多孔介质孔隙中微生物及其代谢产物的传输过程及界面反应机制是微生物采油技术重要的基础理论之一。本文以油-水共存的多孔介质孔隙为背景，应用数值模拟和分子动力学模拟的方法，研究了驱替过程中细胞水平上微生物在孔隙径向和轴向的浓度分布、以及分子水平上微生物代谢产物在油-水界面的行为，为深入认识微生物采油机理提供理论基础。全文分为三个部分。　　 建立了包括化学趋向性的微生物在孔隙中传输过程的数学模型，研究了驱替过程中微生物及其代谢产物在孔隙中的浓度分布，特别是油水界面上的浓度分布。分析了微生物的生长繁殖、扩散、化学趋向性运动和水驱速率等因素对微生物和代谢产物在孔隙中浓度分布的影响。结果表明，在较低的驱替速度下，微生物趋向于在油水界面上富集，代谢产物在油水界面附近区域内的浓度也较高。微生物的生长繁殖过程和化学趋向性有助于微生物在油水界面上的富集。对于给定的微生物种类，在不同的驱替速度下可以得到不同的微生物和代谢产物平衡浓度的分布，由此得到驱替速度临界值，为工业方案设计提供了理论支持。　　 表面活性物质是对采收率有贡献的主要因素之一。本文以表面活性素(Surfactin)为对象，应用分子动力学方法，研究了surfactin在正癸烷/水界面上的分子行为，以及surfactin对界面相中水分子和正癸烷分子的结构和动力学性质的影响。结果表明，表面活性素肽环主链具有一定的构型稳定性，在正癸烷/水界面上仍然保持马鞍式构型，但是主链有所扩张。脂肪酸尾链的碳原子数目和尾链末端支链的位置对表面活性素分子所占界面面积没有影响。靠近脂肪酸尾链的肽环部分向油相翘起，使肽环以较小的角度在油水界面上倾斜。同时，脂肪酸尾链可以发生较大幅度的摆动运动，在贴近油水界面的过程中，可与分子内肽环上的疏水侧链相互作用。Surfactin亲水基团的极性较强，与水分子之间的强极性相互作用限制了surfactin分子在油水界面上的运动能力。脂肪酸尾链上碳原子数的增加增大了尾链与油相之间的相互作用，使尾链更倾向于与油水界面垂直。　　 酸性氨基酸残基甲酯化的表面活性素是一类新型的脂肽化合物。本文研究了Glul和Asp5两个酸性氨基酸残基电离和/或甲酯化后形成的surfactin衍生物在油水界面上的分子行为。Surfactin衍生物的肽环仍然保持马鞍式构型。两个酸性残基同时电离后，残基与水相之间的相互作用增强，使肽环和残基更接近水相，分子的平移运动能力下降。当两个酸性残基同时甲酯化后，分子的亲水能力明显下降，肽环在界面上的运动能力增强，且容易发生翻滚运动。Asp5残基电离而Glul残基甲酯化后，脂肪酸尾链向油相翘起，肽环和Asp5残基深入到水相中，肽坏在界面上倾斜。肽环上的极性基团增多后，亲水基团与水分子之间的强极性相互作用明显减弱了界面相中水分子的平移运动能力。