有機沉積作用分析課件

1、第二章 有機沉積作用一、有機圈及有機碳的地化循環(huán)二、有機質(zhì)來源與有機沉積環(huán)境三、不同環(huán)境中有機質(zhì)沉積特征1、生物圈：活的生物分布、發(fā)育的空間。2、有機圈：地球上古今生物及以生物為來源的有機物分布、演變的 空間。它與生物圈并生并存，而內(nèi)含生物圈，范圍比生物圈大。 有機圈還包括生物死后，有機質(zhì)沉積、埋藏、演變、分布的地下 廣大空間沉積巖石圈。 所以，生物的繁衍和死亡，有機質(zhì)的沉積和深埋、煤、石 油、天然氣等有機礦產(chǎn)的形成都是在有機圈中進行的自然過程。一、有機圈及有機碳的地化循環(huán)保存下來的生物有機質(zhì)平均僅為其原始產(chǎn)量的0.8%左右氧化分解生化分解生物吞食3、有機碳的地化循環(huán)：一、有機圈及有機碳的地化

2、循環(huán)在整個有機圈中，有機碳及其構成的有機質(zhì)處于不斷的演化之中，具有明顯的循環(huán)性質(zhì)。地殼上有機碳的兩個主要循環(huán)系統(tǒng)，一個是在生物圈中的小循環(huán)，另一個是在有機圈中的大循環(huán)。 土壤沉積物中有機物，出露、開采至地表的有機礦產(chǎn)沉積巖中有機物、煤、干酪根等CO2光合作用植物和細菌 石油天然氣交換庫儲存庫有機碳循環(huán)示意圖生物圈123546變質(zhì)沉積巖中的有機物死亡的動植物細菌動物 巖石圈分解呼吸分解水體中分散有機質(zhì)1：動物呼吸放出CO22-3：細菌分解成CO24-5-6：自然抬升氧化 和人工開采燃燒。生物圈中有機碳的循環(huán)途徑CO2光合作用植物和自養(yǎng)細菌動物CO2呼吸CO2光合作用植物和自養(yǎng)細菌動物CO2菌解、

3、氧化死亡有機體CO2光合作用植物和自養(yǎng)細菌動物CO2菌解、氧化死亡有機體水中分散有機質(zhì)一、有機圈及有機碳的地化循環(huán)巖石圈中有機碳循環(huán)途徑水體中分散有機質(zhì)沉積物中有機質(zhì)沉積巖中有機質(zhì)（煤、干酪根）沉積埋藏成巖CO2上升氧化開采燃燒石油和天然氣、中牌號煤上升氧化開采燃燒CO2石油和天然氣、煤及變質(zhì)巖中有機質(zhì)上升氧化開采燃燒CO2一、有機圈及有機碳的地化循環(huán)沉積有機質(zhì)的概念 活體生物的遺體及其分泌物和排泄物直接或間接進入沉積物、或經(jīng)過生物降解作用和沉積埋藏作用被掩埋在沉積物中、或經(jīng)過縮聚作用演化生成新的有機化合物及其衍生物的那部分有機質(zhì)稱為沉積有機質(zhì)。 在這一概念中包含了三個層次： 一是活體生物活動

4、所產(chǎn)生的有機質(zhì)以及生物死亡后的尸體被保存在沉積物中的有機質(zhì)，包括烷烴、脂肪酸、甾、萜、卟啉等生標物 二是活體生物活動所產(chǎn)生的有機質(zhì)以及生物死亡后的尸體經(jīng)過生物作用而產(chǎn)生的新有機質(zhì)以及經(jīng)過生物作用而殘存的有機質(zhì)被保存在沉積物中 三是有機質(zhì)在埋藏演化過程中所新生成的有機質(zhì)，如石油、天然氣、煤、瀝青等。二、有機質(zhì)來源與有機沉積環(huán)境二、有機質(zhì)來源與有機沉積環(huán)境（一）有機質(zhì)來源沉積物中有機質(zhì)的數(shù)量和性質(zhì)不僅取決于生物的發(fā)育，還取決于有機質(zhì)的來源和有機沉積環(huán)境。 原地沉積有機質(zhì)：指原地生成并沉積埋藏于該地的有機質(zhì)； 異地沉積有機質(zhì)：指通過各種地質(zhì)營力搬運后而沉積埋藏的有機質(zhì)。 按地域進行劃分，大致可分為來

5、自沉積盆地的有機質(zhì)、來自沉積盆地以外的有機質(zhì)和混合來源的有機質(zhì)三種。 1、水盆地內(nèi)水生生物來源：并不意味著是原地來源，因有機質(zhì)以分散狀態(tài)在水中沉積下來的。以浮游植物來源最重要，其次是浮游動物和細菌。 2、水盆外陸源高等植物來源：并不是陸地生物都能被搬運到水盆沉積的，只有產(chǎn)量最高的生產(chǎn)者，又由抗氧耐腐的生化組分組成的高等植物殘體，才可能大量被帶到水盆地中參與有機質(zhì)的沉積。陸源有機質(zhì)對水盆地都是異地來源。只是在沼澤環(huán)境，高等植物多是原地來源。陸源有機質(zhì)，主要通過河流搬運到水盆地。 3、兩者兼有的混合來源：在湖泊環(huán)境、海陸過渡環(huán)境及淺海大陸架環(huán)境中，有機質(zhì)部分來源于盆地內(nèi)水生生物，部分來源于盆地外高

6、等植物。這種有機質(zhì)來源的二元性，不僅影響有機質(zhì)的數(shù)量，而且影響有機質(zhì)的性質(zhì)。 陸源有機質(zhì)一方面參與沉積，另一方面是水生生物的營養(yǎng)物。二、有機質(zhì)來源與有機沉積環(huán)境（一）有機質(zhì)來源1、水體環(huán)境的物理參數(shù) 物理參數(shù)指沉積物和有機質(zhì)沉積介質(zhì)的動態(tài)和靜態(tài)物理性質(zhì)。（二）控制有機沉積作用的因素 沉積速度與沉降速度對有機質(zhì)的影響較為復雜，一般說，過快沉積有“稀釋作用”，而過慢有機質(zhì)會被“暴露氧化”，都不利于有機質(zhì)的保存。 水體深度水體過深，不利有機質(zhì)保存，因在有機質(zhì)經(jīng)過很深水體時，常被其它生物或氧氣所消耗。 粘土礦物與有機質(zhì)的絮凝作用分泌物與粘土結合形成大顆粒而加快沉積；在生物體內(nèi)與粘土結合，以糞便形式排出

7、而加快沉積。 水流流速沉積物顆粒在水體中的沉降速度，可用斯托克斯公式計算：不適合有機質(zhì)沉積控制有機質(zhì)沉積作用的因素包括水體環(huán)境的物理參數(shù)、化學參數(shù)和生物參數(shù)。沉積速度與有機質(zhì)含量的關系過快速堆積造成的“稀釋作用”有機物供應恒定時，無機物稀釋了有機物2、水體環(huán)境的化學參數(shù) 氧化-還原電位(Eh)：當Eh=0為中性， Eh0為氧化環(huán)境， Eh0為還原環(huán)境。有機質(zhì)只有沉積在還原條件下才能保存持久，否則會“緩慢燃燒”。 含鐵自生礦物是氧化-還原環(huán)境的常用標志：褐鐵礦赤鐵礦海綠石鱗綠泥石菱鐵礦白鐵礦、黃鐵礦 （氧化環(huán)境） （弱氧化弱還原環(huán)境） （還原環(huán)境） （強還原環(huán)境）氧化帶 弱氧化帶 中性帶 弱還原

8、帶 還原帶 強還原帶（氧化鐵） （海綠石） （Fe3+、Fe2+） （菱鐵礦） （碳酸鐵） （硫化物） （氫氧化鐵） （富鐵綠泥石） （藍鐵礦） （硫化鐵） 有機質(zhì)主要保存在強還原帶弱還原帶，沉積物中有機質(zhì)含量豐富，本身就指示了處于良好的還原環(huán)境。 在強還原環(huán)境，零位面在水中；在氧化環(huán)境，零位面在泥中。 （二）控制有機沉積作用的因素 酸堿度(pH值)：酸性介質(zhì)pH7，中性介質(zhì)pH7，堿性介質(zhì)pH7。 當pH7.8時，有機質(zhì)常與碳酸鹽一起沉積，有機質(zhì)含量較高，就形成碳酸鹽巖生油巖。這種環(huán)境缺乏陸源沉積物補給，有機質(zhì)多為腐泥型。在pH7的強酸沼澤環(huán)境，堆積了以腐植型為主的有機質(zhì)。 鹽度：在淡水、微

9、咸水和正常咸水環(huán)境，水生生物都可大量發(fā)育。超咸水環(huán)境不利于生物發(fā)育，只剩下少數(shù)喜鹽生物。咸度周期性變化的環(huán)境，可造成不同生物群落的周期性繁殖和死亡，提供十分豐富的有機質(zhì)沉積 化學沉積一般順序：氧化物硅酸鹽碳酸鹽硫酸鹽鹵化物。 溫度：水生生物的發(fā)育與水體溫度有關。生物礁生活在熱帶海洋中；顯微粒狀灰質(zhì)藻，主要生長在溫暖地區(qū)；硅藻大量發(fā)育在寒冷地區(qū)。對有機質(zhì)沉積和保存最有影響的是熱帶、溫帶水盆地內(nèi)溫躍層的存在。（二）控制有機沉積作用的因素（二）控制有機沉積作用的因素3、水體環(huán)境的生物參數(shù) 提供有機質(zhì)和沉積物來源：生物的初生產(chǎn)率提供大量的有機質(zhì)來源。 改變沉積環(huán)境：生物活動引起CO2含量的變化可以影響

10、碳酸鹽的沉淀或溶解搬運。 加速沉積過程：有機質(zhì)與粘土的絮凝作用會加速有機質(zhì)的沉積作用。 消耗、改造有機質(zhì)：對于大量的高等植物有機質(zhì)，細菌的分解，還原作用更是主要的。 富集稀有微量元素：有機質(zhì)對許多元素的成礦都起著重要的作用。（一）海洋環(huán)境的有機質(zhì)沉積 1、沉積場所最大2、遠洋水域有機質(zhì)來源是單一的，近陸海域是混合的3、有機質(zhì)的有利沉積條件：表層生物產(chǎn)量高、下層缺氧還原，持續(xù)較快沉降、絮凝作用加速沉積。4、高能濱岸帶(濱海)不利于有機質(zhì)沉積保存5、大陸架是海洋內(nèi)有機質(zhì)的主要沉積區(qū)6、遠洋盆地是生物鈣質(zhì)、硅質(zhì)豐富沉積區(qū)和有機質(zhì)貧乏沉積區(qū)，以化學沉積為主。7、“堰塞”小洋盆和毗鄰大陸架的深海盆是有機

11、質(zhì)重要沉積區(qū)三、不同環(huán)境有機質(zhì)沉積特征（二）過渡環(huán)境的有機質(zhì)沉積 三角洲、河口灣和瀉湖位于陸地和海洋之間，兼有兩者特點。1、有機質(zhì)來源的二元性：淡水生物、半咸水、咸水生物并存。陸源搬運而來的高等植物。2、低能緩流還原環(huán)境，有利于有機質(zhì)沉積。3、干旱瀉湖環(huán)境，富有機質(zhì)泥巖常與蒸發(fā)巖組成旋回。 蒸發(fā)鹽巖盆地沉積分四個階段：靜海相階段旋回開始，鹽度升高，底水缺氧，生物發(fā)育，腐泥型有機質(zhì)濃縮階段海水濃縮，表層出現(xiàn)早期鹽類沉積，動物群稀少。穩(wěn)定蒸發(fā)階段蒸發(fā)鹽巖依次大量沉積，表層出現(xiàn)石鹽和石膏沉積。終結階段鹽充填盆地，最后形成鉀鹽。4、過渡帶以陸相淡水與海相咸水環(huán)境交替為特征，有機質(zhì)來源更復雜。2、低能緩

12、流還原環(huán)境，有利于有機質(zhì)沉積3、干旱瀉湖環(huán)境，富有機質(zhì)泥巖常與蒸發(fā)巖組成旋回。四個階段：A. 靜海相階段旋回開始，海水鹽度開始升高，底水停滯缺氧，生物發(fā)育，沉積了富有機質(zhì)腐泥巖相，常為油源巖；B. 濃縮階段海水濃縮，表層出現(xiàn)早期鹽類沉積，動物群稀少；C. 穩(wěn)定蒸發(fā)階段蒸發(fā)鹽巖依次大量沉積，表層出現(xiàn)石鹽和石膏沉積。D. 終結階段鹽充填盆地，最后形成鉀鹽。4、過渡帶以陸相淡水與海相咸水環(huán)境交替為特征，使有機質(zhì)生物來源更復雜。 水盆地中心以腐泥型為主。水盆地邊緣和河流三角洲處以混合型和腐植型為主。說明過渡性環(huán)境有機質(zhì)來源的二元性和復雜性。（三）湖泊環(huán)境的有機質(zhì)沉積 1、有機質(zhì)來源也具有二元性，并具有

13、多向性。2、營養(yǎng)型湖的浪基面以下的還原環(huán)境是有機質(zhì)的富集區(qū)。3、湖泊環(huán)境差異大，沉積的有機質(zhì)差異也大。4、營養(yǎng)型淡水湖泊的較深深湖及前三角洲亞環(huán)境沉積富。有機質(zhì)泥質(zhì)巖5、鹽湖中富有機質(zhì)的油頁巖、泥質(zhì)巖常與蒸發(fā)巖組成旋回。6、單斷式“箕狀”斷陷不對稱湖盆，有機質(zhì)亦呈不對稱展布。2、營養(yǎng)型湖的浪基面以下的還原環(huán)境是有機質(zhì)的富集區(qū)。0.10.20.30.40.50.00.060.110.160.230.30.40.50.60.7干酪根生烴潛量樣品個數(shù)樣品總數(shù)226617159泌陽凹陷核桃園組干酪根類型直方圖3、湖泊環(huán)境差異大，沉積的有機質(zhì)差異也大。4、營養(yǎng)型淡水湖泊的較深深湖及前三角洲亞環(huán)境沉積富有

14、機質(zhì)泥質(zhì)巖。5、鹽湖中富有機質(zhì)的油頁巖、泥質(zhì)巖常與蒸發(fā)巖組成旋回（四）沼澤環(huán)境的有機質(zhì)沉積 1、有機質(zhì)來源的原地單一性：原地大量繁殖的植物就地堆積，異地碎屑和有機質(zhì)稀少。 2、溫和潮濕的氣候和長期停滯的水體有利于沼澤發(fā)育和泥炭沉積：在地表淺層，死亡的有機體是處在氧化弱氧化環(huán)境中，而在停滯水體的下層，隨著氧被消耗，逐漸轉(zhuǎn)化成還原環(huán)境，使部分有機質(zhì)堆積保留下來。一般來說，泥炭的形成率(即泥炭的堆積量與植物的生產(chǎn)量之比)不到10%，即只有不到植物總產(chǎn)量的10%可以形成泥炭。 3、沼澤沉積的有機質(zhì)豐度最高、類型單一。沼澤環(huán)境可劃分為閉流盆地、充水泥炭沼澤和腐泥湖泊-沼澤3種類型煤層腐殖煤腐泥煤4、沼澤

15、煤系常與湖泊、瀉湖生油層系交替：形成沼澤一條重要途徑是湖泊，瀉湖的淤積陸化。湖泊相或瀉湖富有機質(zhì)沉積常組成剖面下部，向上逐漸過渡為煤系沉積。結 論 1、地球上古今生物機器死亡后有機物展布、演變的空間有機圈。地球化學家最感興趣的碳循環(huán)。 2、原始有機質(zhì)來源可分為：水盆內(nèi)水生生物來源、陸地高等植物來源和混合來源。水盆內(nèi)生物來源并不意味著是原地來源。 3、沉積環(huán)境控制有機質(zhì)的沉積。環(huán)境是具有一套特定的物理、化學和生物學變量，形成的巖層具有專門特征的地理單元。有機相是有機質(zhì)數(shù)量和類型、來源和沉積環(huán)境的有規(guī)律的綜合。 4、有利于有機質(zhì)沉積的物理參數(shù)水流緩慢、粘土絮凝、水能低、水深中等、適當?shù)某练e速率和沉降速率，等。 5、有利于有機質(zhì)沉積的化學參數(shù)水體保持還原環(huán)境、溫度、酸堿度、鹽度適當。鹽躍層、溫躍層對形成還原環(huán)境、生物發(fā)育和有機質(zhì)沉積都有利。 6、生物既是有機質(zhì)來源，又是有機質(zhì)沉積的重要環(huán)境參數(shù)。自身耗氧造成還原環(huán)境；與粘土絮凝加速沉積；微生物對有機質(zhì)有重要的改造作用；富集稀有微量元素。結 論 7、海洋環(huán)境有機質(zhì)沉積的主要特征是最大的有機質(zhì)沉積空間；遠洋盆地有機質(zhì)來源單一，近陸海具有二元性；有利的環(huán)境表層生物高產(chǎn)、下層缺氧還原、持續(xù)較快沉降、絮凝加速沉積。 8、海陸過渡環(huán)境有