沉積有機(jī)質(zhì)的物質(zhì)的形成與聚集

關(guān)于沉積有機(jī)質(zhì)的物質(zhì)的形成與聚集第1頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五一、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)的成因第2頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五（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

一、沉積有機(jī)質(zhì)的來源第3頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五（二）自然界中有機(jī)碳的循環(huán)

1、自然界中碳的分類

第4頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五

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，金剛石第5頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五第6頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五2、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)聚集聚集第7頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五思考題：

1.有機(jī)碳循環(huán)的不完整性會造成什么樣的結(jié)果？

2.有機(jī)碳循環(huán)研究對化石能源礦產(chǎn)的地質(zhì)意義？

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)第8頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五第9頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五（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）第10頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五

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？第11頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五（一）生物解剖結(jié)構(gòu)

動物（細(xì)胞膜）低等植物植物高等植物根

表皮：角質(zhì)層、臘質(zhì)

周皮：木栓層、木栓

莖形成層、栓內(nèi)層

皮層：同化、儲藏、

通氣、吸收

維管柱：維管束、髓部葉：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）管胞管胞木射線第12頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五動物來源的有機(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物有機(jī)體，均為現(xiàn)代已滅絕了的動物。圖1-8筆石體形態(tài)及表皮解剖結(jié)構(gòu)（據(jù)Goodarzi，1984）第13頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五（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<蠟質(zhì)和樹脂第14頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五3、化合物的化學(xué)結(jié)構(gòu)第15頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五4、化合物元素組成生物體化合物不同有機(jī)元素不同

有機(jī)質(zhì)的元素和生烴能力不同

表1-1植物及其化合物的元素組成

木質(zhì)素和碳水化合物元素組成富碳、富氧和貧氫，蛋白質(zhì)富碳，類脂化合物富氫、富碳而貧氧，造成高等植物富碳貧氫和低等植物富氫貧氮的總體特征，第16頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五（一）沉積有機(jī)質(zhì)形成過程1、作用過程

再循環(huán)

死亡

分配

生物作用吸收生物質(zhì)降解產(chǎn)物物理化學(xué)作用大氣、水體

埋葬作用沉積有機(jī)質(zhì)氣態(tài)分子和水分解產(chǎn)物：氨基酸，糖類等生物遺體其它小分子化合物合成產(chǎn)物：腐殖酸，瀝青質(zhì)

沉積有機(jī)質(zhì)生物殘?bào)w有機(jī)碎屑：生物殘?bào)w氧化－降解階段還原－合成階段沉積－埋藏階段三、生物質(zhì)向沉積有機(jī)質(zhì)的轉(zhuǎn)化第17頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五3、影響因素生物體本身的化學(xué)組成影響因素水體的動力狀態(tài)水介質(zhì)性質(zhì)（氧化還原、酸堿度、溫度）

表1-2植物與泥炭有機(jī)質(zhì)化學(xué)組成的比較

第18頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五（二）沉積有機(jī)質(zhì)的形成作用

1、作用類型

第19頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五2、泥炭化作用方式

①凝膠化作用：強(qiáng)覆水、缺氧、還原、厭氧微生物

方式

②絲炭化作用：氧化（暴露、流水、火災(zāi)）

③殘植化作用：覆水（流動）、富氧

①透明殘?bào)w：腐植酸＋瀝青質(zhì)＋水分

結(jié)果

②不透明殘?bào)w：化學(xué)結(jié)構(gòu)高度縮聚的惰性物質(zhì)

③殘積類脂物質(zhì)：孢子＋花粉＋角質(zhì)層＋樹脂＋木栓層思考題：

1.三種泥炭化作用方式的條件及其產(chǎn)物？

2.沉積有機(jī)質(zhì)被埋藏后凝膠化作用是否還能進(jìn)行？第20頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五圖1-12凝膠化作用與絲炭化作用關(guān)系示意圖

（據(jù)熱姆丘日尼科夫等，1960）

絲炭化作用第21頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五一、沉積有機(jī)質(zhì)的三重屬性二、腐植酸的化學(xué)組成三、可抽提瀝青的化學(xué)組成

第二節(jié)近現(xiàn)代沉積有機(jī)質(zhì)的物質(zhì)組成

第22頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五1、概述思考題：從哪些視角，采用哪些方法來研究沉積有機(jī)質(zhì)？表2-2沉積有機(jī)質(zhì)的三重屬性

一、沉積有機(jī)質(zhì)的三重屬性第23頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五2、不溶有機(jī)質(zhì)（干酪根）

干酪根:不溶于有機(jī)溶劑的有機(jī)質(zhì)濃縮物.

沉積巖中有機(jī)質(zhì)的含量大都在0.5～1.5％之間，為了便于研究，往往要將其富集起來。物理方法干酪根的提取和分離方法化學(xué)方法物理化學(xué)方法

★物理方法浮選法、超聲波法、電磁法、靜電法以及基于礦物和有機(jī)質(zhì)濕潤性質(zhì)差異的分離方法

★化學(xué)方法鹽酸+氫氟酸溶解無機(jī)礦物

第24頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五2、可溶有機(jī)質(zhì)

第25頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五表1-3我國泥炭化合物平均化學(xué)組成（干基，%）第26頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五1、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)

0.001~0.1μm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，1990）

二、腐植酸的化學(xué)組成

第27頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五3、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

第28頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五5、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第29頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五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，但碳含量相對較低，造成氫碳比和氮碳比顯著較高。（2）穩(wěn)定碳同位素δ13C

光合作用的差異:

海水中的碳酸鹽化合物，HCO３-1離子的δ13C在0‰左右大氣中的CO2，δ13C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？第30頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五1、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Ａ

二硫化碳（CS2）

二氯甲烷（CH2CL2）

2、氯仿瀝青Ａ族組成

三、可抽提瀝青的化學(xué)組成第31頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五思考題：氯仿瀝青Ａ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32頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五第三節(jié)沉積有機(jī)質(zhì)的聚集

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)的分布第33頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五1、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)境組合第34頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五2、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

深海第35頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五第36頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五第37頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五沉積環(huán)境類型及其空間配置關(guān)系示意圖（轉(zhuǎn)引自任明達(dá)等，1985）

第38頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五二、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

第39頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五（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。

第40頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五（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)境的底層表2-2各階段泥炭沼澤的特征第41頁，共47頁，2023年，2月20日，星期五4、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