沉积有机质的物质的形成与聚集.ppt

第一节 沉积有机质的成因 第二节 近现代沉积有机质 的物质组成 第三节 沉积有机质的聚集,第一章 沉积 有机质的形成与聚集,一、沉积有机质的来源 二、生物解剖结构与化学组成 三、生物质向沉积有机质的转化,第一节 沉积有机质的成因,（一）概述 1、有机质的定义 包括一切生物体及其分解或合成的各种产物 。 2、沉积有机质的分类,一、沉积有机质的来源,（二）自然界中有机碳的循环,1、自然界中碳的分类,还原碳：有机碳，如生物质 碳 氧化碳：无机碳，如碳酸盐岩 元素碳：如石墨，金刚石,2、自然界中碳的循环,思考题： 1.有机碳循环的不完整性会造成什么样的结果？ 2.有机碳循环研究对化石能源矿产的地质意义？,初次循环 二次循环 几天几十年 几百万年数亿年 水、生物、大气圈 岩石圈表层 岩石圈表层 岩石圈浅层 沉积有机质 化石能源矿产,（三）沉积有机质的来源,图1-2 生物进化与沉积有机质地史分布示意图 （据钟宁宁、秦勇等，1995）,图1-4 沟鞭藻与世界特大型油田分布的关系 （据何承全，1984） 思考题：为什么到元古界末期才有煤层形成？,（一）生物解剖结构 动物（细胞膜） 低等植物 植物 高等植物 根 表皮：角质层、腊质 茎 周皮：木栓层 皮层：通气、吸收 维管束：木质部 叶：表皮、叶肉、叶脉,二、生物解剖结构与化学组成,缘孔,图1-5 高等植物茎干的解剖结构 （据高信曾等， 1978）,木射线,动物来源的有机碎屑往往是海相或湖相沉积有机质的一种重要赋存形式，古生界沉积岩中常见的动物有机碎屑来源于笔石、几丁虫、虫颚以及某些来源不明的动物有机体，均为现代已灭绝了的动物。,图1-8 笔石体形态及表皮解剖结构（据Goodarzi，1984）,（二）生物质的化学组成,1、化合物组成 纤维素 碳水化合物 半纤维素 果胶质 化合物 木质素 芳香族高分子聚合物 蛋白质 含氮化合物 类脂化合物 混合物（脂肪、蜡质） 2、化合物稳定性序列（抗降解能力） 蛋白质色素脂肪半纤维素纤维素木质素 木栓质种子皮壳角质孢粉素蜡质和树脂,3、 化合物的化学结构,4、化合物元素组成 生物体 化合物不同 有机元素不同 有机质的元素和生烃能力不同 表1-1 植物及其化合物的元素组成,思考题 1. 生物质化合物的稳定序列及其原因？ 在沉积有机质研究中的意义？ 2. 化合物在生物质中的分布？ 3. 生物体的不同生物组成中有机元素的 相对丰度及其地质意义？,（一）沉积有机质形成过程 1、作用过程 再循环 死亡 分配 生物作用 吸收 生物质 降解产物 物理化学作用 大气、水体 埋葬作用 沉积有机质 气态分子和水 分解产物：氨基酸，糖类等 生物遗体 其它小分子化合物 合成产物：腐殖酸，沥青质 沉积有机质 生物残体 有机碎屑：生物残体 氧化降解阶段 还原合成阶段 沉积埋藏阶段,三、生物质向沉积有机质的转化,2、作用方式 细碎作用（机械作用）：物理作用，生物碎片 腐败作用（腐朽作用）：喜氧性细菌、真茵 消化作用（代谢作用）：粪粒、团块有机质 发酵作用（缩合作用）：厌氧性细菌、酶 碳水化合物 糖 蛋白质 氨基酸 脂肪 脂肪酸 木质素 腐殖酸和腐殖质 吸附作用（无机矿物）：沉淀、凝聚、转化作用 化学作用（水解作用）：水合作用、重排作用 压实作用：重力作用,3、影响因素 生物体本身的化学组成 影响因素 水体的动力状态 水介质性质（氧化还原、酸碱度、温度） 表1-2 植物与泥炭有机质化学组成的比较,（二）沉积有机质的形成作用 1、作用类型,2、泥炭化作用方式 凝胶化作用：强覆水、缺氧、还原、厌氧微生物 方式 丝炭化作用：氧化（暴露、流水、火灾） 残植化作用：覆水（流动）、富氧 透明残体：腐植酸沥青质水分 结果 不透明残体：化学结构高度缩聚的惰性物质 残积类脂物质：孢子花粉角质层树脂 木栓层 思考题： 1. 三种泥炭化作用方式的条件及其产物？ 2. 沉积有机质被埋藏后凝胶化作用是否还能进行？,一、沉积有机质的三重属性 二、腐植酸的化学组成 三、可抽提沥青的化学组成,第二节 近现代 沉积有机质的物质组成,1、概述 思考题：从哪些视角，采用哪些方法来研究沉积有机质？ 表2-2 沉积有机质的三重属性,一、沉积有机质的三重属性,2、不溶有机质（干酪根） 干酪根:不溶于有机溶剂的有机质浓缩物. 沉积岩中有机质的含量大都在0.51.5之间， 为了便于研究，往往要将其富集起来。 物理方法 干酪根的提取和分离方法 化学方法 物理化学方法 物理方法 浮选法、超声波法、电磁法、静电法以及基于矿物和 有机质湿润性质差异的分离方法 化学方法 盐酸+氢氟酸溶解无机矿物 思考题: 干酪根的制备及意义? 干酪根的类型及生烃贡献?,2、可溶有机质,褐煤蜡： 110 ，苯抽提物3% 德国：12%20%， 最高5060% 云南：9%,泥炭蜡：,表1-3 我国泥炭化合物平均化学组成 （干基，%）,1、腐植酸（HA）的定义 具有酸性、亲水性、吸附性和复杂多样结构的芳香性化合物。 2、腐植酸的结构 0.0010.1m的球形微粒联成的团聚体，无定形高分子胶体。 由芳核（单环、多环）、桥键（单桥、双桥）和活性基团 （-COOH、-OH、-C=O、-OCH3、C-O-C）联结而成。 图1-14 腐殖酸分子基本结构单元示意图（柴岫等，1990）,二、腐植酸的化学组成,3、腐植酸的产率与含量 腐植酸的产率（HAt）碱溶一次抽提 腐植酸的含量碱溶多次抽提 4、腐植酸的分类,5、腐植酸的成因判别 （1）H/C、N/C、O/C原子比 图1-15 腐殖酸成因判别的范氏图解（转引自Burand，1980）,海相和湖相软泥腐殖酸中的氢和氮总体上高于泥炭和土 壤，但碳含量相对较低，造成氢碳比和氮碳比显著较高。 （2）稳定碳同位素13C 光合作用的差异: 海水中的碳酸盐化合物，HCO-1离子的13C在0左右 大气中的CO2，13C分布于-7-9之间 思考题： 1. 腐植酸类型及元素组成与沉积环境的关系？ 2. 如何通过腐植酸来判断沉积有机质的成因？,1、可抽提物类型 溶于苯 苯沥青（褐煤蜡、泥岩蜡） 溶于氯仿（CHCl3） 氯仿沥青 二硫化碳（CS2） 二氯甲烷（CH2CL2） 2、氯仿沥青族组成,三、可抽提沥青的化学组成,思考题：氯仿沥青族组分研究的环境意义？ 1）生物质的烃类/非烃比率远远高于沉积有机质，表明在 生物质向沉积有机质转化过程中生物烃类受到明显损失； 2）海相和湖相沉积有机质的饱和烃芳烃比率往往高于 泥炭沼泽相，这是浮游生物脂肪含量较高而陆生植物 富含木质纤维素的必然结果 ； 3）泥炭氯仿沥青A中烃含量和烃类/非烃比率均具有藓类 泥炭草本泥炭木本泥炭的特征，这同样与沉（堆） 积介质条件、微生物活动性以及植物有机组成有关 ； 4）年轻沉积有机质内从活的生物体中继承下来的直接烃 类起着生物标记化合物的作用。,第三节 沉积有机质的聚集,一、陆地与海洋的沉积环境组合 二、泥炭的聚集环境 三、分散有机质的沉积分配 四、沉积有机质的分布,1、 沉积有机质聚集条件 1）足够生物量的供给； 2） 存在生物聚合物向沉积聚合物转化的环境条件； 3） 保证沉积有机质不被无机沉积物过分“稀释”而 相对集中; 4） 沉积有机质形成后能够得以妥善保存而在一定 地质历史中不被再次破坏。,一 、 陆地与海洋的沉积环境组合,2、沉积环境的定义 沉积环境是由一组物理、化学、生物学 上有别于相邻地区的自然地理单元。 3、沉积环境组合的类型 三 角 洲 冲积扇 过渡环境 滨海平原 大陆环境 河 流 水下浅滩 湖 泊 海洋环境 浅 海 深 海,沉积环境类型及其空间配置关系示意图（转引自任明达等，1985）,二 、泥炭的聚集环境,1、泥炭沼泽的概念 地表土壤充分润湿，有季节性或长期性积水，而且 生长了大量的喜湿植物 ，在地洼地带堆积有机质，并使 其转化为泥炭层的地区。 2、泥炭沼泽的形成 水域沼泽化：由湖泊、河流、泻湖等水域转化而来 陆地沼泽化：由陆地演化而来 （存在草甸泥炭沼泽化 和森林泥炭沼泽化两种基本形式） 3、泥炭沼泽的演化阶段 低位沼泽 中位沼泽 高位沼泽,（1）低位沼泽（营养沼泽） 地下水潜水面高于沼泽水面，地下水、地表水供 应营养成分，生长富营养的植物，介质为中性或微碱 性，泥炭厚、灰分高、沥青质含量和焦油产率较低。 （2）高位沼泽（贫营养沼泽或凸起 沼泽） 地下水潜水面低于沼泽水面，仅有大气降水补给， 沼泽水源供应不充足，水中缺少矿物质养分，尤其是 中心地带植物残体分解速度慢，与沼泽周边相比，泥 炭层凸起，水质介质为酸性，泥炭灰分低、有机质含 量高，厚度较薄。 （3）中位沼泽 介于高位与低位沼泽之间的一种过渡类型，介质 处于中性到微酸性。,（4）泥炭沼泽的垂向结构特征 氧化环境的表层 垂向结构 过渡条件的中间层 还原环境的底层,表2-2 各阶段泥炭沼泽的特征,4、泥炭堆积方式 （1）原地聚集（微异地聚集） 底板“根土岩”，煤中陆源物质少，大面积稳定。 （2）异地聚集 直接底板为粗碎屑岩，碳酸岩底板，斜插、倒立 的树干和树桩化石。,河北易县易水河河湾异地成因泥炭层剖面图 （据杨起等，1979）,5、泥炭堆积速率 大气和土壤温度 植物产率 沉积环境 植物残体的分解强度 降解率 泥炭产率 沼泽类型及稳定性 增长率 不同自然地带植物残体的堆积率与分解率（据柴岫等，1990）,分散有机质呈非连续相状态散布于沉积岩或沉积物的无机矿物基质中，以生物碎屑或有机胶体形式与陆源碎屑矿物共同沉积下来，多属异地和微异地成因 。 1、控制因素 （1）气候条件 高寒地区、赤道地区与中纬度地区的差别 （2）沉积环境 盆缘（“外源”）与盆内（“内源”）的差别 （3）水流机械搬运 水流速度、水体