海洋地球化学5—6

1、1第5-6讲（第三章）2第三章 海洋中的有机质有机质的含量与沉积速率成正相关13C：重同位素“相对亏损” “同位素组成表示”=(R样-R标)/R标1000R=同位素重/轻R标=13C/12C=11.2772%美洲拟箭石13C 为-20%13C 为-25-30%100gC/m2a0.20.6 gC/m2a1.04.0 gC/m2a0.30.4 gC/m2a1.02.0 gC/m2a无机物太阳能光合作用透光带初级生产力（为大陆一半）食物链有机质海水沉积溶解氧化生物氧化陆 源93-97%卡里亚科海沟，其沉积物中有机碳含量可达10%以上 3第三章 海洋中的有机质 有机质的来龙去脉 如何判断来源为海洋内

2、部还是陆地？如果期末开卷考试考题如上所述4第一节 海洋中的有机化合物和复杂有机质一、有机化合物 二、复杂有机质类别 来源 分布 脂肪烃 链烷烃 正构烷烃n-C23nC33，浓度最大n-C29、n-C31 陆源高等植物 内陆海及近海 n-C12nC20，浓度最大nC17 海洋 n-C15、nC17蓝藻、褐藻、红藻支链烷烃异戊二烯碳骨架，如：姥鲛烷、植烷 叶绿醇在成岩种还原而成 微量与正构烷烃共存 ；两种比例不同环烷烃 烷基环己烷、烷基多环烷石油 5第一节 海洋中的有机化合物和复杂有机质类别 来源 分布 脂肪烃环烷烃 烷基环己烷、烷基多环烷石油沥青质沉积物 烯烃 植烯、植二烯、姥鲛烯 海沟沉积物

3、C25H50、C25H48、C25H26墨西哥湾大陆架C15、 C17单烯、二烯烃藻n-C17nC19光合菌、非光合菌芳香烃烷基苯、多环芳烃 可能石油、陆源类脂物 6类别来源分布脂肪酸正构n-C10n-C36，双峰n-C16、n-C24 C20：陆地 近代近岸以本地来源为特征 深海 支链、环状植烷酸、姥鲛烷酸、4,8,12-三甲基十三烷酸 硅藻类脂物经细菌作用 近海沉积n-C24、n-C26 高等植物表面蜡饱和：n-C12n-C20，n-C16极大；不饱和：C14、16、18、20单烯、多烯正构酸藻第一节 海洋中的有机化合物和复杂有机质7类别来源分布脂肪醇、酮正构n-C12n-C32，偶碳优势

4、，极大n-C22、n-C24、n-C28微生物氧化正构烷烃与褐煤相似支链叶绿醇、二氢叶绿醇近代沉积异戊二烯酮，如叶绿素经微生物氧化蜡酯C14C22偶数碳脂肪醇同系物与C14C24偶碳数脂肪酸同系物发生酯化反应第一节 海洋中的有机化合物和复杂有机质8类别来源分布甾族胆甾醇，菜油甾醇、豆甾醇和-谷甾醇 活体生物 沉积萜类三环骨架的二萜陆地高等植物的树脂和支撑组织 海洋沉积 脱氢松香酸和1-甲基-7-异丙基菲(惹烯) 二萜的脱氢、脱羧产物 五环藿烷为基本骨架的三萜陆圈多种生物四萜，胡萝卜素、胡萝卜烷为代表沉积物陆源指示第一节 海洋中的有机化合物和复杂有机质环状类异戊二烯化合物 具有3个六元环和1个五

5、元环的四环化合物 9类别来源分布四砒咯色素 卟啉叶绿素降解现代、古代沉积物其他杂环化合物 嘌呤成因物质残留物糖类各种单糖多糖被细菌分解近代氨基酸和肽类近代、古老沉积生物-有机指示物外消旋速率常数一定，可测古温度和年龄第一节 海洋中的有机化合物和复杂有机质卟吩与金属的配合物，由含卟啉的色素演变而来 。易氧化，可判断沉积环境氧化环境状态10类别来源分布复杂有机质沥青溶于CS2沥青，如：石油、蜡、硬沥青不溶于CS2焦沥青，如干酪根藻类或高等植物碎屑泥炭、煤、黑色页岩腐殖质溶于稀碱腐殖酸高等植物碳与总碳比随深度增加而减小；转化为干酪根溶于酸碱富里酸都不溶腐黑物网状交联三维聚合物 第一节 海洋中的有机化

6、合物和复杂有机质11类别来源分布 作业：将p37-42页内容如上所示填入上表中； 作业计入平时成绩中； 期末考试不考该部分内容； 10月13日交作业，不得迟交，手写在纸上。第一节 海洋中的有机化合物和复杂有机质12三、有机物质来源的判别 陆源与陆地植物蜡的分布特征相类似 类脂：正构烷C23C33，奇碳优势 正构脂肪酸C20C30，偶碳优势 正构脂肪醇C22C30，偶碳优势。含有二萜类化合物，产自高松脂高等植物，以具松香烷骨架者占优势，可作为独特的分子指示物。第一节 海洋中的有机化合物和复杂有机质13三、有机物质来源的判别 海源 类脂：含碳原子数较少，某些来自浮游生物和细菌的特征类脂物和色素可作

7、为海源指示物。 其它差别（表3-2） 对分离出来的脂肪酸、腐殖酸、干酪根等进行碳、氮、氢的同位素组成分析。 第一节 海洋中的有机化合物和复杂有机质14四、有机质与还原环境 有机质导致缺氧，能造成还原环境 氧化还原环境的形成受其他过程影响 现象：远洋区，水深、含氧少，但海底却形成了典型的氧化型产物红枯土沉积。 原因：深水条件下的还原反应速率要缓慢第一节 海洋中的有机化合物和复杂有机质15四、有机质与还原环境 有机质导致缺氧，能造成还原环境 氧化还原环境的形成受其他过程影响 现象：在浅海区或大陆架边缘海区，既可出现极端的氧化环境，又可出现极端的还原环境。 原因：后者与有机质的快速堆积有关。沉降中降

8、解程度低，在沉积后成为主要的还原剂。还原环境： 含有大量有机质、有机气体； 高价铁低价铁， SO42- S和S2-， 高价铀低价铀， 铜、银等皆以自然形式出现， 缺氧。缺氧海盆，更有利于有机质的沉积和保存。第一节 海洋中的有机化合物和复杂有机质16四、有机质与还原环境 有机质导致缺氧，能造成还原环境还原性能来自光合作用 CO2 + H2O 碳水化合物 + O2弱氧化性 弱还原性 强还原性 强氧化性碳氧化数（形式电荷数）表征氧化状态。CO2是极端氧化环境产物；CH4是极端还原环境产物。第一节 海洋中的有机化合物和复杂有机质17第二节 有机质的成岩作用和海洋环境中油气的生成 有机质：沉积-埋藏-成

9、岩一、沉积有机质转化中的重要有机化学反应1. 腐解作用 自溶酶、微生物作用下的分解和矿化。有氧时氢的受体为O2无氧时则为NO3-、SO42-、CO32-发酵则自身供受，产能少。18第二节 有机质的成岩作用和海洋环境中油气的生成 有机质：沉积-埋藏-成岩一、沉积有机质转化中的重要有机化学反应2. 氧化还原作用加氧或脱氢是氧化，加氢或脱氧是还原3. 加成反应新原子（团）加到断键上4. 缩合、聚合反应5. 解聚反应19第二节 有机质的成岩作用和海洋环境中油气的生成二、有机质的成岩作用 有机质的三个演化阶段： 成岩作用 深成热解作用 变质作用 20 成岩作用：成岩作用：有机质在沉积物聚合固结为沉积岩，

10、低温低压下以微生物改造为主。即：残余物和微生物残体一起，经还原、缩聚等形成了腐殖质和干酪根。一般发生于1000 m左右沉积柱深度以内。 21有机质被微生物改造程度，影响其最终保存 氨基酸、低分子量的肽和糖被微生物直接吸收，古沉积中少。 蛋白质、多糖、类脂和木质素等被同化，占上层总有机质20%。 壳体中的蛋白质，将受矿物覆盖物的保护而抗分解。 高度交叉结合的纤维蛋白(如角蛋白) 抗微生物分解。22有机质被微生物改造程度，影响其最终保存 碳水化合物，被好氧和厌氧细菌降解，主要产物是己糖和戊糖。 木质素抵抗生物降解的能力最强。 类脂化合物的生物降解速率大小不一。23 随着深度增加，生物降解减弱，聚合

11、、缩合等化学作用逐渐增强，形成更稳定的不溶结构物，即地质聚合物。其它重要标志物类脂化合物 C-C为主；以氢键或吸附的形式与腐殖酸、粘土矿物结合不易被生物降解。 土壤中-腐殖质泥炭沼泽中-褐煤沉积物中-干酪根 成岩过程的主要产物 并标志着该阶段的结束。什么是成岩作用？24第二节 有机质的成岩作用和海洋环境中油气的生成三、海洋环境中油气的生成 1.深成热解作用 在埋藏深度1000一4000 m的干酪根发生的以热解为主的化学变化。压力高达数百个大气压，温度升至50200。伴随着油气生成，标志物为C4C7烃（汽油烃）。从油气生成的角度分两个阶段：石油生成的主要阶段 裂解生成凝析油和湿气阶段 25 石油

12、生成的主要阶段 60125，干酪根受热并被催化裂解侧链、杂原子基团脱落，烷基和环烷基、羧基或羰基消除，余下的氧大部分存在于醚键中可溶有机质增加，C15C40的烃约占80%一90%，特征结构和分布、继承性生物标志化合物被稀释。 26 裂解生成凝析油和湿气阶段 125200，继续热裂解：碳碳键断裂更快，轻烃（C1C8）迅速增加，超过相转变的临界温压值时，反溶于气态烃之中，形成凝析气和更富含烃的湿气，最终缩聚裂解的趋势。C2以上烃超过5%的石油气为湿气；胺盐热反应脱氨基烃 氨基酸生物地球化学外消旋测地质年龄、古温度（见第四节）第三节 生物标志化合物406. 芳香烃化合物 来源：生物体，如细菌、藻类、

13、树胶、高等植物等；非生物体，如有机物热解、催化裂化、异构化、氢化以及燃烧。 分布：广泛生物：缺低分子量。地质：低分子量多为甾萜热解和链烃芳构化产物 高分子量多环结构与生物中甾萜类色素有关第三节 生物标志化合物416. 芳香烃化合物 指示：有机质来源、沉积环境、有机质演化程度等。 如：苝是在快速堆积和还原环境下，由色素转化而来的。有机质成熟度越高，芳构化程度就越高。环境污染指标。 如苯并a芘。第三节 生物标志化合物42结 构 特 征来源反 应 条 件环境动力学特征时间43第四节 生物标志化合物与古环境一、生物标志化合物与古环境继承生物的结构和特征。 来源有特定性特定输入如甲藻甾醇、甲藻甾酮、甾烯

14、衍生物来自甲藻。 来源广泛广泛输入如高等植物、菌、藻类。 长期保存古生物输入、古环境条件标志。如：来自高等植物的长链和来自菌藻的短链之比反映古生物输入和生态。44第四节 生物标志化合物与古环境一、生物标志化合物与古环境正构烷烃正构烷烃：来源于植物蜡的长链。 分布特征： 湖中藻和光合细菌：C17为主，反映湖泊古生产力 湖泊边缘被淹没维管植物：以C21，C23或C25为主 陆地和湖泊边缘维管植物：以C27、C29和C31为主 指示作用： 有机质输入 区别来源 45第四节 生物标志化合物与古环境一、生物标志化合物与古环境类异戊二烯烷烃类异戊二烯烷烃：在沉积、原油和煤中分布广泛 形成过程：叶绿素的植烷

15、基侧链微生物分解 植醇 强还原条件下加氢 二氢植醇 加氢脱烃基 植烷（Ph） 氧化 植烷酸脱羧基加氢 姥鲛烷（Pr） 指示内容：有机质形成的氧化还原环境 淡水：Pr/Phl；淡水-半咸水：Pr/Phl； Pr/Ph异常低或植烷异常优势，可能高盐度强还原环境，或特定菌的输入。 46第四节 生物标志化合物与古环境一、生物标志化合物与古环境甾醇及其衍生物甾醇及其衍生物 分布特征： 浮游生物：C27、C28 植物：C28（但硅藻中C27、C28和C29接近） 动物：C27，特别是胆甾醇。 高等植物：C29 真菌：C27C29，常以萜的麦角甾醇为主 指示内容：古环境 C27、C29相对量，反映藻类和高等

16、植物的贡献。47第四节 生物标志化合物与古环境一、生物标志化合物与古环境长链不饱和酮类长链不饱和酮类 形成条件：与赫胥黎颗石藻的生长温度相关，唯一已知生物源48第四节 生物标志化合物与古环境一、生物标志化合物与古环境长链不饱和酮类长链不饱和酮类 指示作用：不饱和酮地层学古海水温度 线性关系：U37K =0.033SST+0.043 不饱和指数 上覆海水表面温度 厄尔尼诺现象 延伸到了缺少碳酸盐而不可能进行18O和有孔虫分析的沉积物？49第四节 生物标志化合物与古环境一、生物标志化合物与古环境木质素：木质素： 研究木质素的氧化降解产物，如芳香醛、酮、酸类的分布与结构，可以鉴别木质素与非木质素、被子植物和裸子植物的输入，从而提供古植被信息。氨基酸：氨基酸： 50第四节 生物标志化合物与古环境二、利用氨基酸测定地质年龄和古温度术语： 旋光性或光学活性： 旋光异构体或光学异构体： 外消旋体：