生物的化学组成及沉积有机质.ppt

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1、,第二章 生物的化学组成及沉积有机质,一、生物圈的演变 二、有机碳的地球化学循环 三、生物有机质的化学组成四、沉积有机质的形成五、沉积有机质的埋藏与演化,一、生物圈的演变,1、生物的进化,从异养生物(heterotroph)到自养生物(autotroph)和从无氧呼吸到有氧呼吸的进化,从原核生物到真核生物、从无性生殖到有性生殖的进化,动植物的分化：最早的动物出现在1000Ma前,奥陶纪，陆地淡水出现原始鱼形动物；志留纪，陆生高等植物；泥盆纪，陆生植物大规模繁殖,人类的起源：开始了生命史的最辉煌的篇章,叶绿素,通过叶绿素和取之不尽的太阳能将二氧化碳和水转化成有机物,有氧呼吸比无氧（发酵）呼吸的效

2、率高19倍，提高了生物新陈代谢的效能。,简单,复杂,单一,多样,高级,低级,这是生物区系和生态系统的最大演化。从此确立了生物三极系统（动、植、菌）。进入古生代，动植物化石剧增达1200种。,这是生物从简单到复杂的转折点。一切高等多细胞生物都以真核细胞为基本单元。有性生殖的出现，大大提高了生物的变异性和适应性。,2、地史时期的沉积有机质来源,浮游植物（phytoplankton）：可能是有机质的第一来源,高等植物：提供的有机质与细菌相当,细菌：可能是有机质的第二大来源,浮游动物（Zooplankton）：浮游动物为主的低等水生生物是有机质的重要来源,陆地高等植物始于志留纪。中泥盆世经历了一个爆炸

3、性的发展，到晚石炭世，以蕨类植物为主的陆生植物群达到高峰，形成世界第一大成煤期，晚二叠世早白垩世称为“裸子植物”时代，以后迅速进入“被子植物”时代,适应性强的被子植物的繁衍是植物界最重要的变革。,寒武纪以后，以浮游动物为主的低等水生动物才成为重要的有机质来源。而高动物提供有机质始终非常有限。,以浮游植物为食，因而浮游动物高产期往往紧接浮游植物高产期而出现。,在生理方面具有巨大的应变性，存在于生命的整个地史时期，并遍及生物圈的任何地方。,浮游植物的4个高产期：,前寒武纪晚期-早泥盆世，盛产具有机壁的生物。,晚古新世-始新世。,中新世达到高峰，其它时期产量较低。,晚侏罗世-白垩纪，盛产钙质、硅质浮

4、游生物。,第三纪,晚第三纪,早第三纪,上新世,中新世,渐新世,始新世,古新世,在地质历史中，化石浮游植物群和总浮游植物群丰度变化,蓝绿藻,绿藻,陆地植物的演化过程,细菌,蓝绿藻,鞭毛虫或其它单细胞生物,霉菌,第二章 生物的化学组成及沉积有机质,一、生物圈的演变 二、有机碳的地球化学循环三、生物有机质的化学组成四、沉积有机质的形成五、沉积有机质的埋藏与演化,二、有机碳的地球化学循环,有机圈及有机碳的地化循环,有机圈指地球上古今生物以及生物为来源的有机物分布、演变的空间。,生物圈指地球上活的生物 分布、发育的空间。,有机圈的范围大于生物圈,所有有机物都是碳化物，研究有机物的演化过程，一定意义上就是

5、研究碳的演化、分布和循环的过程。,交换库,有机圈,岩石圈,生物圈,储,存库,在有机圈中有机碳循环示意图,石油、天然气,变质沉积岩中的有机质,沉积岩中的有机物、煤、干酪根等,土壤、沉积物中有机物；出露、开采至地表的有机物,死亡的动植物细菌,动物,光合作用植物和细菌,CO2,二氧化碳的循环过程和途径（Tissot，1978）,第二章 生物的化学组成及沉积有机质,一、生物圈的演变 二、有机碳的地球化学循环 三、生物有机质的化学组成四、沉积有机质的形成五、沉积有机质的埋藏与演化,三、生物有机质的化学组成,生物体是沉积有机质的原始母质,生物,植物,动物,微生物,生物体生物化学组成,主要,次要,蛋白质,脂

6、类,碳水化合物,核酸,酶,木质素,色素,维生素,丹宁与树脂,碳水化合物又称糖类。分子通式Cn(H2O)n。它是含多羟基的醛类或酮类以及由它们聚合而成的高分子化合物。其基本的组成单元为：葡萄糖。,碳水化合物是分布极广的有机物，是光合作用的产物，它将太阳能储存于生物体内，为生物的生命活动提供了基本能量，构成某些动植物的支撑组织。,动物,糖,细菌,植物,糖占干重的80%,糖占干重的1030%,动物器官：糖占干重的2%,1、碳水化合物,糖,单糖,低聚糖(210单糖分子),多糖（10个以上）,地球化学意义,单糖,低聚糖,多糖,易溶于水，地质体中保存甚微。,上千个单糖以糖苷键的形式相连成高聚体。不易溶于水

7、。,植物的骨架（半）纤维素最具地球化学意义,多糖,昆虫的甲壳、植物的树胶等,植物储存的养分淀粉,动物体内储存的养分糖原,纤维素是一种复杂的多糖，其分子量在50000400000之间。占植物界含碳量的50%以上。棉花（90%以上）,几丁质,甲壳质,纤维素不溶于水。,葡萄糖,酸、微生物酶作用发生水解,Cx(H2O)y,纤维素 纤维素糊精 纤维式糖,水解,水解,水解,纤维素,葡萄糖,淀粉的结构,糖,单糖,低聚糖(210单糖分子),多糖（10个以上）,地球化学意义,单糖,低聚糖,多糖,易溶于水，地质体中保存甚微。,上千个单糖以糖苷键的形式相连成高聚体。不易溶于水。,植物的骨架（半）纤维素最具地球化学意

8、义,多糖,昆虫的甲壳、植物的树胶等,植物储存的养分淀粉,动物体内储存的养分糖原,纤维素是一种复杂的多糖，其分子量在50000400000之间。占植物界含碳量的50%以上。棉花（90%以上）,几丁质,甲壳质,纤维素不溶于水。,葡萄糖,酸、微生物酶作用发生水解,Cx(H2O)y,动物和植物支撑组织中的大分子碳水化合物衍生物(即纤维素、果胶、藻酸和几丁质),OH-基,分子量,小,大,几丁质,藻酸,果胶,纤维素,甘油,棕榈酸,脂肪,动植物的中油脂是最重要的脂类。油脂大量分布于动物的皮下组织、植物的孢子、种子合果实中。细菌和藻类也含有丰富的脂类。,脂类是构成生物膜的重要物质，并为机体的新陈代谢提供必要的

9、能量。,2、脂 类,沥青和烃类也具有脂类的特点，因此有人将其归入脂类,注意,特点,不溶于水,易溶于乙醚、氯仿、苯等低极性的有机溶剂,脂类,脂类化合物,类脂化合物,油溶性染料、萜烯类化合物、甾化合物类及磷脂等,脂肪、植物油、高级脂肪酸蜡、脂肪酸、醇类及天然蜡等,真脂,地球化学意义,脂类,脂类酸,脂肪不稳定，水解成脂肪酸,脂肪酸稳定，低温缺氧环境易保存,动物,植物,土壤,沉积岩,沉积物,地下水,分布,细菌,脂类酸,饱和脂类酸,不饱和脂类酸,硬脂酸,软脂酸,油酸,亚油酸,（1）脂肪酸,多数链长1420个碳原子，均为偶数,不饱和脂类酸的熔点比同等链长的饱和脂类酸熔点低,高等植物、藻类和低温生活的动物中

10、，不饱和脂肪酸的含量高于饱和脂肪酸,油不饱和脂类酸含量较高的甘油酯在常温下呈液态，称为油（oil）,脂饱和脂类酸含量较高的酯在常温下呈固态，称为脂（fat）,高等植物中不饱和脂肪酸约占脂肪酸的78%,藻类不饱和脂肪酸约占脂肪酸的73%88%,鱼类饱和脂肪酸约占脂肪酸总量的66%,不同种类的生物含有不同类型的脂肪酸,植物1622、16、18为主,藻类16、18为主,动物16、18、14为主,细菌所含的脂肪酸种类比高等动植物少的多,在植物类脂中还广泛存在一些含量少的脂肪酸,如6、8、10、22、24烷酸；16：1、16：3、20：4、20：6等烯烃,碳数,蜡是不溶于水的固体，它是高级脂肪酸与高级一

11、元醇或甾醇形成的脂，包括长链烷烃,蜡是原油中高碳数正构烷烃的主要来源,O,O,R,C,（高级脂肪酸）,（甾醇）,蜡的结构,（2）蜡,在皮肤、羽毛、树叶、果实表面以及昆虫的外骨骼，防止水分过度蒸发。,（3）萜类化合物,生物合成的一个重要方式就是异戊二烯单元的聚合反应。,凡是含有成倍的C5单元的天然生物产物，通常就是整数个异戊二烯单元的连接。,异戊二烯单元中因为存在共轭双键，可以连接成环状，形成种类繁多的化合物。,根据异戊二烯单元的数目对萜类的分类,环状的萜：双环、三环、五环等,单萜主要出现在高等植物香精油中的单萜柠檬油、松节油、樟脑中有丰富的单萜。单萜为挥发性物质不易保存在地质体中。,玫瑰油,香

12、叶烯,香茅醇,非兰醛,香芹酮,萜品烯,法呢醇结构,链状，单环和双环的倍半萜广泛存在与高等植物中。如链状的法呢醇就含在玫瑰油，茉莉花油中。,倍半萜：,高等植物中普遍生物化学成分,叶绿素的侧基,植物的树脂,叶绿醇,松香酸,COOH,几种重要的双萜,海松酸,COOH,HO,三萜类是环状异戊二烯类中非常重要的一类。大部分三萜类为五环化合物，有的是五个六元环，有的是四个五元环和一个六元环。它们共同的生化先质体是自然界中广泛分布的角鲨烯。酵母、鲨鱼肝油中都含有。,C30H50,绝大部分都分布在高等植物中,角鲨烯及其衍生物的重要五环三萜类,角鲨烯,奥利烷型,乌索烷型,羽扇烷型,甾族化合物前生,C30四膜虫醇

13、（原生动物）伽码蜡烷系列,活有机体中主要的三萜是化石三萜类的质体,四萜,是重要的色素,特点：含有较长的碳碳共轭双键体系，在链端有一个或两个六元环。多带由黄至红的颜色，葫萝卜素、番茄红素、和叶黄素。它们广泛分布于植物的叶、花、果实中，动物的乳汁和脂肪中也有。,几种重要的四萜,叶黄素,番茄红素,（4）甾族化合物,又称为类固醇化合物,特点：含有一个由4个环组成环戊稠全氢化菲（甾环）。这类化合物在A、B环之间和C、D环之间都有一个甲基（R1，R 2）,角甲基,烷基侧链,甾族化合物的4个环，两两之间可以顺位或反位稠合。环上有取代基时，还可以产生新的手征碳原子。因此，甾族化合物立体异构体很多，立体化学十分

14、复杂。,R1,R3,R2,A,C,B,D,甾族化合物骨架平面图,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,CH3,CH3,R,4,3,2,1,15,14,12,11,8,7,6,5,17,16,10,13,9,C、D反式,R,CH3,CH3,A,B,C,D,A、B顺式,甾族化合物构型,A、B反式,A、B顺式,反式为胆甾烷构型,顺式为粪甾烷构型,自然界的甾烷B与C都是反式稠合；C与D大多是反位。,C、D顺式,甾族化合物的结构分类,甾醇,甾族激素,胆汁酸,天然甾醇在C3位上含有羟基,D环上带烷基侧链R3,甾族生物硷,C27，胆甾醇（动物、植物）,自然界重要的甾族化合物结构,甲基已经消失,（5

15、）生物烃,烃,开链烃,闭链烃,二烯烃,烯烃,烷烃,炔烃,脂肪烃,环烃,芳烃,脂环烃,异构烷烃,正构烷烃,碳原子连接成闭合的碳环,生物烃,异戊二烯烃,支链烷烃和烯烃,直链烷烃,芳香烃,一般指头尾规则相连的开链饱和异戊二烯烃,生物合成的正构烷烃具有明显的奇偶优势,生物烃的一个特征是异构烃中主要为2-甲基异构烷烃和3-甲基反异构烃，两者总和可达石蜡烃的3040%。高等植物：碳数多为2531，具奇偶优势；微生物：碳数多为2030，无奇偶优势。海相浮游植物含烯烃超过饱和烃，碳数为1521，淡水藻以C29、C31、C33烃为主。,烃类中芳烃仅次于烷烃,不同生物体内脂类和烃含量,C15,C16,C18,C1

16、9,C20,在古代沉积物和原油中规则异戊间二烯化合物烃类的主要分子,头头连接型,尾尾连接型,葡萄藻烷（丛粒藻烷）,褐藻,褐藻和绿藻,浮游生物,沉积的浮游生物,大麦,玉米,藻类和某些高等植物的正构烷烃分布图,后峰型原油饱和烃色谱特征,前峰型原油饱和烃色谱特征,双峰型原油饱和烃色谱特征,陆源植物,细菌,海藻,每个分子的碳原子数,不同成因正构烷烃碳数分布图,0,30,20,10,40,碳 数,碳 数,碳 数,碳 数,碳 数,碳 数,低成熟烃源岩正构烷烃碳数分布特征,峰值,峰值,峰值,峰值,峰值,峰值,芳 烃,烃类中芳烃仅次于烷烃,芳烃的碳氢比大于烷烃,生物体中木质素、丹宁含有含有芳环结构，甾萜类、树

17、脂、色素化合物中也存在芳环。,游离的芳烃生物体中极为罕见,几种常见的聚环芳烃,萘,蒽,菲,萤蒽,芘,北,屈,匹,(pi),（6）树 脂,树脂是萜类的混合物，分子量大小从C15倍半萜C40的四萜，主要为双萜和三萜的衍生物,天然树脂中的主要成分,贝壳松酸,信息酸,松香酸,COOH,COOH,COOH,COOH,生物,植物,动物,微生物,生物体生物化学组成,主要,次要,蛋白质,脂类,碳水化合物,核酸,酶,木质素,色素,维生素,丹宁与树脂,借肽键首尾相连而成分子量：60001000000以上，含氮量平均16%。分子量6000以下称之为肽。蛋白质分解后可形成氨基酸，氨基酸对石油的形成有一定的意义。,蛋白

18、质结构示意图,N,H,H,H,R1,N,N,N,R3,R2,R4,H,H,N,H,H,H,H,C,O,C,C,C,C,O,C,O,C,C,O,3、蛋白质,氨基酸,氨基,羧基,氨基酸是既包含有酸基又包含有碱基的两性物质。稳定性高，熔点200300度。氨基酸同时脱去氨基和羧基就能形成烃类。这些烃类大部分为C1C7。,烃,氨基酸分子结构图,CH3,CH2,CH2,CH2,CH3,CH,COOH,COOH,COOH,CH2,H,NH2,NH2,NH2,CH,CH2,NH2,COOH,C,R,碱基氨基酸：氨基羧基酸基氨基酸：氨基羧基,酶,酶蛋白结构同蛋白质相似。,酶是是生物催化剂,酶的作用具有高度专一性

19、，一种酶只对一类或一种特定的物质作用,微生物通过酶起作用，对有机质进行改造。,酶催化反应的速度比非催化反应高1081020倍,一般在常温、常压和中酸碱性条件下进行反应。条件改变就失去活性。,需要量少，催化效率高，可以降低反应的活化能，使反应速率加大。,主要由氨基酸组成，并非所有的蛋白质都是酶，只有具有催化作用的蛋白质才能称为酶。,木质素是植物细胞壁的主要成分，它包围着纤维素并充填其间隙形成了支撑组织。,功能：木质素在植物组织中具有增强细胞壁，粘合纤维的作用。特点：木质素性质十分稳定，不易水解，但可被氧化成芳香酸和脂肪酸。在缺氧水体中，在水和微生物的作用下，木质素分解，与其它化合物生成腐殖质。,

20、芳香族植物醇,木质素分子（的一部分）,脱水缩合,松柏醇,芥子醇,对香豆醇,两者都具有芳香结构的特点,丹宁的组成和特点介于木质素和纤维素之间，主要出现在高等植物中。藻类含少量丹宁。,丹宁的主要单元，五倍子酸和鞣花酸的结构,丹宁主要出现在高等植物中。例如，红树科树皮中丹宁含量达2158%。树叶达6.5%。,丹宁的组成和性质接介于木质素和纤维素之间。主要有几种羟基芳香酸如五倍子酸、鞣花酸的衍生物缩合而成。,沉积有机质中芳烃的主要来源，成煤的重要有机组分。,叶绿素,血红素,葫萝卜素、叶黄素等,Fe,沉积物中未见有叶绿素a分布，只有叶绿素b（脱镁）,Mg,通过其连接吡咯环形成卟吩核,核,5、色素,叶黄素

21、,番茄红素,平均元素组成,1,2,3,生物的平均组成,第1章 生物的化学组成及沉积有机质,一、生物圈的演变 二、有机碳的地球化学循环 三、生物有机质的化学组成四、沉积有机质的形成五、沉积有机质的埋藏与演化,沉积有机质来源的生物种类,浮游植物,细菌,高等植物,浮游动物,水盆内水生生物来源,水盆外陆源高等植物来源,混合来源,有机质主要来源,影响沉积有机质丰度的主要因素,水体环境的物理参数,水体环境的化学参数,水体环境的生物参数,水体环境的物理参数是指沉积物和有机质从中降落的沉积介质的动态和静态的物理环境。,水流速,粘土矿物与有机质的絮凝作用,水体深度与浪基面深度,沉积速度与沉降速度,上图表明：（1

22、）颗粒被侵蚀的始动流速大于搬运流速；（2）无粘着力无涡流的情况下，搬运粒度大小与流速成正比；（3）粉砂、粘土、分散有机质颗粒的始运流速与沉积临界流速相差很大。,均一物质的侵蚀曲线与沉积作用曲线,沉积作用,作,运,搬,用,侵蚀作用,沉积物颗粒的搬运方式,C 滚动搬运,B 跳跃搬运,A 悬浮搬运,水流方向,水体环境的化学参数,氧化还原电位（Eh）,酸碱度（PH）,盐度：水的盐度是其中所溶解的固体物质的质量百分比。,温度影响许多矿物和气体的溶解度，故对化学沉淀有重大影响。,温度与蒸发作用对盐类矿物的沉积有特殊作用，钙、镁、硫酸盐及钾、钠的碳酸盐、氯化物等，都需要一定的封闭环境、气候炎热干燥、蒸发作用

23、强烈的水盆中才能形成。浅海碳酸盐沉积主要分布在北纬及南纬2030度的温暖气候区。现代鲕粒岩和海滩岩水温标准为1530度。生物礁生活在大于18度的热带海洋中。,正常海水含有质量35/1000的可溶物，其含氯量为19.4/1000。盆地内盐度的大小对有机质的保存有关。有机质的来源与盐度有关。（图2-5）,PH=7（中性介质），PH 7（碱性介质）。水介质是决定某些矿物会沉淀下来的一个重要原因。（图2-4）,Eh=0为中性,Eh0为氧化环境,Eh0为还原环境对氧化还原极为敏感的是价元素（Fe,Mn等）。常用的标志是含铁自生矿物：褐铁矿赤铁矿海绿石鳞绿泥石磷铁矿白铁矿和黄铁矿,氧化,还原,PH,Eh,

24、有机质,有机质,有机质,有机质,有机质等,有机质,有机质,有机物质,在不同的Eh-pH值条件下矿物,-0.3,0.0,0.1,7.0,8.0,生物的耐盐性与盐度的关系,水环境的生物参数,提供有机质的来源,改变沉积环境,加速沉积过程,消耗、改造有机质,生物既是沉积有机质的提供者，又是影响有机质和沉积物沉积的重要环境因素，生物至少有以下几方面的影响：,生物高的出产率，提供大量的有机质来源。珊瑚、苔藓虫、放射虫、颗石藻等。,生物活动引起CO2的变化可以影响碳酸盐的沉淀和溶解搬运。特别重要的是生物消耗氧气的呼吸作用和部分有机质分解消耗氧气、生成大量CO2、H2S、NH3、CH4等气体，造成下部水体和沉

25、积物的缺氧还原作用，有机质的保存创造了条件。,有机质与粘土的絮凝作用，既是物理过程，又是生化过程。沉积有机质以溶解的形式和微粒的形式存在于水盆中，可通过黏土矿物和碳酸盐颗粒产生絮凝作用或通过动物形成粪粒作用，大大加速有机质、黏土、碳酸盐矿物的沉积。,生态系统中的消费者和还原者都是以生物有机质为食。特别是细菌，既大量消耗各种有机质，本身又提供了更富类脂物的有机质。,四、不同环境中的沉积特征,1）海洋环境的有机质沉积,（1）沉积场所大；（2）远洋水域有机质来源单一；（3）有机质的有利沉积条件：表层生物产量高、下层 缺氧还原、持续较快沉积、絮凝作用加速沉积；（4）高能带（滨海）不利于有机质沉积保存；

26、（5）大陆架是海洋内有机质的主要沉积区；（6）远洋盆地是生物钙、硅质丰富沉积区和有机质 贫乏沉积区；（7）“堰塞”小洋盆和毗邻大陆架的深海盆是有机质 重要的沉积区。,浮游植物(藻类)和浮游动物,细菌,高等植物(较高进化阶段),高等植物(较低进化阶段),地质历史时期水介质环境中有机物质的天然组合,斜坡,水,海平面,陆棚沉积物,在黑海中生命物体的组成与每年的产量,近2000年来黑海中有机碳估算。大约有机碳总输入量的4%固定在沉积岩中,有机质的来源,有机质的归宿,100,15,80,5,10,3,2,5,碳的进入用g碳/m2/a表示,4,黑海中有机质的归宿,黑海中有机质的来源,4,现代碳酸盐岩沉积与

27、两个因素有关：1 碎屑相对少；2 生物产率高,此碳酸盐岩的9个准相，有有机地球化学家采用,标准相带图,生物群,颜色,岩性,相和一般环境,相号,横剖面图,加利福尼亚波尔德兰盆地中砂（实线箭头）和泥（虚线箭头）的来源、路径和搬运模式,盆地,陆架边缘,海底峡谷,砂,滨线,河流,波痕,浑浊层,离岸流,2）过渡环境的有机质沉积,有机质来源的二元性,低能缓流还原环境、有利于有机质的沉积,干旱泻湖环境、富有机质泥岩常和蒸发岩组成旋回,过渡带以陆相淡水和海相咸水环境交替为特征，使有机质来源更复杂,与海相同具有过度性质的“海湖”可以马拉开波湖为例，从该湖南面卡塔通博河注入大量淡水和陆源物质。从其北面通过海峡海水

28、注入湖中，密度和盐度较大的混合水沉入下部。湖水上淡下咸，在下形成还原环境。湖表层生物产率极高，湖底为粘稠状蓝黑色淤泥，具很强的H2S味，其有机碳丰度超过5%。湖盆中心沉积物含磷低含硫高。这类封闭性好，滞流的过渡性水盆地极有利于有机质的沉积。,有机碳占天然干沉积物的百分比。,有机溶剂抽提物占天然沉积物的百分比。,呈P2O5状态的磷。,硫（%）,马拉开波湖底沉积物中各种组分的分布,卡塔通博河,卡塔通博河,干旱泻湖环境、富有机质泥岩常和蒸发岩组成旋回,蒸发盐盆地沉积的4个阶段：（1）静海相阶段：旋回开始海水盐度开始增高，底水停滞缺氧，生物发育，沉积了富有机质腐泥岩相，常为油页岩；（2）浓缩阶段：海水

29、浓缩，表层出现早期盐类沉积，动物群稀少；（3）稳定蒸发阶段：蒸发盐岩依次大量沉积，表层石盐和石膏沉淀并保存在底补；（4）终结阶段：盐充填盆地，最后形成钾盐。,静海相阶段,终结阶段,稳定蒸发阶段,浓缩阶段,3）湖泊环境的有机质沉积,有机质来源的二元多方向性,营养型湖浪基面以下的还原环境是有利的富集区,湖泊的差异性大，沉积的有机质差异也大,营养型谈水湖泊的较深深湖及前三角洲亚环境沉积富有机质泥岩、组成碎屑粘土岩旋回,盐湖中富有机质的油页岩、泥质岩常与蒸发岩组成旋回。如美国的怀俄名、科罗拉多和尤塔州始新世绿河组沉积。,从图可见：一个内陆湖泊的氧化还原相带与沉积水动力状况关系密切。在河口区，水动力活跃

30、的湖盆北部，氧化带相宽；湖湾区，水动力相对稳定的湖南部，氧化相带窄，还原相带面积大。,-263,-252,0,0,0,0,0,0,青海湖底沉积物Eh值分布,有机碳含量的分布呈环带状从湖滨浅水带向中部深水区增高。而河流入湖对有机质显出“冲淡”作用。说明河流携带有机质贫乏，不是青海湖有机质的重要来源。湖底沉积物含有2%以上地区占60%以上，明显影响有机沉积作用的是水动力状况，水深和沉积物的还原条件。,青海湖底沉积物有机碳百分含量等值线,营养型谈水湖泊的较深深湖及前三角洲亚环境沉积富有机质泥岩、组成碎屑粘土岩旋回,我国的松辽盆地白垩系（主要油源岩）基本为温湿气候下的湖泊沉积。在湖泊的发展过程中经历了

31、两次大的湖进，湖面水体面积在9104km2以上，气候温暖潮湿，盆地相对稳定，沉降速度快，形成了巨大的深湖静水体，沉积了富含有机质的黑色页岩、油页岩、泥灰岩等。因为为还原环境，泥质岩中底栖生物稀少。以浮游生物为主，有完整鱼化石。层面上分布粉末状自生黄铁矿,有机碳含量达1.742,25%。松辽盆地巨大的石油资源主要在湖中心较深深湖亚环境形成的。,松辽盆地岩相分布图（青山口期）,淡水湖泊淤积充填和沼泽化的四个阶段,第一阶段,第三阶段,第四阶段,第二阶段,陆相沉积环境与有机质的关系示意图（据李晓清、丘东洲等，2003),第二章 生物的化学组成及沉积有机质,一、生物圈的演变 二、有机碳的地球化学循环 三

32、、生物有机质的化学组成四、沉积有机质的形成五、沉积有机质的埋藏与演化,1 微生物作用,微生物的特点,地球上生物,动物,植物,原生生物,生物构造简单,大多数为单细胞或不分化、分化不明显的多细胞,真核生物,原核生物,细菌,蓝细菌（蓝藻）,原生动物、藻、真菌、粘菌,没有核仁、核膜等结构的染色体,有核仁、核膜等结构的染色体,对地质体内有机质进行改造的主要是以腐生为主的细菌和真菌。,兼性细菌：在不同的环境下采用不同的呼吸方式,异养微生物在有机地球化学中的作用,异养微生物是地球生命的先驱,异养微生物是分解者,造成有利于有机质沉积的环境,对生物元素地化循环有特殊贡献,改造、代谢有机质,参与或促进形成甲烷气、

33、腐殖质和干酪根,绿色植物,光合微生物,其他生物,能量,阳光,CO2,能源,碳源,大气中CO2占 0.03%,不足以供给绿色植物,只能靠细菌将有机质转化成CO2,10%,细菌转化90%,大气CO2,其它生物代谢和氧化燃烧占,微生物的生长和繁殖,使细胞增值和分裂,通过生物合成,生成高能态ATP（三磷酸腺苷）,一切异养微生物利用的氧化过程中所释放的能量,进行磷酸化作用,氧化过程,无氧呼吸作用,发酵作用,有氧呼吸作用,造成有利于有机质沉积的环境,有氧参加，最终使有机质彻底氧化成CO2和H2O。既消耗有机质，又大量消耗氧。,消耗有机质对有机质沉积、保存有害,大量消耗氧造成无氧环境，对其它有机质沉积有利,

34、无氧参加，分解主要产物仍然是有机质。,发酵作用主要是改造有机质，而不消耗有机质。还原环境及在中进行的发酵作用，有利于有机质沉积和保存。,有氧呼吸作用比发酵效率约高10倍。在氧化环境有机质基本够能完全氧化，而在发酵环境却不能。,2 腐植质的组成、结构及性质,在年青的沉积物中，由大分子生物化合物降解的产物有：,糖,氨基酸,脂肪酸,其它产物,小,大,埋深,原因,微生物不断利用吸收,被地下水带走或产生聚合作用,含量,大,小,不能水解和不可溶于有机溶剂的组分,小,大,可占沉积有机质的7595%,腐殖质（humic materials）,腐植质,富啡酸(Fulvic Acid),胡敏酸(Humic Aci

35、d),胡敏素（Humin）,腐植酸,聚合作用：是一种或几种不同的饱和或环状的单体聚合 成高聚物，而不析出低分子副产品的过程。,缩合作用：是两个或更多的有机分子，释放H2O、NH3等 简单分子而生成较大分子的反应过程。,土壤及岩石中总有机碳,NaOH 0.1NNa2P2O7 0.1N,PH=13,不溶,可溶,胡敏素,腐植酸,不溶,溶解,胡敏酸,富啡酸,HCl，PH=2,当量浓度1N=1mol/L*离子价数,腐植酸分离流程简图,腐植酸的平均元素组成,海相及湖相沉积物中的腐植酸,H及O含量较高，C含量较低,N含量较低，C含量较高,泥炭和煤中的腐植酸,土壤中的腐植酸,N 及C含量都较高,H/C原子比为

36、1.01.5,H/C原子比为0.51.0,H/C原子比：,海相,湖相,土壤,泥炭,比较,H/C原子比为0.81.2,腐植酸主要降解产物,腐殖质中的酚-脂肪酸,土壤,海水,不同学者提出的结构模式不同,共识：腐植酸的分子是由几个相似的结构单元缩合而成，每个单元都有核、桥键和官能团。,核可以是饱和环、芳环、和杂环，有单元环、双环，也有稠环。一般是苯、萘、蒽、吡咯、塞吩、吡啶、吲哚等。,桥键是连接核的原子或原子团。主要有CH2、NH,O,S。,核,核,桥键,官能团,官能团,脂链、脂环和肽键较多,芳烃较多,海水中腐殖质,土壤中腐殖质,推测的腐殖质结构,核,桥键,官能团,官能团,腐殖质简化结构,桥键,核,3 腐植质的形成,生物体+高等植物残体,被微生物分解,小分子有机化合物,部分被微生物吸收,部分剩余,通过微生物作用,发生缩聚,形成腐植（泥）质,酚-酚缩聚,酚-含氮化合物（氨基酸）缩聚,酚-脂肪酸缩聚,醣-氨缩聚,缩聚方式,由酚-酚反应生成的聚合物,侧链降解,聚合作用,聚合作用,阿魏酸,香草酸,酚-含氮化合物（氨基酸）缩聚,由氨基酸和酚缩合成的聚合物,中间产物缩合,褐色含氮聚合物,NH2-CH2-COOH,CHO-COOH,N-CH2-COOH,CH-COOH,CH2COOH,CH2-COOH,CH2-COOH,CH2COOH,NH,NH,NH,NH2,NH,OH,OH,O,O,O,N,