1、1第5-6講（第三章）2第三章 海洋中的有機(jī)質(zhì)有機(jī)質(zhì)的含量與沉積速率成正相關(guān)13C：重同位素“相對(duì)虧損” “同位素組成表示”=(R樣-R標(biāo))/R標(biāo)1000R=同位素重/輕R標(biāo)=13C/12C=11.2772%美洲擬箭石13C 為-20%13C 為-25-30%100gC/m2a0.20.6 gC/m2a1.04.0 gC/m2a0.30.4 gC/m2a1.02.0 gC/m2a無(wú)機(jī)物太陽(yáng)能光合作用透光帶初級(jí)生產(chǎn)力（為大陸一半）食物鏈有機(jī)質(zhì)海水沉積溶解氧化生物氧化陸 源93-97%卡里亞科海溝，其沉積物中有機(jī)碳含量可達(dá)10%以上 3第三章 海洋中的有機(jī)質(zhì) 有機(jī)質(zhì)的來(lái)龍去脈 如何判斷來(lái)源為海洋內(nèi)

2、部還是陸地？如果期末開卷考試考題如上所述4第一節(jié) 海洋中的有機(jī)化合物和復(fù)雜有機(jī)質(zhì)一、有機(jī)化合物 二、復(fù)雜有機(jī)質(zhì)類別 來(lái)源 分布 脂肪烴 鏈烷烴 正構(gòu)烷烴n-C23nC33，濃度最大n-C29、n-C31 陸源高等植物 內(nèi)陸海及近海 n-C12nC20，濃度最大nC17 海洋 n-C15、nC17藍(lán)藻、褐藻、紅藻支鏈烷烴異戊二烯碳骨架，如：姥鮫烷、植烷 葉綠醇在成巖種還原而成 微量與正構(gòu)烷烴共存 ；兩種比例不同環(huán)烷烴 烷基環(huán)己烷、烷基多環(huán)烷石油 5第一節(jié) 海洋中的有機(jī)化合物和復(fù)雜有機(jī)質(zhì)類別 來(lái)源 分布 脂肪烴環(huán)烷烴 烷基環(huán)己烷、烷基多環(huán)烷石油瀝青質(zhì)沉積物 烯烴 植烯、植二烯、姥鮫烯 海溝沉積物

3、C25H50、C25H48、C25H26墨西哥灣大陸架C15、 C17單烯、二烯烴藻n-C17nC19光合菌、非光合菌芳香烴烷基苯、多環(huán)芳烴 可能石油、陸源類脂物 6類別來(lái)源分布脂肪酸正構(gòu)n-C10n-C36，雙峰n-C16、n-C24 C20：陸地 近代近岸以本地來(lái)源為特征 深海 支鏈、環(huán)狀植烷酸、姥鮫烷酸、4,8,12-三甲基十三烷酸 硅藻類脂物經(jīng)細(xì)菌作用 近海沉積n-C24、n-C26 高等植物表面蠟飽和：n-C12n-C20，n-C16極大；不飽和：C14、16、18、20單烯、多烯正構(gòu)酸藻第一節(jié) 海洋中的有機(jī)化合物和復(fù)雜有機(jī)質(zhì)7類別來(lái)源分布脂肪醇、酮正構(gòu)n-C12n-C32，偶碳優(yōu)勢(shì)

4、，極大n-C22、n-C24、n-C28微生物氧化正構(gòu)烷烴與褐煤相似支鏈葉綠醇、二氫葉綠醇近代沉積異戊二烯酮，如葉綠素經(jīng)微生物氧化蠟酯C14C22偶數(shù)碳脂肪醇同系物與C14C24偶碳數(shù)脂肪酸同系物發(fā)生酯化反應(yīng)第一節(jié) 海洋中的有機(jī)化合物和復(fù)雜有機(jī)質(zhì)8類別來(lái)源分布甾族膽甾醇，菜油甾醇、豆甾醇和-谷甾醇 活體生物 沉積萜類三環(huán)骨架的二萜陸地高等植物的樹脂和支撐組織 海洋沉積 脫氫松香酸和1-甲基-7-異丙基菲(惹烯) 二萜的脫氫、脫羧產(chǎn)物 五環(huán)藿烷為基本骨架的三萜陸圈多種生物四萜，胡蘿卜素、胡蘿卜烷為代表沉積物陸源指示第一節(jié) 海洋中的有機(jī)化合物和復(fù)雜有機(jī)質(zhì)環(huán)狀類異戊二烯化合物 具有3個(gè)六元環(huán)和1個(gè)五

5、元環(huán)的四環(huán)化合物 9類別來(lái)源分布四砒咯色素 卟啉葉綠素降解現(xiàn)代、古代沉積物其他雜環(huán)化合物 嘌呤成因物質(zhì)殘留物糖類各種單糖多糖被細(xì)菌分解近代氨基酸和肽類近代、古老沉積生物-有機(jī)指示物外消旋速率常數(shù)一定，可測(cè)古溫度和年齡第一節(jié) 海洋中的有機(jī)化合物和復(fù)雜有機(jī)質(zhì)卟吩與金屬的配合物，由含卟啉的色素演變而來(lái) 。易氧化，可判斷沉積環(huán)境氧化環(huán)境狀態(tài)10類別來(lái)源分布復(fù)雜有機(jī)質(zhì)瀝青溶于CS2瀝青，如：石油、蠟、硬瀝青不溶于CS2焦瀝青，如干酪根藻類或高等植物碎屑泥炭、煤、黑色頁(yè)巖腐殖質(zhì)溶于稀堿腐殖酸高等植物碳與總碳比隨深度增加而減??；轉(zhuǎn)化為干酪根溶于酸堿富里酸都不溶腐黑物網(wǎng)狀交聯(lián)三維聚合物 第一節(jié) 海洋中的有機(jī)化

6、合物和復(fù)雜有機(jī)質(zhì)11類別來(lái)源分布 作業(yè)：將p37-42頁(yè)內(nèi)容如上所示填入上表中； 作業(yè)計(jì)入平時(shí)成績(jī)中； 期末考試不考該部分內(nèi)容； 10月13日交作業(yè)，不得遲交，手寫在紙上。第一節(jié) 海洋中的有機(jī)化合物和復(fù)雜有機(jī)質(zhì)12三、有機(jī)物質(zhì)來(lái)源的判別 陸源與陸地植物蠟的分布特征相類似 類脂：正構(gòu)烷C23C33，奇碳優(yōu)勢(shì) 正構(gòu)脂肪酸C20C30，偶碳優(yōu)勢(shì) 正構(gòu)脂肪醇C22C30，偶碳優(yōu)勢(shì)。含有二萜類化合物，產(chǎn)自高松脂高等植物，以具松香烷骨架者占優(yōu)勢(shì)，可作為獨(dú)特的分子指示物。第一節(jié) 海洋中的有機(jī)化合物和復(fù)雜有機(jī)質(zhì)13三、有機(jī)物質(zhì)來(lái)源的判別 海源 類脂：含碳原子數(shù)較少，某些來(lái)自浮游生物和細(xì)菌的特征類脂物和色素可作

7、為海源指示物。 其它差別（表3-2） 對(duì)分離出來(lái)的脂肪酸、腐殖酸、干酪根等進(jìn)行碳、氮、氫的同位素組成分析。 第一節(jié) 海洋中的有機(jī)化合物和復(fù)雜有機(jī)質(zhì)14四、有機(jī)質(zhì)與還原環(huán)境 有機(jī)質(zhì)導(dǎo)致缺氧，能造成還原環(huán)境 氧化還原環(huán)境的形成受其他過(guò)程影響 現(xiàn)象：遠(yuǎn)洋區(qū)，水深、含氧少，但海底卻形成了典型的氧化型產(chǎn)物紅枯土沉積。 原因：深水條件下的還原反應(yīng)速率要緩慢第一節(jié) 海洋中的有機(jī)化合物和復(fù)雜有機(jī)質(zhì)15四、有機(jī)質(zhì)與還原環(huán)境 有機(jī)質(zhì)導(dǎo)致缺氧，能造成還原環(huán)境 氧化還原環(huán)境的形成受其他過(guò)程影響 現(xiàn)象：在淺海區(qū)或大陸架邊緣海區(qū)，既可出現(xiàn)極端的氧化環(huán)境，又可出現(xiàn)極端的還原環(huán)境。 原因：后者與有機(jī)質(zhì)的快速堆積有關(guān)。沉降中降

8、解程度低，在沉積后成為主要的還原劑。還原環(huán)境： 含有大量有機(jī)質(zhì)、有機(jī)氣體； 高價(jià)鐵低價(jià)鐵， SO42- S和S2-， 高價(jià)鈾低價(jià)鈾， 銅、銀等皆以自然形式出現(xiàn)， 缺氧。缺氧海盆，更有利于有機(jī)質(zhì)的沉積和保存。第一節(jié) 海洋中的有機(jī)化合物和復(fù)雜有機(jī)質(zhì)16四、有機(jī)質(zhì)與還原環(huán)境 有機(jī)質(zhì)導(dǎo)致缺氧，能造成還原環(huán)境還原性能來(lái)自光合作用 CO2 + H2O 碳水化合物 + O2弱氧化性 弱還原性 強(qiáng)還原性 強(qiáng)氧化性碳氧化數(shù)（形式電荷數(shù)）表征氧化狀態(tài)。CO2是極端氧化環(huán)境產(chǎn)物；CH4是極端還原環(huán)境產(chǎn)物。第一節(jié) 海洋中的有機(jī)化合物和復(fù)雜有機(jī)質(zhì)17第二節(jié) 有機(jī)質(zhì)的成巖作用和海洋環(huán)境中油氣的生成 有機(jī)質(zhì)：沉積-埋藏-成

9、巖一、沉積有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化中的重要有機(jī)化學(xué)反應(yīng)1. 腐解作用 自溶酶、微生物作用下的分解和礦化。有氧時(shí)氫的受體為O2無(wú)氧時(shí)則為NO3-、SO42-、CO32-發(fā)酵則自身供受，產(chǎn)能少。18第二節(jié) 有機(jī)質(zhì)的成巖作用和海洋環(huán)境中油氣的生成 有機(jī)質(zhì)：沉積-埋藏-成巖一、沉積有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化中的重要有機(jī)化學(xué)反應(yīng)2. 氧化還原作用加氧或脫氫是氧化，加氫或脫氧是還原3. 加成反應(yīng)新原子（團(tuán)）加到斷鍵上4. 縮合、聚合反應(yīng)5. 解聚反應(yīng)19第二節(jié) 有機(jī)質(zhì)的成巖作用和海洋環(huán)境中油氣的生成二、有機(jī)質(zhì)的成巖作用 有機(jī)質(zhì)的三個(gè)演化階段： 成巖作用 深成熱解作用 變質(zhì)作用 20 成巖作用：成巖作用：有機(jī)質(zhì)在沉積物聚合固結(jié)為沉積巖，

10、低溫低壓下以微生物改造為主。即：殘余物和微生物殘?bào)w一起，經(jīng)還原、縮聚等形成了腐殖質(zhì)和干酪根。一般發(fā)生于1000 m左右沉積柱深度以內(nèi)。 21有機(jī)質(zhì)被微生物改造程度，影響其最終保存 氨基酸、低分子量的肽和糖被微生物直接吸收，古沉積中少。 蛋白質(zhì)、多糖、類脂和木質(zhì)素等被同化，占上層總有機(jī)質(zhì)20%。 殼體中的蛋白質(zhì)，將受礦物覆蓋物的保護(hù)而抗分解。 高度交叉結(jié)合的纖維蛋白(如角蛋白) 抗微生物分解。22有機(jī)質(zhì)被微生物改造程度，影響其最終保存 碳水化合物，被好氧和厭氧細(xì)菌降解，主要產(chǎn)物是己糖和戊糖。 木質(zhì)素抵抗生物降解的能力最強(qiáng)。 類脂化合物的生物降解速率大小不一。23 隨著深度增加，生物降解減弱，聚合

11、、縮合等化學(xué)作用逐漸增強(qiáng)，形成更穩(wěn)定的不溶結(jié)構(gòu)物，即地質(zhì)聚合物。其它重要標(biāo)志物類脂化合物 C-C為主；以氫鍵或吸附的形式與腐殖酸、粘土礦物結(jié)合不易被生物降解。 土壤中-腐殖質(zhì)泥炭沼澤中-褐煤沉積物中-干酪根 成巖過(guò)程的主要產(chǎn)物 并標(biāo)志著該階段的結(jié)束。什么是成巖作用？24第二節(jié) 有機(jī)質(zhì)的成巖作用和海洋環(huán)境中油氣的生成三、海洋環(huán)境中油氣的生成 1.深成熱解作用 在埋藏深度1000一4000 m的干酪根發(fā)生的以熱解為主的化學(xué)變化。壓力高達(dá)數(shù)百個(gè)大氣壓，溫度升至50200。伴隨著油氣生成，標(biāo)志物為C4C7烴（汽油烴）。從油氣生成的角度分兩個(gè)階段：石油生成的主要階段 裂解生成凝析油和濕氣階段 25 石油

12、生成的主要階段 60125，干酪根受熱并被催化裂解側(cè)鏈、雜原子基團(tuán)脫落，烷基和環(huán)烷基、羧基或羰基消除，余下的氧大部分存在于醚鍵中可溶有機(jī)質(zhì)增加，C15C40的烴約占80%一90%，特征結(jié)構(gòu)和分布、繼承性生物標(biāo)志化合物被稀釋。 26 裂解生成凝析油和濕氣階段 125200，繼續(xù)熱裂解：碳碳鍵斷裂更快，輕烴（C1C8）迅速增加，超過(guò)相轉(zhuǎn)變的臨界溫壓值時(shí)，反溶于氣態(tài)烴之中，形成凝析氣和更富含烴的濕氣，最終縮聚裂解的趨勢(shì)。C2以上烴超過(guò)5%的石油氣為濕氣；胺鹽熱反應(yīng)脫氨基烴 氨基酸生物地球化學(xué)外消旋測(cè)地質(zhì)年齡、古溫度（見第四節(jié)）第三節(jié) 生物標(biāo)志化合物406. 芳香烴化合物 來(lái)源：生物體，如細(xì)菌、藻類、

13、樹膠、高等植物等；非生物體，如有機(jī)物熱解、催化裂化、異構(gòu)化、氫化以及燃燒。 分布：廣泛生物：缺低分子量。地質(zhì)：低分子量多為甾萜熱解和鏈烴芳構(gòu)化產(chǎn)物 高分子量多環(huán)結(jié)構(gòu)與生物中甾萜類色素有關(guān)第三節(jié) 生物標(biāo)志化合物416. 芳香烴化合物 指示：有機(jī)質(zhì)來(lái)源、沉積環(huán)境、有機(jī)質(zhì)演化程度等。 如：苝是在快速堆積和還原環(huán)境下，由色素轉(zhuǎn)化而來(lái)的。有機(jī)質(zhì)成熟度越高，芳構(gòu)化程度就越高。環(huán)境污染指標(biāo)。 如苯并a芘。第三節(jié) 生物標(biāo)志化合物42結(jié) 構(gòu) 特 征來(lái)源反 應(yīng) 條 件環(huán)境動(dòng)力學(xué)特征時(shí)間43第四節(jié) 生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境一、生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境繼承生物的結(jié)構(gòu)和特征。 來(lái)源有特定性特定輸入如甲藻甾醇、甲藻甾酮、甾烯

14、衍生物來(lái)自甲藻。 來(lái)源廣泛廣泛輸入如高等植物、菌、藻類。 長(zhǎng)期保存古生物輸入、古環(huán)境條件標(biāo)志。如：來(lái)自高等植物的長(zhǎng)鏈和來(lái)自菌藻的短鏈之比反映古生物輸入和生態(tài)。44第四節(jié) 生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境一、生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境正構(gòu)烷烴正構(gòu)烷烴：來(lái)源于植物蠟的長(zhǎng)鏈。 分布特征： 湖中藻和光合細(xì)菌：C17為主，反映湖泊古生產(chǎn)力 湖泊邊緣被淹沒維管植物：以C21，C23或C25為主 陸地和湖泊邊緣維管植物：以C27、C29和C31為主 指示作用： 有機(jī)質(zhì)輸入 區(qū)別來(lái)源 45第四節(jié) 生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境一、生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境類異戊二烯烷烴類異戊二烯烷烴：在沉積、原油和煤中分布廣泛 形成過(guò)程：葉綠素的植烷

15、基側(cè)鏈微生物分解 植醇 強(qiáng)還原條件下加氫 二氫植醇 加氫脫烴基 植烷（Ph） 氧化 植烷酸脫羧基加氫 姥鮫烷（Pr） 指示內(nèi)容：有機(jī)質(zhì)形成的氧化還原環(huán)境 淡水：Pr/Phl；淡水-半咸水：Pr/Phl； Pr/Ph異常低或植烷異常優(yōu)勢(shì)，可能高鹽度強(qiáng)還原環(huán)境，或特定菌的輸入。 46第四節(jié) 生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境一、生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境甾醇及其衍生物甾醇及其衍生物 分布特征： 浮游生物：C27、C28 植物：C28（但硅藻中C27、C28和C29接近） 動(dòng)物：C27，特別是膽甾醇。 高等植物：C29 真菌：C27C29，常以萜的麥角甾醇為主 指示內(nèi)容：古環(huán)境 C27、C29相對(duì)量，反映藻類和高等

16、植物的貢獻(xiàn)。47第四節(jié) 生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境一、生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境長(zhǎng)鏈不飽和酮類長(zhǎng)鏈不飽和酮類 形成條件：與赫胥黎顆石藻的生長(zhǎng)溫度相關(guān)，唯一已知生物源48第四節(jié) 生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境一、生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境長(zhǎng)鏈不飽和酮類長(zhǎng)鏈不飽和酮類 指示作用：不飽和酮地層學(xué)古海水溫度 線性關(guān)系：U37K =0.033SST+0.043 不飽和指數(shù) 上覆海水表面溫度 厄爾尼諾現(xiàn)象 延伸到了缺少碳酸鹽而不可能進(jìn)行18O和有孔蟲分析的沉積物？49第四節(jié) 生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境一、生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境木質(zhì)素：木質(zhì)素： 研究木質(zhì)素的氧化降解產(chǎn)物，如芳香醛、酮、酸類的分布與結(jié)構(gòu)，可以鑒別木質(zhì)素與非木質(zhì)素、被子植物和裸子植物的輸入，從而提供古植被信息。氨基酸：氨基酸： 50第四節(jié) 生物標(biāo)志化合物與古環(huán)境二、利用氨基酸測(cè)定地質(zhì)年齡和古溫度術(shù)語(yǔ)： 旋光性或光學(xué)活性： 旋光異構(gòu)體或光學(xué)異構(gòu)體： 外消旋體：