并在浅平底锅中用树脂逐渐浸透;还有一种方法是将花粉粒放在小块琼脂中,对琼脂块用4%的低聚甲醛和2%的锇酸处理,再用不同浓度乙醇脱水,随后移入氧化丙烯中,并用Epon-Araldite包埋。
孢粉粒化石超薄切片可进行染色处理。采用戊二醛处理孢粉粒,并在包埋前再用锇酸处理;可采用在切片后染色,最常用的染色剂是2%的乙酸双氧铀、2%的高锰酸钾水溶液和0.25%的柠檬酸铅。
玻璃刀多用于化石孢粉的切片中,切片的颜色为银色至金黄色。需要特别精细的壁层结构时,金刚刀显示了很好的优越性能。切片一经切下,可用1mm×2mm的有槽载网收集,并干燥。载网上有一层福尔蒙瓦尔膜。对不同大小的孢粉粒,可用不同或不使用支持膜。为了获得完整的切片图像,部分切片可制备在普通的载玻片上,在光学显微镜下观察、照相。
切片可置于透射电子显微镜下进行观察和照相。由于孢粉壁的复杂性和透射电子显微镜缺乏低倍图像,有时必须对孢粉颗粒的显微照片作蒙太奇处理。尽管需要多张显微照片才能组合成“单个”画面,但是这样的复合显微照片能从整个孢粉颗粒角度分析萌发孔器的位置、调节结构和壁结构差异等特征。
到现在为止,化石孢粉的超微结构暂不能提供地史时期生物区系的生物学及其演化的信息。尽管在化石孢粉研究中已有现成的标准技术,但是研究者必须对这些技术作适当的调整,从事适合所要研究的问题及标本的保存状况。
4.5 孢粉化石的定名
若孢粉化石标本的主要特征与某一生物分类阶元的特征相同,则可将其归入该生物类群;若化石标本与已知的所有生物类群的主要特征皆不相同,则应建立新的生物分类阶元,并予以命名。孢粉的命名必须遵循国际植物命名法规(ICBN)(Greuter et al.,1994),化石孢粉的命名基本上采用双名法。命名的规则如下:
1)合法性,孢粉名字最基本的要求就是要具有合法性,即符合国际植物命名法规,同时被古生物学界广泛接受和使用。
2)优先律,国际植物命名法规的基本原则是优先律,即同一分类群(属和种名)首次有效发表的命名为正确名字,对后来的名字(同物异名)享有优先律。需说明的是,优先律有“启用日期”,在此之前有争议的名字是无效的。化石植物(含孢粉)优先律“启用日期”是1820年12月31日(见Greuter et al., 1994)。
3)分类,孢粉工作者要为某一分类群提供所使用的名称,必须遵循国际植物命名法规,命名必须附有相应的描述和专有的“鉴别特征”,用以阐明新类群与其他类群的区别。合格新分类单位(属种)的发表,必须附有英文或拉丁文的鉴别“特征”详细描记,并附有实物的图片等。化石孢粉的分类系统多采用假类群系统,即R.Potonié和Kremp提出的系统,主要根据化石孢粉的形态来建立其双名法(种)。设想将所有时代的孢粉都囊括到一个综合分类体系中,将它们编排在一个共同的分类单位体系之下。孢粉被置于一系列不同的分类等级中,这些等级类似于生物分类系统中的不同分类单元,但术语却是始于军队的编制系统,核心的单位是Turma,在其上是Anteturma,其下依次是Subturma、Infraturma、Subinfraturma等。通过这一体系,新描述的化石孢粉可被归于结构上最为相近的类型中。该分类广泛应用于古生代和部分中生代孢粉分类中,但对时代较新(古近纪以来)的孢粉类群作用不大,这些孢粉中许多类型均可归于现生的科。
4)模式,模式是将一个生物名称与特定的生物或化石标本直接或间接联系起来。每个名字(种、属或科以上的单位)都具有模式(type),即命名最终依据的标本。命名者指定的模式称为正模(holotype)。如果命名者没有指定正模标本,后来的学者就要从作者所依据的标本中选出模式,即为选模(lectotype)。如果原始的材料全部丢失,就从公认的并能代表这一属种特征的标本中指定新模(neotype)。较新版本的国际植物命名法规(Greuter et al.,1994)对模式采用的规定做了重要的改革,提出了“附模”(epitype)的概念。所谓附模就是“当正模、选模或先前指定的新模……明显的含混时,可选用解释的模形图或插图”。这一概念的提出有助于后来的学者在选出的正模标本很差时(也许是保存很差),也可以借此使得命名更为严谨。
4.6 储存
孢粉样品的储存分为三个部分:①岩样的保存,参照岩石、矿物和化石标本的保存方法,要求干燥和密封;②薄片的保存,放在专用标本盒中,保存在相对平稳、干燥、低温的环境中;③实验室分析残留物的保存,将剩余残留物转移到具标签的小瓶中,吸出多余水,加入甘油(甘油溶剂)和几滴饱和酚溶液(后者可防止微生物活动和真菌滋生),并封存好,保存在相对平稳、干燥、低温的环境中。
4.7 运输
孢粉化石的运输相对比较简单。无论是薄片、装有机残留物的小瓶,还是岩样,在运输过程中,应包装完好,要有一定的防震保护措施。在通过邮局和运输部门邮寄时,应作为易碎邮品,勿压和勿摔等,要求轻拿和轻放。建议含孢粉化石的薄片和小瓶尽量不要采用邮寄的方式运输,可派专人随身携带。

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℃。

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