第一章沉积有机质的物质的形成与聚集

1、第一节第一节 沉积有机质的成因沉积有机质的成因第二节第二节 近现代沉积有机质近现代沉积有机质 的物质组成的物质组成第三节第三节 沉积有机质的聚集沉积有机质的聚集 第一章第一章 沉积沉积 有机质的形成与聚集有机质的形成与聚集一、沉积有机质的来源一、沉积有机质的来源二、生物解剖结构与化学组成二、生物解剖结构与化学组成 三、生物质向沉积有机质的转化三、生物质向沉积有机质的转化 第一节第一节 沉积有机质的成因沉积有机质的成因（一）概述（一）概述 1、有机质的定义有机质的定义 包括一切生物体及其分解或合成的各种产物包括一切生物体及其分解或合成的各种产物 。 2 2、沉积有机质的分类、沉积有机质的分类一、

2、沉积有机质的来源一、沉积有机质的来源 （二）（二）自然界中有机碳的循环自然界中有机碳的循环 1、自然界中碳的分类自然界中碳的分类 还原碳：有机碳，如生物质还原碳：有机碳，如生物质 碳碳 氧化碳：无机碳，如碳酸盐岩氧化碳：无机碳，如碳酸盐岩 元素碳：如石墨，金刚石元素碳：如石墨，金刚石2、自然界中碳的循环自然界中碳的循环 年轻年轻沉积物沉积物 光合作用光合作用: : 植物植物 动物动物 生物遗体生物遗体 二氧化碳二氧化碳 不同不同成熟度分散有机质成熟度分散有机质 高高成熟度分散有机质成熟度分散有机质 元素碳元素碳 石油与天然气石油与天然气 循环循环 1 1 循环循环 2 2 图图2-1 2-1

3、有机碳及沉积有机碳的循环有机碳及沉积有机碳的循环聚集聚集聚集聚集思考题思考题： 1.1.有机碳循环的不完整性会造成什么样的结果？有机碳循环的不完整性会造成什么样的结果？ 2.2.有机碳循环研究对化石能源矿产的地质意义？有机碳循环研究对化石能源矿产的地质意义？ 初次循环初次循环 二次循环二次循环 几天几天几十年几十年 几百万年几百万年数亿年数亿年 水、生物、大气圈水、生物、大气圈 岩石圈表层岩石圈表层 岩石圈表层岩石圈表层 岩石圈浅层岩石圈浅层 沉积有机质沉积有机质 化石能源矿产化石能源矿产（三）（三）沉积有机质的来源沉积有机质的来源 图图1-2 1-2 生物进化与沉积有机质地史分布示意图生物进

4、化与沉积有机质地史分布示意图（据钟宁宁、秦勇等，（据钟宁宁、秦勇等，19951995） 图图1-4 1-4 沟鞭藻与世界特大型油田分布的关系沟鞭藻与世界特大型油田分布的关系 （据何承全，（据何承全，19841984） 思考题：思考题：为什么到元古界末期才有煤层形成？为什么到元古界末期才有煤层形成？（一）生物解剖结构（一）生物解剖结构 动物（细胞膜）动物（细胞膜） 低等植物低等植物 植物植物 高等植物高等植物 根根 表皮：表皮：角质层、腊质角质层、腊质 周皮周皮：木栓层：木栓层、木栓、木栓 茎茎 形成层、栓内层形成层、栓内层 皮层：皮层：同化、储藏、同化、储藏、 通气、吸收通气、吸收 维管维管柱

5、柱：维管束、髓部维管束、髓部 叶：叶：表皮、叶肉、叶脉表皮、叶肉、叶脉二、生物解剖结构与化学组成二、生物解剖结构与化学组成缘孔图图1-5 1-5 高等植物茎干的解剖结构高等植物茎干的解剖结构 （据高信曾等，（据高信曾等， 19781978）管胞管胞木射线 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。已灭绝了的动

6、物。图图1-8 1-8 笔石体形态及表皮解剖结构（据笔石体形态及表皮解剖结构（据GoodarziGoodarzi，19841984）（二）生物质的化学组成（二）生物质的化学组成 1 1、化合物组成、化合物组成 纤维素纤维素碳水化合物碳水化合物 半纤维素半纤维素 果胶质果胶质化合物木质素化合物木质素 芳香族高分子聚合物芳香族高分子聚合物 蛋白质蛋白质 含氮化合物含氮化合物 类脂化合物类脂化合物混合物（脂肪、蜡质）混合物（脂肪、蜡质）2 2、化合物、化合物稳定性序列（抗降解能力）稳定性序列（抗降解能力） 蛋白质蛋白质色素色素脂肪脂肪半纤维素半纤维素纤维素纤维素木质素木质素 木栓质木栓质种子皮壳种子

7、皮壳角质角质孢粉素孢粉素蜡质和树脂蜡质和树脂3 3、 化合物的化学结构化合物的化学结构4 4、化合物元素组成、化合物元素组成 生物体生物体 化合物不同化合物不同 有机元素不同有机元素不同 有机质的元素和生烃有机质的元素和生烃能力不同能力不同 表表1-1 植物及其化合物的元素组成植物及其化合物的元素组成 木质素和碳水化合物元素组成富碳、富氧和贫氢，蛋白质富碳，类脂木质素和碳水化合物元素组成富碳、富氧和贫氢，蛋白质富碳，类脂化合物富氢、富碳而贫氧，造成高等植物富碳贫氢和低等植物富氢贫化合物富氢、富碳而贫氧，造成高等植物富碳贫氢和低等植物富氢贫氮的总体特征，氮的总体特征，（一）沉积有机质形成过程（一

8、）沉积有机质形成过程 1 1、作用过程、作用过程 再循环再循环 死亡死亡 分配分配 生物作用生物作用 吸收吸收生物质生物质 降解产物降解产物 物理化学作用物理化学作用 大气、水体大气、水体 埋葬作用埋葬作用 沉积有机质沉积有机质 气态分子和水气态分子和水 分解产物：氨基酸，糖类等分解产物：氨基酸，糖类等生物遗体生物遗体 其它小分子化合物其它小分子化合物 合成产物：腐殖酸，沥青质合成产物：腐殖酸，沥青质 沉积有机质沉积有机质 生物残体生物残体 有机碎屑：生物残体有机碎屑：生物残体 氧化降解阶段还原合成阶段氧化降解阶段还原合成阶段 沉积埋藏阶段沉积埋藏阶段三、生物质向沉积有机质的转化三、生物质向沉

9、积有机质的转化3 3、影响因素、影响因素 生物体本身的化学组成生物体本身的化学组成 影响因素影响因素 水体的动力状态水体的动力状态 水介质性质（氧化还原、酸碱度、温度）水介质性质（氧化还原、酸碱度、温度） 表表1-2 1-2 植物与泥炭有机质化学组成的比较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（二）沉积有机质的形成作用 1 1、作用类型、作用类型 2 2、泥炭化作用方式、泥炭化作用方式 凝胶化作用：强覆水、缺氧、还原、厌氧微生物凝胶化作用：强覆水、缺氧、还原、厌氧微生物 方方式式 丝炭化作用：氧化（暴露、流水、火灾）丝炭化作用：氧化（暴露、流水、火灾） 残植化作用：覆水（流

10、动）、富氧残植化作用：覆水（流动）、富氧 透明残体：腐植酸沥青质水分透明残体：腐植酸沥青质水分 结果结果 不透明残体：化学结构高度缩聚的惰性物质不透明残体：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残积类脂物质：孢子花粉角质层树脂 木栓层木栓层思考题：思考题： 1. 三种泥炭化作用方式的条件及其产物？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？沉积有机质被埋藏后凝胶化作用是否还能进行？图1-12 凝胶化作用与丝炭化作用关系示意图 （据热姆丘日尼科夫等，1960） 丝炭化作用丝炭化作用一、沉积有机质的三重属性一、沉积有机质的三重属性 二、

11、腐植酸的化学组成二、腐植酸的化学组成 三、可抽提沥青的化学组成三、可抽提沥青的化学组成 第二节第二节 近现代近现代 沉积有机质的物质组成沉积有机质的物质组成 1、概述、概述思考题：思考题：从哪些视角，采用哪些方法来研究沉积有机质？从哪些视角，采用哪些方法来研究沉积有机质？ 表表2-2 沉积有机质的三重属性沉积有机质的三重属性 一、沉积有机质的三重属性一、沉积有机质的三重属性2 2、不溶有机质（干酪根）、不溶有机质（干酪根） 干酪根干酪根: :不溶于有机溶剂的有机质浓缩物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沉积岩中有机质的含量大都在0.50.51.51.5之间，之间，

12、为了便于研究，往往要将其富集起来。为了便于研究，往往要将其富集起来。 物理方法物理方法 干酪根的提取和分离方法干酪根的提取和分离方法 化学方法化学方法 物理化学方法物理化学方法 物理方法物理方法 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 有机质湿润性质有机质湿润性质差异的差异的分离方法分离方法 化学方法化学方法 盐酸盐酸+ +氢氟酸溶解无机矿物氢氟酸溶解无机矿物 2 2、可溶有机质、可溶有机质 表表1-3 1-3 我国泥炭化合物平均化学组成我国泥炭化合物平均化学组成 （干基，（干基，% %）1、腐植酸（、腐植酸（HA）的定义）的定义 具有酸性

13、、亲水性、吸附性和复杂多样结构的芳香性化合物。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、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。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。）联结而成。 图图1-14 1-14 腐殖酸分子基本结构单元示意图（柴岫等，腐殖酸分子基本结构单元示意图（柴岫等，19901990） 二、腐植酸的化学组成二、腐植酸的化学组成 3、腐植酸的产率与含

14、量、腐植酸的产率与含量 腐植酸的产率（腐植酸的产率（HAt）碱溶碱溶一次抽提一次抽提 腐植酸的含量腐植酸的含量碱溶多次抽提碱溶多次抽提4、腐植酸的分类、腐植酸的分类 5、腐植酸的成因判别、腐植酸的成因判别 （1）H/C、N/C、O/C原子比原子比图图1-15 1-15 腐殖酸成因判别的范氏图解（转引自腐殖酸成因判别的范氏图解（转引自BurandBurand，19801980） 1海洋、湖泊海洋、湖泊 水下沉积物水下沉积物2寒冷气候或寒冷气候或 酸性介质酸性介质3热带潮湿气热带潮湿气 候候4干湿季节明干湿季节明 显交替气候显交替气候H/C 海相和湖相软泥腐殖酸中的氢和氮总体上高于泥炭和土海相和湖

15、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。壤，但碳含量相对较低，造成氢碳比和氮碳比显著较高。（2）稳定碳同位素稳定碳同位素13C 光合作用的差异光合作用的差异: : 海水中的碳酸盐化合物，海水中的碳酸盐化合物，HCO-1离子的离子的13C在在0左右左右 大气中的大气中的CO2，13C分布于分布于-7-9之间之间 思考题：思考题： 1. 1. 腐植酸类型及元素组成与沉积环境的关系？腐植酸类型及元素组成与沉积环境的关系？ 2. 2. 如何通过腐植酸来判断沉积有机质的成因？如何通过腐植酸来判断沉积有机质的成因？1 1、可抽提物类型、可抽提物类型 溶于

16、苯溶于苯 苯沥青（褐煤蜡、泥岩蜡）苯沥青（褐煤蜡、泥岩蜡） 溶于氯仿（溶于氯仿（CHCl3） 氯仿沥青氯仿沥青 二硫化碳（二硫化碳（CS2） 二氯甲烷（二氯甲烷（CH2CL2）2 2、氯仿沥青族组成氯仿沥青族组成三、可抽提沥青的化学组成三、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？思考题：氯仿沥青族组分研究的环境意义？ 1 1）生物质的烃类）生物质的烃类/ /非烃比率远远高于沉积有机质，表明在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；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 2）海相和湖相沉积有机质的饱和烃芳烃比率往往高

17、于）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富含木质纤维素的必然结果 ； 3 3）泥炭氯仿沥青）泥炭氯仿沥青A中烃含量和烃类中烃含量和烃类/非烃比率均具有藓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）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积介质条件、微生物活动性以及植物有机组成有关 ； 4 4）年轻沉积有机质内从活的生物体中继承下来的直接烃）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

18、标记化合物的作用。类起着生物标记化合物的作用。第三节第三节 沉积有机质的聚集沉积有机质的聚集 一、陆地与海洋的沉积环境组合一、陆地与海洋的沉积环境组合二、泥炭的聚集环境二、泥炭的聚集环境 三、分散有机质的沉积分配三、分散有机质的沉积分配 四、沉积有机质的分布四、沉积有机质的分布1、 沉积有机质聚集条件沉积有机质聚集条件 1）足够生物量的供给；）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；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保证沉积有机质不被无机沉积物过分“稀释稀释”而而 相对集中相对集中; 4） 沉积有机质形成后能够得以妥善

19、保存而在一定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。地质历史中不被再次破坏。一一 、 陆地与海洋的沉积环境组合陆地与海洋的沉积环境组合2、沉积环境、沉积环境的定义的定义 沉积环境是由一组物理、化学、生物学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。上有别于相邻地区的自然地理单元。3、沉积环境、沉积环境组合的类型组合的类型 三三 角角 洲洲 冲积扇冲积扇 过渡环境过渡环境 滨海平原滨海平原 大陆环境大陆环境 河河 流流 水下浅滩水下浅滩 湖湖 泊泊 海洋环境海洋环境 浅浅 海海 深深 海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，198

20、5） 二二 、泥炭的聚集环境、泥炭的聚集环境1、泥炭沼泽、泥炭沼泽的概念的概念 地表土壤充分润湿，有季节性或长期性积水，而且地表土壤充分润湿，有季节性或长期性积水，而且 生长了大量的喜湿植物生长了大量的喜湿植物 ，在地洼地带堆积有机质，并使在地洼地带堆积有机质，并使 其转化为泥炭层的地区其转化为泥炭层的地区。2、泥炭沼泽、泥炭沼泽的形成的形成 水域沼泽化：水域沼泽化：由湖泊、河流、泻湖等水域转化而来由湖泊、河流、泻湖等水域转化而来 陆地沼泽化：陆地沼泽化：由陆地演化而来由陆地演化而来 （存在存在草甸泥炭沼泽化草甸泥炭沼泽化 和森林泥炭沼泽化两种基本形式）和森林泥炭沼泽化两种基本形式）3、泥炭沼

21、泽、泥炭沼泽的演化阶段的演化阶段 低位沼泽中位沼泽低位沼泽中位沼泽 高位沼泽高位沼泽 （1）低位沼泽（营养沼泽）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。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）高位沼泽（贫营养沼泽或凸起凸起 沼泽）沼泽） 地下水潜水面低于沼泽水面，仅有大气降水补给，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

22、少矿物质养分，尤其是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，泥中心地带植物残体分解速度慢，与沼泽周边相比，泥 炭层炭层凸起凸起，水质介质为酸性，泥炭灰分低、有机质含，水质介质为酸性，泥炭灰分低、有机质含 量高，厚度较薄。量高，厚度较薄。 （3）中位沼泽中位沼泽 介于高位与低位沼泽之间的一种过渡类型，介质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。处于中性到微酸性。 （4）泥炭沼泽的垂向结构特征）泥炭沼泽的垂向结构特征 氧化环境的表层氧化环境的表层 垂向结构垂向结构 过渡条件的中间层过渡条件的中间层 还原环境的底层还原环境的底层表表2-2 各阶段泥炭沼泽的特征各阶段泥炭沼泽的特征4 4、泥炭堆积方式、泥炭堆积方式 （1）原地聚集（微异地聚集）原地聚集（微异地聚集） 底板底板“根土岩根土岩”，煤中陆源物质少，大面积稳定。，煤中陆源物质少，大面积稳定。 （2）异地聚集异地聚集 直接底板为粗碎屑岩，碳酸岩底板，斜插、倒立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。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，