第1章沉積有機(jī)質(zhì)的物質(zhì)的形成與聚集課件

1、第1章沉積有機(jī)質(zhì)的物質(zhì)的形成與聚集課件一、沉積有機(jī)質(zhì)的來源二、生物解剖結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成 三、生物質(zhì)向沉積有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化 第一節(jié) 沉積有機(jī)質(zhì)的成因（一）概述 1、有機(jī)質(zhì)的定義 包括一切生物體及其分解或合成的各種產(chǎn)物 。 2、沉積有機(jī)質(zhì)的分類 按成巖狀態(tài)沉積物中有機(jī)質(zhì)沉積巖中有機(jī)質(zhì) 按聚集狀態(tài)聚集有機(jī)質(zhì)分散有機(jī)質(zhì)一、沉積有機(jī)質(zhì)的來源 （二）自然界中有機(jī)碳的循環(huán) 1、自然界中碳的分類 類 型形 式 數(shù)量（t） 有機(jī)碳 沉積體1.31016 生物體 (0.31.3) 1012無機(jī)碳（氧化碳）沉積巖中碳酸鹽 61016 非沉積巖中碳酸鹽 11016 海水中碳酸鹽 51013 火成巖和變質(zhì)巖（元素碳） 110

2、16 溶解于海水中的碳 11012大氣二氧化碳中碳 11012 還原碳：有機(jī)碳，如生物質(zhì) 碳 氧化碳：無機(jī)碳，如碳酸鹽巖 元素碳：如石墨，金剛石沉積有機(jī)碳 （還原碳）類型形式數(shù)量（t） 不溶有機(jī)碳 粘土巖和頁巖 8.91015 碳酸鹽巖 1.81015砂巖1.31015煤層(厚度0.6m) 1.51013可溶有機(jī)碳儲(chǔ)集巖中瀝青 2.81014 儲(chǔ)集巖中石油 2.71014 非儲(chǔ)集巖中瀝青 51011 非儲(chǔ)集巖中石油 1.1 1011 2、自然界中碳的循環(huán) 圖2-1 有機(jī)碳及沉積有機(jī)碳的循環(huán)聚集聚集思考題： 1.有機(jī)碳循環(huán)的不完整性會(huì)造成什么樣的結(jié)果？ 2.有機(jī)碳循環(huán)研究對(duì)化石能源礦產(chǎn)的地質(zhì)意義

3、？ 初次循環(huán) 二次循環(huán) 幾天幾十年 幾百萬年數(shù)億年 水、生物、大氣圈 巖石圈表層 巖石圈表層 巖石圈淺層 沉積有機(jī)質(zhì) 化石能源礦產(chǎn)（三）沉積有機(jī)質(zhì)的來源 圖1-2 生物進(jìn)化與沉積有機(jī)質(zhì)地史分布示意圖（據(jù)鐘寧寧、秦勇等，1995） 圖1-4 溝鞭藻與世界特大型油田分布的關(guān)系 （據(jù)何承全，1984） 思考題：為什么到元古界末期才有煤層形成？（一）生物解剖結(jié)構(gòu) 動(dòng)物（細(xì)胞膜） 低等植物 植物 高等植物 根 表皮：角質(zhì)層、臘質(zhì) 莖 周皮：木栓層 皮層：通氣、吸收 維管束：木質(zhì)部 葉：表皮、葉肉、葉脈二、生物解剖結(jié)構(gòu)與化學(xué)組成緣孔圖1-5 高等植物莖干的解剖結(jié)構(gòu) （據(jù)高信曾等， 1978）管胞管胞木射線

4、 動(dòng)物來源的有機(jī)碎屑往往是海相或湖相沉積有機(jī)質(zhì)的一種重要賦存形式，古生界沉積巖中常見的動(dòng)物有機(jī)碎屑來源于筆石、幾丁蟲、蟲顎以及某些來源不明的動(dòng)物有機(jī)體，均為現(xiàn)代已滅絕了的動(dòng)物。圖1-8 筆石體形態(tài)及表皮解剖結(jié)構(gòu)（據(jù)Goodarzi，1984）（二）生物質(zhì)的化學(xué)組成 1、化合物組成 纖維素碳水化合物 半纖維素 果膠質(zhì)化合物木質(zhì)素 芳香族高分子聚合物 蛋白質(zhì) 含氮化合物 類脂化合物混合物（脂肪、蠟質(zhì)）2、化合物穩(wěn)定性序列（抗降解能力） 蛋白質(zhì)色素脂肪半纖維素纖維素木質(zhì)素 木栓質(zhì)種子皮殼角質(zhì)孢粉素3% 德國：12%20%， 最高5060% 云南：9% 泥炭蠟：表1-3 我國泥炭化合物平均化學(xué)組成 （

5、干基，%）泥炭類型有機(jī)質(zhì)化合物組成 水溶物+半纖維素 水解物腐殖酸苯溶物木質(zhì)素蘚類29.545.9221.462.543.04草本-蘚類14.096.6530.851.876.42草本9.163.5433.141.414.85木本0.480.6139.825.610.851、腐植酸（HA）的定義 具有酸性、親水性、吸附性和復(fù)雜多樣結(jié)構(gòu)的芳香性化合物。2、腐植酸的結(jié)構(gòu) 0.0010.1m的球形微粒聯(lián)成的團(tuán)聚體，無定形高分子膠體。 由芳核（單環(huán)、多環(huán)）、橋鍵（單橋、雙橋）和活性基團(tuán) （-COOH、-OH、-C=O、-OCH3、C-O-C）聯(lián)結(jié)而成。 圖1-14 腐殖酸分子基本結(jié)構(gòu)單元示意圖（柴岫等

6、，1990） 二、腐植酸的化學(xué)組成 3、腐植酸的產(chǎn)率與含量 腐植酸的產(chǎn)率（HAt）堿溶一次抽提 腐植酸的含量堿溶多次抽提4、腐植酸的分類 有機(jī)質(zhì)類型腐植酸的產(chǎn)率（HAt） 泥炭 1050% 褐煤1 2080% 褐煤2 20%根據(jù)溶解性質(zhì)黃腐酸溶于酸12%富里酸棕腐酸溶于丙酮或乙醇 10% 胡敏酸黑腐酸沉淀部分8590%5、腐植酸的成因判別 （1）H/C、N/C、O/C原子比圖1-15 腐殖酸成因判別的范氏圖解（轉(zhuǎn)引自Burand，1980） 1海洋、湖泊 水下沉積物2寒冷氣候或 酸性介質(zhì)3熱帶潮濕氣 候4干濕季節(jié)明 顯交替氣候H/C 海相和湖相軟泥腐殖酸中的氫和氮總體上高于泥炭和土 壤，但碳含

7、量相對(duì)較低，造成氫碳比和氮碳比顯著較高。（2）穩(wěn)定碳同位素13C 光合作用的差異: 海水中的碳酸鹽化合物，HCO-1離子的13C在0左右 大氣中的CO2，13C分布于-7-9之間 思考題： 1. 腐植酸類型及元素組成與沉積環(huán)境的關(guān)系？ 2. 如何通過腐植酸來判斷沉積有機(jī)質(zhì)的成因？生物中腐殖酸海洋浮游生物海相沉積物腐殖酸陸生和淡水植物陸相沉積物腐殖酸13C/-13-28-21-23-14-32-25-271、可抽提物類型 溶于苯 苯瀝青（褐煤蠟、泥巖蠟） 溶于氯仿（CHCl3） 氯仿瀝青 二硫化碳（CS2） 二氯甲烷（CH2CL2）2、氯仿瀝青族組成三、可抽提瀝青的化學(xué)組成氯仿瀝青族組成 烴類

8、飽和烴 芳烴非烴類膠質(zhì)半流體狀，溶于石油醚 瀝青質(zhì)黑色固體，不溶于石油醚思考題：氯仿瀝青族組分研究的環(huán)境意義？ 1）生物質(zhì)的烴類/非烴比率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于沉積有機(jī)質(zhì)，表明在 生物質(zhì)向沉積有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中生物烴類受到明顯損失； 2）海相和湖相沉積有機(jī)質(zhì)的飽和烴芳烴比率往往高于 泥炭沼澤相，這是浮游生物脂肪含量較高而陸生植物 富含木質(zhì)纖維素的必然結(jié)果 ； 3）泥炭氯仿瀝青A中烴含量和烴類/非烴比率均具有蘚類 泥炭草本泥炭木本泥炭的特征，這同樣與沉（堆） 積介質(zhì)條件、微生物活動(dòng)性以及植物有機(jī)組成有關(guān) ； 4）年輕沉積有機(jī)質(zhì)內(nèi)從活的生物體中繼承下來的直接烴 類起著生物標(biāo)記化合物的作用。第三節(jié) 沉積有機(jī)質(zhì)的聚集

9、 一、陸地與海洋的沉積環(huán)境組合二、泥炭的聚集環(huán)境 三、分散有機(jī)質(zhì)的沉積分配 四、沉積有機(jī)質(zhì)的分布1、 沉積有機(jī)質(zhì)聚集條件 1）足夠生物量的供給； 2） 存在生物聚合物向沉積聚合物轉(zhuǎn)化的環(huán)境條件； 3） 保證沉積有機(jī)質(zhì)不被無機(jī)沉積物過分“稀釋”而 相對(duì)集中; 4） 沉積有機(jī)質(zhì)形成后能夠得以妥善保存而在一定 地質(zhì)歷史中不被再次破壞。一 、 陸地與海洋的沉積環(huán)境組合2、沉積環(huán)境的定義 沉積環(huán)境是由一組物理、化學(xué)、生物學(xué) 上有別于相鄰地區(qū)的自然地理單元。3、沉積環(huán)境組合的類型 三 角 洲 沖積扇 過渡環(huán)境 濱海平原 大陸環(huán)境 河 流 水下淺灘 湖 泊 海洋環(huán)境 淺 海 深 海沉積環(huán)境類型及其空間配置關(guān)

10、系示意圖（轉(zhuǎn)引自任明達(dá)等，1985） 二 、泥炭的聚集環(huán)境1、泥炭沼澤的概念 地表土壤充分潤濕，有季節(jié)性或長期性積水，而且 生長了大量的喜濕植物 ，在地洼地帶堆積有機(jī)質(zhì)，并使 其轉(zhuǎn)化為泥炭層的地區(qū)。2、泥炭沼澤的形成 水域沼澤化：由湖泊、河流、瀉湖等水域轉(zhuǎn)化而來 陸地沼澤化：由陸地演化而來 （存在草甸泥炭沼澤化 和森林泥炭沼澤化兩種基本形式）3、泥炭沼澤的演化階段 低位沼澤中位沼澤 高位沼澤 （1）低位沼澤（營養(yǎng)沼澤） 地下水潛水面高于沼澤水面，地下水、地表水供 應(yīng)營養(yǎng)成分，生長富營養(yǎng)的植物，介質(zhì)為中性或微堿 性，泥炭厚、灰分高、瀝青質(zhì)含量和焦油產(chǎn)率較低。 （2）高位沼澤（貧營養(yǎng)沼澤或凸起 沼

11、澤） 地下水潛水面低于沼澤水面，僅有大氣降水補(bǔ)給， 沼澤水源供應(yīng)不充足，水中缺少礦物質(zhì)養(yǎng)分，尤其是 中心地帶植物殘?bào)w分解速度慢，與沼澤周邊相比，泥 炭層凸起，水質(zhì)介質(zhì)為酸性，泥炭灰分低、有機(jī)質(zhì)含 量高，厚度較薄。 （3）中位沼澤 介于高位與低位沼澤之間的一種過渡類型，介質(zhì) 處于中性到微酸性。 泥炭沼澤完整發(fā)育過程示意圖1富營養(yǎng)泥炭；中營養(yǎng)泥炭；貧營養(yǎng)泥炭 ；4潛水面陸地沼澤化水域沼澤化 淺水緩岸深水陡岸4（4）泥炭沼澤的垂向結(jié)構(gòu)特征 氧化環(huán)境的表層 垂向結(jié)構(gòu) 過渡條件的中間層 還原環(huán)境的底層沼澤類型低位沼澤中位沼澤高位沼澤植物種類 高等植物 中等養(yǎng)分植物 中等養(yǎng)分植物 地理位置 地形低洼處 中

12、等地形較高處介質(zhì)特征 中性微堿性 中性微酸性 酸性泥炭厚薄 厚薄 灰分含量 高中等低表2-2 各階段泥炭沼澤的特征4、泥炭堆積方式 （1）原地聚集（微異地聚集） 底板“根土巖”，煤中陸源物質(zhì)少，大面積穩(wěn)定。 （2）異地聚集 直接底板為粗碎屑巖，碳酸巖底板，斜插、倒立 的樹干和樹樁化石。 河北易縣易水河河灣異地成因泥炭層剖面圖 （據(jù)楊起等，1979） 5、泥炭堆積速率 大氣和土壤溫度 植物產(chǎn)率 沉積環(huán)境 植物殘?bào)w的分解強(qiáng)度 降解率 泥炭產(chǎn)率 沼澤類型及穩(wěn)定性 增長率不同自然地帶植物殘?bào)w的堆積率與分解率（據(jù)柴岫等，1990） 自然地帶最熱月平均氣溫（C） 堆積率（t/ha ）-1 分解率（t/ha

13、） -1 極地凍原帶苔原帶針葉林帶闊葉林帶森林草原帶草原荒漠帶溫帶荒漠帶亞熱帶森林赤道雨林熱帶稀樹草原 0.07.217.018.521.025.028.025.5 26.027.00.31.48.09.010.02.00.211.0 16.56.0極弱極弱6.07.510.014.017.015.0 15.015.0 分散有機(jī)質(zhì)呈非連續(xù)相狀態(tài)散布于沉積巖或沉積物的無機(jī)礦物基質(zhì)中，以生物碎屑或有機(jī)膠體形式與陸源碎屑礦物共同沉積下來，多屬異地和微異地成因 。1、控制因素 （1）氣候條件 高寒地區(qū)、赤道地區(qū)與中緯度地區(qū)的差別 （2）沉積環(huán)境 盆緣（“外源”）與盆內(nèi)（“內(nèi)源”）的差別 （3）水流機(jī)械搬運(yùn) 水流速度、水體深度、水介質(zhì)化學(xué)性質(zhì) 三 、分散有機(jī)質(zhì)的沉積分配 加里福尼亞大陸架邊緣沉積有機(jī)碳豐度 與水體溶解氧濃度之間關(guān)系（據(jù)Douglas，1981） 優(yōu)質(zhì)生油巖主要形 成于深水、滯留、缺氧的環(huán)境 1、沉積有機(jī)質(zhì)分布與生物演化及氣候的關(guān)系四 、沉積有機(jī)質(zhì)的分布