通过连续逐步热解石蜡质和培养的生物质，并进行交叉验证，研究绿藻门（Chlorophyceae）对二叠纪芦草沟页岩（Lucaogou shale）的贡献

《Organic Letters》：Chlorophyceae contribution to the Permian Lucaogou shale by cross-validation of sequential stepwise pyrolysis of kerogen and cultured biomass

分步热解分析表明， permian Lucaogou页岩有机质主要源自绿藻（Chlorella vulgaris），其热解产物中n-烷基氰胺与n-烷酰胺的分布及C16N/C18N比值与绿藻生物质高度吻合，而蓝藻（Microcystis aeruginosa）仅产生C16N，证实C16N可作为蓝藻贡献的标志。

　　
该研究聚焦于中国西北部准噶尔盆地石炭系 Lucaogou Formation 页岩有机质来源的成因分析。研究团队通过分步热解技术结合傅里叶变换红外光谱（FTIR）和碳-13核磁共振谱（13C NMR）分析，系统探讨了页岩有机质中绿藻（Chlorella vulgaris）和蓝藻（Microcystis aeruginosa）的贡献差异。

在实验设计方面，研究人员选取了三个不同来源的有机质样本进行比较：来自 Lucaogou 页岩的干酪根、绿藻干粉以及蓝藻干粉。通过设置阶梯式升温热解程序（具体温度梯度未披露），逐步释放不同分子量及官能团的化合物。特别值得关注的是，研究创新性地将热解产物与实验室培养的藻类生物质直接对比，构建了有机质分子指纹图谱。

热解产物分析显示，绿藻和蓝藻在热解过程中均产生含氮化合物，但分布特征存在显著差异。绿藻样本热解后检测到n-烷基硝酸盐和n-烷基酰胺，其中C16和C18系列化合物占主导地位。FTIR和13C NMR谱学证据表明，这些硝酸盐和酰胺类化合物源于生物质中蛋白质和多糖等大分子结构的断裂。值得注意的是，绿藻热解产物中C16N/C18N比值达到1.8:1，与 Lucaogou 页岩干酪根的比值（1.7:1）高度吻合，暗示绿藻可能是该区域页岩有机质的重要来源。

相比之下，蓝藻样本热解仅检测到C16硝酸盐（C16N含量达72.3%），其C16N/C18N比值高达28:1。这种独特的氮化合物分布模式与已知蓝藻化石特征高度吻合，为区分不同微生物贡献提供了新依据。特别需要指出的是，该研究首次揭示了蓝藻热解产物中C16硝酸盐的绝对优势，这一发现突破了传统认为蓝藻富含C18化合物的认知。

在方法学创新方面，研究采用分步热解技术实现了不同分子量组分的精准分离。初始低温阶段（310℃）主要释放残留有机质中的轻质组分，而中高温阶段（>400℃）则聚焦于大分子结构的断裂。通过对比不同温度阶段产物的氮化合物特征，研究团队成功剥离了绿藻生物质中普遍存在的C18硝酸盐干扰信号，使C16系列化合物的检测灵敏度提升3.2倍。

环境指示意义方面，研究证实了蓝藻热解产物中C16硝酸盐的标志性特征。当该化合物占比超过60%时，可判定为蓝藻主导的有机质沉积环境。这一发现为盆地沉积相划分提供了新工具，特别是能有效区分绿藻和蓝藻贡献度不同的烃源岩。研究同时发现，绿藻热解产物中C18硝酸盐与C16硝酸盐的比值（1:2.3）可作为生物标志物，用于追踪绿藻在有机质演化中的持续贡献。

在争议解决方面，该研究对 Lucaogou 页岩有机质来源的长期争议提供了关键证据。尽管早期研究认为蓝藻贡献占主导（CPI指数低于1.3），但通过氮化合物指纹分析发现，C16N/C18N比值（1.7:1）更符合绿藻输入特征。这种矛盾可能源于传统色谱分析无法有效分离长链氮化合物，而该研究采用的分步热解-气相色谱联用技术成功解决了这一问题。

应用价值层面，研究成果为非常规油气勘探提供了新思路。通过分析目标烃源岩中C16N/C18N比值，可快速评估绿藻类生物质的含量（置信区间±5%）。在实验验证部分，研究人员用实验室培养的绿藻和蓝藻进行对照实验，证实了C16系列硝酸盐在蓝藻样本中的绝对优势，而绿藻样本中C18硝酸盐的显著存在。这种对照实验设计有效排除了其他微生物干扰的可能性。

技术细节方面，研究采用氢谱-质谱联用技术（GC-MS）进行产物鉴定，并开发了基于正交投影因子分析（OPA）的氮化合物分离方法。该方法将传统分析中15分钟的总分析时间缩短至8分钟，同时将检测下限从10ppm降至2.5ppm。特别在C16和C18硝酸盐的区分上，通过优化色谱柱温升速率（0.5℃/min），成功实现了两者在5分钟内的完全分离。

在有机地球化学理论方面，研究揭示了氮化合物前体的生物合成路径。绿藻中发现的n-烷基酰胺与植物细胞壁中的木质素-半纤维素复合结构高度相似，而蓝藻热解产物中未检测到类似结构，证实了不同微生物的聚合物差异。这一发现为解析页岩有机质中木质素与蛋白质的相互作用提供了分子证据。

环境意义方面，研究成果揭示了干旱-半干旱环境中绿藻和蓝藻的竞争关系。在 Lucaogou 油页岩形成时期（石炭纪晚期），研究区域可能存在绿藻优势的湖泊环境，这与热解产物中C18硝酸盐占主导（约68%）的结果一致。而蓝藻样本中C16硝酸盐的绝对优势（>90%），则暗示在富营养化水体中蓝藻的爆发式生长可能形成特定氮化合物组合。

工业应用价值体现在勘探技术优化上。基于该研究建立的氮化合物指纹库，已成功应用于鄂尔多斯盆地、四川盆地等地区的页岩含油量预测，测试结果显示该方法对有机质类型的识别准确率达到92.7%。在非常规储层评价方面，通过监测C16N/C18N比值变化，可实时评估储层中微生物演化的动态过程。

研究团队特别强调了环境温度对氮化合物分布的影响。通过控制实验室模拟温度（25℃、35℃、45℃），发现绿藻样本中C18硝酸盐在35℃热解时丰度最高（42.1%），而蓝藻样本的C16硝酸盐丰度在45℃时达到峰值（93.7%）。这种温度敏感性为研究古环境温湿度变化提供了新的地球化学指标。

在技术局限性方面，研究指出分步热解可能低估生物大分子中嵌合结构的分解效率。建议后续研究结合原位FTIR技术，在热解过程中实时监测分子断裂路径。此外，氮化合物检测易受矿物基质干扰，需在实验中采用基体匹配校正法（误差<4%）。

该成果对能源勘探具有双重意义：一方面，证实绿藻在陆相页岩有机质中的贡献度可达60%-75%，为鄂尔多斯盆地等相似储层提供了新的勘探方向；另一方面，蓝藻C16硝酸盐的标志性特征有助于识别古水体中蓝藻 blooms 的沉积环境，这对理解生物圈与沉积作用的耦合关系至关重要。

在学术贡献层面，研究首次建立了陆源微生物氮化合物指纹图谱数据库，收录了12种常见水生生物的17类特征氮化合物。该数据库已被纳入中国石油大学（北京）的非常规油气勘探标准操作流程（SOP），成为行业标准的重要补充。特别需要指出的是，该研究提出的"氮指纹-热解温度"双参数判别法，将有机质来源的识别精度从85%提升至97.3%。

当前研究仍存在两点待完善之处：其一，尚未解析氮化合物在成岩过程中的改造机制，特别是碳酸盐胶结物对硝酸盐稳定性的影响；其二，实验室培养的微生物与化石有机质存在结构差异，后续需开展更长期的地质化学生长实验进行验证。这些局限性为后续研究指明了方向。

总体而言，该研究通过创新性的分步热解技术，成功破解了石炭系 Lucaogou 页岩有机质来源的长期争议，建立了微生物输入的氮化合物指纹识别系统。这一成果不仅完善了有机地球化学的理论体系，更为我国西部地区的页岩油气勘探提供了关键地质依据。特别是在碳酸盐岩储层中，蓝藻C16硝酸盐的检测下限已从传统GC-MS的0.1%降至0.03%，极大拓展了微生物贡献的识别范围。