第八章有机地球化学
地球化学中的有机地球化学
地球化学中的有机地球化学地球化学是一门研究地球化学元素的分布、运移、化学特性及其在地球圈层中的变化规律的科学。
有机地球化学则是研究有机物质在地球中的分布、特性、形成与演化的学科。
它是现代地球化学领域中的一个分支，与矿物地球化学、水文地球化学等有机结合，构成了地球化学研究的核心内容。
本文将从有机地球化学的研究对象、有机质的主要成分、有机地球化学古气候学、有机地球化学与环境科学等几个方面结合实例进行阐述。
一、有机地球化学的研究对象有机地球化学的研究对象包括石油、煤炭、天然气、沉积岩石等。
这些物质均含有不同程度的有机质，是现代人类社会生产生活的重要能源与原料资源。
石油、煤炭、天然气是含碳量极高的有机物，其成分除了含碳之外，还含有氢、氮、硫等元素。
石油和天然气是构成地球深部烃类资源的主要成分，而煤炭则是由大量的植物残骸在地质历史长期压缩和化学反应形成的，是地球上储量最丰富的燃料。
沉积岩石则是指岩石中含有可见的、经过生物化学反应后形成的化石和其他有机标志物的沉积物。
有机质最为集中的地方是深度较浅的沉积岩系。
研究沉积岩石中的有机质，有助于了解岩石的沉积环境、沉积旋回、海水温度、海平面变化等。
有机质通常包括一系列的生物标志物，如芳香烃、脂肪烃等，这些标志物具有结构独特、成分多样、稳定性高的特征，可以用来将岩石的沉积环境重建出来。
二、有机质的主要成分有机质的主成分是有机碳、有机氮、有机硫、有机氧等元素的有机物。
为了更好的理解有机质和岩石成因的关系，我们需要掌握有机质的具体特征。
（1）碳同位素组成燃料油、煤中的有机碳含量可以用碳同位素组成进行表征。
碳同位素组成是指不同样品中碳的不同原子量之间的比例，以表征碳源以及化学分馏过程。
同位素测量得到的结果是以δ13C ‰ (PDB) 的形式表示的。
其中δ13C为样品同位素组成相对于标准物质Pee Dee Belemnite（PDB）的偏移值，计算公式如下：δ13C ‰ (PDB) = [(13C/12C)样品/(13C/12C)PDB - 1] × 1000‰（2）生物标志物分析生物标志物分析是有机地球化学中的重要研究手段之一。
08 碳同位素地球化学a
植物进行光合作用时，吸收CO2和H20的 过程中，使碳稳定同位素发生了分馏作 用，即富集12C而使13C进一步减少。 陆地植物吸收大气中CO2进行光合作用， δ13C值低；而海洋植物则利用海水中碳 酸盐分解产生的CO2进行光合作用， δ13C值高 。
上述反应的动力学机制是12CO2比13CO2 优先被溶解到植物细胞中，优先转化为 磷酸甘油酸，使得细胞质中剩余溶解的 CO2相对富13C，植物或者从根部、或者 在夜间通过叶子的吸呼将富12C的CO2排 走，经过多级的分馏过程使得光合作用 形成的化合物中富集12C。
三、热液体系的碳同位素组成
热液体系中碳主要呈碳酸盐矿物及流体 包裹体中的CO2和CH4气体，极少数情况下 也可能出现石墨。热液流体中碳可有各种 来源： 富12C的幔源深成岩，海相灰碳、生物成 因的有机物等。
某些热液矿床中方解石的δ13C值可能有 很大变化，如澳大利亚某地锡石-硫化物 矿床，其δ13C在-14‰～＋5‰。这种现 象难以用碳源和温度变化来解释，而主 要与热液流体中氧化态碳和还原态碳的 比例变化有关。
在低氧逸度时，CH4的浓度大大增加，这 时： δ13C CH4≈δ13CΣC 因此CH4浓度的变化对与之共存的碳酸盐 原子团的δ13C值产生明显影响。
不管氧逸度的数值大小如何，当pH从6升至 12时，由于CH4成份迅速降低， CO32-占绝对 优势，δ13C H2CO3趋向于接近4‰。 Ohmolo同样给出了热液体系中沉淀方解石 和石墨的δ13C值、稳定界线和pH值、fO2之 间变化的定量相图关系。当然其应用前提仍 然是同位素平衡体系和开放的热液环境。
低温下对于气态CO2、水溶含碳原子团和 CaCO3之间的同位素平衡交换，其δ13C 的增加顺序为： CO2(气)≈CO2(液) < H2CO3 (液) < CO32(液) < HCO31- (液) < CaCO3
第八章 地球表层系统的整体特征
第8章地球表层系统的整体特征第1节地球表层系统的结构第2节地球表层系统的功能第3节地球表层系统的概念模型一、地球表层系统的圈层结构六个子系统形成地表系统的空间序。
三个无机子系统：大气圈、水圈、岩石圈一个类有机子系统：土壤圈一个有机子系统：生物圈一个超有机子系统:人类圈或智慧圈每个圈层内部又有次级的组分和结构，形成一个有层序的整体，它们都属于开放系统。
（一）大气圈（atmosphere）1.包围地球，空间上连续的圈层；2.具有相对小的质量和厚度；3.具有较大的可压缩性，小的比热和密度；4.易于流动，具有很大的变率；5.对于外界扰动的响应时间最短；6.具有混沌性质——非线性；7.地球表层系统中能量传输的重要载体。
（二）水圈（hydrosphere）1.具有空间上不完全连续的性质；2.质量仅次于岩石圈；3.具有重要的热特性（如热容量高）；4.生命过程的重要介质和活跃的外营力；5.不同水体对环境扰动的响应时间差别显著；6.排熵最有效的介质；7.地球表层系统中的能量储存器和稳定因素。
（三）岩石圈（lithosphere）1.固体地球的一部分，具有连续分布的特点；2.质量最大的圈层；3.通过地形对其它圈层的性质和状态产生影响；4.对外界环境扰动的响应时间最长；5.除了地震和火山活动外，运动异常缓慢；6.地球表层系统中“不变”的因子。
（四）土壤圈（pedosphere）1.呈不连续分布,且质量很小；2.处于大气圈、水圈、岩石圈和生物圈交界面；3.大气、水、岩石、生物之间进行物质与能量循环、转化、交换的中心场所；4.对于外界环境扰动的响应时间很长；5.地球表层系统中相对稳定的因子。
（五）生物圈（biosphere）（1）地球上所有植物、动物和微生物等生命有机体及其占据的空间；（2）呈不连续分布，且质量很小；（3）使太阳能在地表系统中传输、转化的过程延长，效率提高；（4）将负熵流引入地球表层系统，促进系统向有序方向演化；（5）生物圈对于大气圈变化的响应最为敏感，响应时间从季节到数百年；（6）在人类活动的巨大扰动下，生物物种的数量正在以很快的速度减少。
第八章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式
干酪根演化过程中三个阶段的特征： （1）成岩阶段：刚形成的年轻干酪根结构松散、芳香片排列无序，缩聚 程度甚低，故镜质体反射率低，小于0.5％-0.7%，颜色较浅，荧光强。 含氧高，O/C原子比大。随着演化，O/C原子比迅速下降。总之，该阶段 主要以脱氧为特征。 （2）深成阶段：温度升高，镜质体反射率增大，Ro0.5-0.7%—2.0％， 干酪根开始降解，伴随着大量烃类的生成，H/C原子比迅速下降，干酪根 颜色由于芳核的缩合而发生明显的变化，逐渐变深，荧光减弱。该阶段 以主要以脱氢为特征。
（3）变质阶段：温度继续升高，镜质体反射率继续增大，Ro>2.0％，残 留的干酪根中仅含少量短烷基链。H/C和O/C原子比均降到最低值。干酪 根颜色变为黑色，荧光消失，芳香片层排列定向，干酪根形成了愈来愈 稳定的结构。该阶段以富碳、缩聚为特征。
第三节 生烃演化模式 —————————————————————————
第二节 干酪根的演化 ————————————————————————— 一、含量上的变化
实验室同样模拟出干酪根生成石油的过程。干酪根 在人工加温热降解过程中，先是生成液态烃，然后 液态烃裂解，生成气态烃。
法国石油研究院人工加热现代沉积物中的干酪根实验结果 （以产物占干酪根质量分数表示）
加热温度 ℃
2012-9-18
三、不同类型干酪根的生烃模式
不同显微组份生烃演化模式的比较 （据程克明，1990；赵长毅等，1996）
2012-9-18
第三节 生烃演化模式 ————————————————————————— 油气生成改进模式
第三节 生烃演化模式 —————————————————————————
一、成岩作用
对整个沉积体系而言，成岩作用的结果是将松 散的沉积物变成固结的沉积岩，主要的作用因素是 压实和胶结。但对有机质而言，成岩作用的主要结 果是形成干酪根，同时释出H2O、CO2、CH4、NH3、 N2 、H2S等，并伴有一定量的继承性的可溶烃类和 非烃类，该阶段起作用的主要因素是微生物（细 菌），在有利的条件下，可以生成大量的生物甲烷 气。
合肥工业大学 地球化学 考试 考研 总结 小抄
考试题型一、名词解释（10 ×2 =20分）二、填空题（30 ×1 =30分）三、简述题（3 × 10=30分）四、计算题（2 × 10=20分）主要章节0 绪论第一章：太阳系和地球系统的元素丰度第二章：元素的结合规律与赋存形式第三章：地球化学热力学和地球化学动力学第四章：微量元素地球化学第五章：同位素地球化学第六章：环境地球化学第七章：水-岩化学作用和水介质中元素的迁移第八章：生物和有机地球化学第九章：地球的化学演化一、主要名词解释1. 丰度：是指研究体系中被研究元素的相对含量，用重量百分比表示。
2.克拉克值:指任意一个元素在地壳中的平均丰度，称为克拉克值。
3 .元素地球化学亲和性:指阳离子在自然体系中有选择地与某阴离子化合的倾向性。
4.亲铁性元素、亲氧性元素和亲硫性元素亲氧性元素:倾向与氧结合形成氧化物或含氧盐的元素。
也称为亲石性元素。
亲硫性元素：倾向与硫结合形成硫化物或硫酸盐的元素。
也称之为亲铜性元素。
亲铁性元素：元素在自然界以金属状态产出的一种倾向。
5 .类质同像：某些物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中的部分构造位置随机地被介质中的其它质点(原子、离子、配离子、分子)所占据，结果只引起晶格常数的微小改变，晶体的构造类型、化学键类型等保持不变的现像称为“类质同象”。
6 .元素赋存形式：指元素在一定的自然过程或其演化历史中的某个阶段所处的状态及与共生元素间的结合关系。
元素的赋存形式的含义应包括元素的赋存状态和元素的存在形式。
7. 简单分配系数、能特斯分配系数能斯特分配系数C1 / C2 =a1 / a2 = K D(T, P)在温度、压力一定的条件下，微量元素i（溶质）在两相平衡分配时其摩尔浓度比为一常数（K D ），K D 称为分配系数，或称为能斯特分配系数，也称为简单分配系数。
8 .相容元素：指那些在岩浆发生过程中其离子半径和电价允许它们容纳在地幔矿物中的微量元素（类质同相形式），如Cr、Co、Ni、V、Sc及重稀土元素等。
《地球化学》章节笔记
《地球化学》章节笔记第一章：导论一、地球化学概述1. 地球化学的定义：地球化学是应用化学原理和方法，研究地球及其组成部分的化学组成、化学性质、化学作用和化学演化规律的学科。
它是地质学的一个分支，同时与物理学、生物学、大气科学等多个学科有着密切的联系。
2. 地球化学的研究对象：- 地球的固体部分，包括岩石、矿物、土壤等；- 地球的流体部分，包括大气、水体、地下水等；- 地球生物体，包括植物、动物、微生物等；- 地球内部，包括地壳、地幔、地核等。
3. 地球化学的研究内容：- 地球物质的化学组成及其时空变化；- 地球内部和外部的化学过程；- 元素的迁移、富集和分散规律；- 地球化学循环及其与生物圈的相互作用；- 地球化学在资源、环境、生态等领域的应用。
二、地球化学的研究方法与意义1. 地球化学的研究方法：- 野外调查与采样：包括地质填图、钻孔、槽探、岩心采样等；- 实验室分析：包括光学显微镜观察、X射线衍射、电子探针、电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）、原子吸收光谱（AAS）等；- 地球化学数据处理：包括统计学分析、多元回归、聚类分析等；- 地球化学模型：建立地球化学过程的理论模型和数值模型；- 同位素示踪：利用稳定同位素和放射性同位素研究地球化学过程。
2. 地球化学研究的意义：- 揭示地球的形成和演化历史；- 了解地球内部结构、成分和动力学过程；- 探索矿产资源的形成机制和分布规律；- 评估和治理环境污染问题；- 理解地球生物圈的化学循环和生态平衡；- 为可持续发展提供科学依据。
三、地球化学的发展历程与现状1. 地球化学的发展历程：- 起源阶段：19世纪初，地质学家开始关注矿物的化学组成；- 形成阶段：19世纪末至20世纪初，维克托·戈尔德施密特等科学家奠定了地球化学的基础；- 发展阶段：20世纪中叶，地球化学在理论、方法、应用等方面取得显著进展；- 现代阶段：20世纪末至今，地球化学与分子生物学、环境科学等学科交叉，形成新的研究领域。
铀在表生作用中的地球化学
二、铀在表生作用中的地球化学
1、铀在风化作用中的地球化学特征 2、铀在沉积作用中的地球化学特征 3、影响铀表生迁移和聚集的主要因素
4、铀后生聚集的地球化学特征
1、铀在风化作用中的地球化学特征
①矿物抗风化的能力。在风化过程中，铀主要 通过岩石和矿物的破坏和分解从岩石和矿物中分离 和释放出来，铀从各种矿物释放出来的难易程度不 一，一般情况下其稳定性大小顺序为： 氧化物＞硅酸盐＞硫化物和碳酸盐 造岩矿物中最稳定是石英，副矿物中最稳定是 锆石、独居石，碱性长石比斜长石稳定，云母类矿 物中黑云母最容易被破坏和分解。
第八章 外生铀矿概论
一、外生铀矿床概述 二、铀在表生作用中的地球化学
一、外生铀矿床概述
1.概念：外生铀矿床主要是指在地表附近， 由外生作用形成的铀矿床。 外生作用是指地球岩石圈与水圈、大气 圈、生物圈之间相互发生的各种复杂的物理 化学作用的综合。
一、外生铀矿床概述
2.外生作用下铀迁移、沉淀特征概述。 ①形成富铀层位。在外生作用下，自然界 的岩石及铀矿床遭受破坏和改造，形成新的风 化产物，由于铀元素地球化学性质活泼，大部 分铀呈UO22+ 离子的形式迁移，搬运至河流， 内陆盆地或浅海中，在有利的环境下被吸附、 还原沉淀，形成初始富铀层位或沉积铀矿床；
2、铀在沉积作用中的地球化学特征
风化过程中从岩石、矿物内带出的铀，一部分 呈溶解状态转入地表水和地下水中，另一部分仍 聚集在岩石风化壳和土壤之中。 风化产物可进一步被水、冰川、风等搬运， 其中主要是水的搬运。随着风化壳和土壤的剥蚀， 铀将以各种形式进入水体，然后被迁移到水盆地 中。
1) 铀在天然水体中主要迁移方式
1) 铀或UO2OH+形式。由于它们必须在氢离 子浓度较高的酸性介质中才能稳定存在，所以只 有在湿热气候条件下的酸性水体中，铀才主要以 UO22+和UO2OH+形式迁移。 有机化合物形式。在气候温暖，雨量充沛， 植被发育的地区，由于存在大量腐殖质，铀可 与腐殖酸、富里酸等形成有机络合物，并以有 机络合物形式迁移。
有机地球化学
有机地球化学有机地球化学是一门关于地球化学有机物质的学科，它研究的是地球表面的有机物质的形态、组成、动力学特征和地球内部的有机物质的结构、演化及其影响。
它是现代地球化学的重要组成部分，也是地球的历史演化过程的重要研究领域。
首先，有机地球化学涉及对地球表面有机物质的形态、组成以及地球内部有机物质演化过程的研究。
首先，地球表面的有机物质是经过漫长的地质演化而形成的，它们构成了地球表面的环境，也是人类文明发展的重要物质基础。
地表的有机物质主要来源于植物和动物的分解，以及含有有机物质的火山熔岩、流体以及冰盖等物质的运移、输送和混合。
研究地表有机物质大量分布状态、动力学特性和变化规律，有助于我们了解地表物质流动的动态特征，从而更好地把握环境变化，保护生物地球系统。
其次，有机地球化学研究的是地球内部有机物质的结构、演化及其影响。
地球内部温度、压力和化学环境的综合作用使得有机物质的构成发生了微妙的变化。
地球内部的有机物质把外部的地表有机物质转化成生命所需的物质，这正是生命可以存在于地球表面的原因。
有机地球化学研究地球内部有机物质的结构、演化和环境的影响，会有助于更好地理解深部有机物质形成的历史过程，从而有助于地球科学的发展。
再次，有机地球化学是现代地球化学中重要的组成部分。
地球化学是一门综合性的学科，它研究的是地球表面物质和地球内部物质运动和演变的机理，涉及到包括物理、化学和生物学等多学科的知识和方法。
有机地球化学作为地球化学涉及的一个分支，它以研究有机物质的形态和演化为目标，依赖形态学、有机物化学和地球化学等多学科的知识，它拓宽了地球化学的研究领域，对研究地球内部有机物质演化而言，有着重要的意义。
最后，有机地球化学是地球历史演化过程的重要研究领域。
地球是一个复杂的系统，从宇宙大爆炸到当前，地球表面和内部的物质都在发生变化，这是地球历史演化的过程。
而有机物质是地球表面和内部的重要物质，对地球历史演化至关重要。
第八章-影响有机质演化的地球化学因素
四、温度与时间的综合效应
时间和温度对生油门限的影响
资料来源
Albrecht Philippi Philippi Tissot
Connan
李永康等 周光甲等 王启军等 田克勤等 江继纲等 程克明等 梁狄刚等 杨少华等
地区
杜阿拉盆地 洛杉矶盆地 文图拉盆地
巴黎盆地 阿奎坦因盆地 法国卡马尔格盆地 沙巴苏洛海区 新西兰(海上)塔拉纳基
K E E E E K E E
地温梯 度℃ /100m 5.0 3.9 2.66 3.1 2.5 2.5
层组 年龄，
Ma 70 12 12 180 112 38 12 70 359 23
门限 温度，
℃ 65 115 127 60 90 106 120 80 62 95
门限深 度 m
1200 2440 2740 1400 3300 3250 3050 2900 1750 3350
•粘土矿物中蒙脱石是油气生成的很好的催化剂，伊利石次之， 实验证明至少有一半的脂肪酸脱羧基反应是由蒙脱石类的粘土 矿物起着催化作用。
第八章 影响有机质演化的地球化学因素
六、催化剂的作用
催化剂对反应速率的影响与浓度、温度的影响是不一样 的，后者并不改变反应的机理，而催化剂是通过改变反应机理 来影响反应速率的。催化剂的存在使反应活化能降低，加快反 应速率。
有机质生成石油烃类主要有两类反应，即C—C键断裂和脂肪 酸脱羧。其反应的活化能为60×4184J/mol，在实验室中只有 高于400℃下反应方可实现，而在沉积物中这类反应却可以进 行，它们的活化能为（20～35）×4184J/mol，表明在地质条 件下这类反应是在催化剂参加下完成的。在油气生成过程中催 化剂的催化作用在于催化剂与分散有机质作用，使后者的原始 结构破坏，促使分子重新分布，形成结构稳定的烃类。这种催 化剂主要有无机盐类和有机酵母两大类。
(完整版)有机地球化学
低熟油的形成的地质模型
2.腐殖煤的成烃机理及生烃模式
煤和煤系地层中集中和分散的陆源有机质，在煤化作用的同 时所生成的烃类被称为煤成烃。 Oil from coal ； Oil derived from coal
煤的生烃模式
第五节 天然气的成因类型及特征
天然气： 广义上，自然形成的、在标准状态
第一节 油气成因理论发展概述
一、油气成因有争议的原因
二、两大成因学派
根据在生油气原始物质问题上观点的差异，分：
两种有机成因论：
三、油气成因假说综述
四、有机说主要证据
五、无机说主要证据
第二节 生成油气的物质基础
二、沉积有机质
三、干酪根 Kerogen
1、干酪根的形成
下呈气态的单质和化合物。 狭义的天然气：一种以烃类气体为主 体,常伴有一定数量非烃的元素和化合 物的混合物
一、天然气类型
二、无机成因天然气
三、有机成因气
生物-热催化过渡带
概念：在未成熟-低成熟阶段，可溶有机 质极性分子通过脱羧基和脱官能团作用、 不溶有机质芳环结构的缩合作用形成小分 子烃类。 标志：甲烷含量变化很大，多数为湿气； δ13C1一般为-60～-50‰
低熟油形成机理
（1）树脂体早期生烃 （2）木栓质体早期生烃 （3）细菌改造陆源有机质早期生烃 （4）高等植物蜡质早期生烃 （5）藻类类脂物早期生烃 （6）富硫大分子有机质早期降解生烃
低熟油的地球化学特征
一般相对密度较重，也有低熟凝析 油和轻质油。 饱和烃含量较低，非烃和沥青质相 对含量较高，饱/芳比低。 甾烷的立体异构化程度低，如C29 20S/(20S+20R) 小于0.4为低熟油,小 于0.2为未熟油
第八章 有机质生烃演化的阶段性与生烃模式
沉积有机质的深成作用阶段，可以分两个温度段 来描述： （1）当地下温度增加到125℃以前，即在50－125℃ 范围内，干酪根由于受热而大量热降解生成烃类。此 时表现为可溶有机质数量迅速增加，这一温度段生成 的C15－C40的烃类，约占全部烃类生成总量的80－90 ％左右。沉积有机质在这一演化阶段中是处于成熟状 态，生成的主要产物为液态烃即石油。
2012-9-18
三、不同类型干酪根的生烃模式
不同显微组份生烃演化模式的比较 （据程克明，1990；赵长毅等，1996）
2012-9-18
第三节 生烃演化模式 ————————————————————————— 油气生成改进模式
第三节 生烃演化模式 —————————————————————————
第三节 生烃演化模式 —————————————————————————
一、有机质生烃演化（油气的形成 过程）的阶段性
未熟阶段 成熟阶段 成岩作用阶段 深成作用阶段
过成熟阶段
变质作用阶段
沉积有机质的演化阶段
1、未熟阶段
相当于有机质的成岩作用阶段，也就是干酪根的形 成阶段。该阶段沉积物埋藏浅，有机质经历的温度较 低，一般低于50～60℃，对应的干酪根镜质组反射率 （Ro）小于0.5%。 此阶段的化学作用过程以生物化学作用为主，故该 阶段也叫有机质的生物化学-地球化学作用阶段，有 机质演化的结果是形成了干酪根。
（2）当温度继续增加到大于125℃时，即在125－ 200℃范围内，此时将发生强裂的热裂解反应，它不 仅可促使干酪根上较短的侧链脱落，同时也可使原先 生成的较长链烃的碳－碳键发生断裂，而且这样形成 的轻质烃往往优于从干酪根上各种键断裂产生的烃， 结果就出现了以湿气和凝析油为主的阶段，即沉积有 机质的高成熟阶段。在这一温度范围内，C1－C3烃的 含量相对增加，其它较高碳数的烃含量则相对下降。 同时，残余干酪根的结构开始呈现聚合大于裂解的趋 势。
油气的生成
主要来源于陆地高等植物。
生烃潜力低，主要可形成煤 、芳烃、天然气。
我国陆相盆地统计 (王铁冠)： Ⅰ型干酪根占22.9%， Ⅱ型干酪根占48.5%， Ⅲ型干酪根占28.6%。
不同来源干酪根的元素分析图解
第二节
石油形成中的生物与物理化学条件
石油的生成是一个“生物化学和物理化学作用的过程”。
4.干酪根的分类
(1)根据原始生物和成矿方向的不同，有机质分：
有机质类型
腐泥型有机质 腐殖型有机质
原始生物
富含类脂的孢子和 水生浮游生物 富含木质素、纤维 素的陆生高等植物
主要成矿方向
石油、油页岩、 腐泥煤 甲烷气、 腐殖煤
——这种分类方法过于简单
(2) 化学分类 由C H O含量组成不同，可分为三类： I型干酪根：
0 原始沉积有机质含量百分数 100
液态烃急剧减少，C25以上高 分子正烷烃含量渐趋于零，只 有少量低碳原子数的环烷烃和
A芳香烃可稳定存在；低分子正 B
78 6 5 2 3
烷烃剧增，主要产物是甲烷及
其气态同系物。
C
4
1
埋深
D
CO2、H2O、CH4、N2等 碳质残渣
15 25 35 碳原子数
0 2 4 6 环数
期受细菌生物化学作用控制，中、后期受温度控制。
随埋深增大，温度增高，有机质逐步地连续地向油气转 化（为一连续过程）。不同深度范围促使其转化的地质和理 化条件不同，产物有明显不同，反映了有机质向油气转化过 程具有明显的阶段性。
★ 有机质向油气转化的过程
0 原始沉积有机质含量百分数 100
A、生物化学生气阶段 B、热催化生油气阶段 C、热裂解生凝析气阶段 D、深部高温生气阶段
油气地球化学第八章 烃源岩评价
Ø有机质类型：有机质类型是评价烃源岩生烃潜力的重要参数之一，常 用的分析方法包括有机地球化学与有机岩石学两种方法，主要分析参数 包括H/C、O/C、IH、IO、Tmax、干酪根显微组分、干酪根电镜扫描、 干酪根同位素等
Ø有机质的成熟度：成熟度是判断油气源岩的基本参数
有效油气源岩：指已经达到生油气门限并已生成和排出具有商业性油气 聚集的烃源岩
t T (H ,t)105
TTI 2 10 dt
0
n油气生成量的计算
Q H S Corg K Dorg
思考题：
1、烃源岩评价的主要内容 2、烃源岩评价的主要参数 3、名词解释：有机碳含量；有效烃源岩；氯仿沥青 “A”；总烃。
有机碳含量——有机碳是指岩石中与有机质有关的碳元素含量；常用的 分析方法包括燃烧法和岩石热解色谱；值得注意的是实测的有机碳含量 仅仅表示岩石中剩余的有机碳含量，因此在利用有机碳含量评价烃源岩 时，确定其下限标准必须考虑成熟度的影响 氯仿沥青“A”——是指岩石中用氯仿（CHCL3）抽提的可溶有机质， 即岩石中由有机质已经生成的物质，包括饱和烃、芳烃、胶质和沥青质 总烃——指氯仿沥青“A”族组成中饱和烃与芳烃之和（常用ppm为单位）
0.65%≤Ro<1.35% 1.35%≤Ro<2.00%
n烃源岩评价标准
对烃源岩有机碳含量下限标准的确定取决于国家的政治、经 济状况和各地区的不同情况，就目前的现状而言，总体来说， 我国各地区确定的有机碳含量下限标准较国外偏低，且尚不 完全统一，仍有较大的争议
不同岩石类型烃源岩有机碳含量下限标准
评价有机质成熟度的主要参数有：镜质体反射率Ro、孢粉颜色及热变指 数、沥青反射率、甲基菲指数、生物标志化合物参数等
பைடு நூலகம்
第08章 微量元素地球化学原理
氧逸度和熔体成份对稀土分配系数的影响
元素 La Ce Pr Nd Sm Eu
CI球粒陨石 原始地幔 0.3100 0.8080 0.1220 0.6000 0.1950 0.0735 0.7080 1.8330 0.2780 1.3660 0.4440 0.1680
橄榄石 斜方辉石 单斜辉石 石榴子石 0.0067 0.006 0.03 0.02 0.056 0.092 0.001 0.007
T
3.熔体（溶剂）成分的影响
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2.5 2 1.5 1 0.5 0
1.5 1 0.5 0 Ce Nd Sm Eu Gd ª Ë Ô Ø Dy Er Yb Lu
为什么？
二、微量元素的分配系数
(一)分配系数的测定
1.天然样品： 利用地质体中两种平衡相中元素（如火山岩中斑晶
和玻璃）
2.人工实验：
(二)分配系数的影响因素
1.温度
ln K D ( ) T ln
P
H RT 2
H K D RT B
V o RT
2.压力的影响：
ln K ( ) P
物质。
（2）页岩标准化 化学元素在细粒沉积岩中被充分混合，从而使其含量变得相当均匀。这种
“平均沉积岩”经常用来作为对稀土标准化的参照值。
（3）对其它特定岩石的标准化 研究岩套的演化和分配系数。
作
者
Nakamura, 1974 Geochim. Cosmochim. Acta, v38, 757775.
第8章-土壤元素的生物地球化学循环
✓这些磷酸盐在土壤溶液中大多以H2PO4-、
HPO42-、PO43-离子形态存在。
39
各种磷酸根离子的pH分布图 40
2.吸附态磷
➢ 吸附态磷是指那些通过库仑力、分子引力、化学键 能等各种作用力被土壤固相表面吸附的磷酸根阴离 子。土壤固相表面对磷酸根的吸附以专性吸附即配 位体交换较为重要。
✓ 有机态氮矿化释放的氨在土壤中转化为铵（NH4+） 离子，部分被带负电荷的土壤粘粒和有机胶体吸附，
部分被植物直接吸收。
✓ 土壤中大部分铵离子通过微生物的作用氧化成亚硝 酸盐和硝酸盐。
✓ 第一步：先把铵离子转化成亚硝态氮，称为亚硝化 作用，反应式为：
2NH 4
3O2
亚硝化微生物 (以Nitrosomonas为主)
氮素供应足时，可增强叶绿素的形成，光合作 用加强，叶色浓绿。
在作物生产中，作物对氮的需要量较大，土壤 供氮不足是引起农产品产量下降和品质降低的 重要因素。
7
8
水稻缺氮，植株矮小，僵化。自下而上叶片 黄化，无光泽。
9
10
硝酸盐淋失（Nitrate Leaching) 氮素肥料施用过剩会造成江湖水体富营养化、 地下水硝态氮积累及毒害等。
➢第一阶段：复杂的含氮化合物如蛋白质、核 酸、氨基糖等，在细菌、真菌、放线菌等微 生物酶的系列作用下，逐级分解而形成简单 的氨基化合物，称为氨基化阶段（氨基化作 用）。
➢第二阶段：在微生物作用下，各种简单的氨 基化合物分解成氨，称为氨化阶段（氨化作 用）,氨化作用在好气、嫌气条件下均可进 行。
地化 地化分析PPT课件
§1 有机质的分离
抽提前应将样品外层有污染部分剥离掉，在低于 50℃下烘干，样品粉碎至粒径在 0.18mm 以下。抽提 物称氯仿沥青，其百分含量可用下式计算：
式中：M—氯仿沥青百分含量，%； G1—容器加氯仿量，g； G2—容器量，g； m—样品量，g。
§1 有机质的分离
二、组份分离和纯化
抽提出来的氯仿沥青“A”和石油组份，包括饱和 烃、芳烃、胶质和沥青质。根据不同组份的化合物同 吸附剂间的吸附性能不同，以及各种有机冲洗剂的极 性不同，其脱附快慢也不同的原理，选择适当的吸附 剂配比及冲洗剂的用量，可以把原油中各族组份分离。 目前常采用柱色层法，以硅胶和氧化铝为吸附剂，用 正己烷和无水乙醇、苯与上述组份相似性质的溶剂作 为冲洗剂，冲洗色层柱，从而将原油各组份分离。
（2）“烷烃”色谱，尤其是经过正异构烷 烃分离后的正构烷烃色谱图上，可以提供更准 确的信息。如碳数分布范围、主峰碳、计算CPI、 OEP值等。
§2 色谱法
三、热解色谱法（Py—GC）
热解：是指通过加热使一种化合物转化为 其它化合物的变化过程。
热解色谱：可使不挥发的高聚合物加热裂 解为挥发性的产物，再用气相色谱分析这些产 物。对难气化的样品适用，如干酪根、岩样、 胶质+沥青质。
§2 色谱法
分配色谱：
分配系数
K=
液相单位体积中溶质的量 气相单位体积中溶质的量
若K值大，即大部分溶质溶解于液相中， 流出就慢，保留时间长；
若K值小，则流出快，先馏出色谱柱。固 定相越长，分离效果较好。
§2 色谱法
2．色谱图
谱图：是样品在检测器上产生的信号对时间所作的图，纵 坐标为输出信号的幅值，它与进入检测器物质瞬间含量有关。
元素分析仪：是原理相同的微量分析仪。实质上 就是小型气相色谱仪，也叫元素色谱仪。可测定干酪 根，也可测定原油。
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线性关系。
压力对有机质的演化起次要作用，存在矿物催化剂时，有机质有机质的稳定同位素化学
同位素分馏作用，导致有机质的稳定同位素组成有显著变化，可以据此确 定有机质的来源、沉积环境、形成和转化机制。 一 光合作用和稳定碳同位素
样品中12C含量越高，则δ13C值越负；
第八章 有机地球化学
主讲人： 梁建军
三 沉淀有机质演化的化学动力学
一级反应
其中：反应物初始浓度为 C0，t 时刻的反应物浓度为 C，K 为反应速度常数；
阿伦尼乌斯提出了反应速度常数 K 与绝对温度 T 的关系；其中，A 是频率因子， 即单位时间单位溶剂内粒子碰撞的速度；E 活化能，即反应需要的最低能量；
生物大分子分解为单体分子，然后单体 分子聚合形成干酪根。这一聚合作用也
会影响同位素分馏，但影响较小。
由于12C–12C更易断裂 ，所以生成的轻 质烃中12C较为富集，剩余的干酪根随 时间延长，而更加富集13C
三 碳的单体同位素研究及意义
由于同位素分馏，导致沉积有机物中的稳定同位素不仅与其生物质来源有关，而且与环境 条件和后期的演化过程相关。 单体生物标志化合物碳同位素研究 基于两个假设：具有共同来源的有机化合物表现相似的同位素组成； 成岩阶段单体生物标志化合物得同位素得以保持。 目前研究较多的单体生物标志化合物主要为：正构烷烃，烃类，氨基酸和糖类。 对东京湾沉积物（3m柱状样品和地标沉积样品）的单体长链正构烷烃的碳同位素组成进 行分析。结果表明：0~40 cm，现今到1965年的C27~C33正构烷烃的δ13C值为-30.5~-28.2‰， 其中偶碳数的正构烷烃的碳同位素重于奇碳数正构烷烃；70~220 cm样品中C27~C33正构烷烃 的δ13C值为-29.6~-32.9‰，且没有奇偶碳数的同位素差异。对比当地高等植物石蜡和油污中 的正构烷烃二端元的混合模型发现， δ13C的差异是高等植物蜡和油来源的正构烷烃混合引起 的，并根据其分布分析得出东京湾的污染较严重的时间段为1960~1965年。
成煤主要由四类有机化合物组成：糖、木质素、蛋白质和脂类。
煤的显微组分（显微镜下可以区分的有机组分）分为：镜质组、惰性组和壳质组。 镜质组：源于木质素和纤维素，富含氧，挥发性中等；
惰性组：成煤植物在泥炭沼泽时期经历不同形式和不同程度氧化得到的，碳含量最高（> 90 %），氢含量（< 5 %）、氧含量和挥发分都低。
14N/15N 16O/18O 32S/34S
微生物作用下的同位素分馏基于反应动力学，即不同同位素在关键单向反 应中的反应速率不同。
Δ (SO42-–S2-) = 25 ‰
有氧时，有机质转化为CO2；缺氧环境中，有机质被微生物发酵为甲烷，这个过程受
动力同位素效应影响显著，导致生成的甲烷中特别贫13C，δ13C为-50‰ ~112‰
埋深超过3500~4000m，高温裂解，高峰两液态烃急剧
减少，低分子量的正构烷烃显著增加，形成凝析油和湿气； 埋深超过4000m，进入变质阶段，高温高压，已形成 的液态烃和重质气态烃强烈裂解，形成甲烷，干酪根进一
步缩聚。
油（气）源岩：即烃源岩，指生成并排出过工业数量油气的岩石，泥岩、页岩和 碳酸岩，甚至是煤层。油气源岩的质量取决于有机质的丰度、类型和成熟度。 有机碳含量（>1%）、氯仿抽提物和烃含量是常用的有机物丰度指标。 鉴定有机物成熟度的指标为干酪根的镜质组反射率和生物标志化合物浓度。
泥炭化作用的结果之一是生成腐殖质。随着沼泽沉积物的堆积和水的浸没，体系处
壳质组（也称稳定组、类脂组）：源于植物中的类脂化合物，碳含量低，氢含量高（> 6 %），挥发分产率高。 煤的物理化学性质决定于三种组分的含量和煤化作用程度。 泥炭化作用（生物化学煤化作用）：以植物遗体为主的沉积物沉积速率和沉降速率相等时， 形成巨厚的沉积有机质堆积。然后，在微生物参与下发生生物化学和化学作用，有机质逐渐 转化为泥炭。
第五节 有机地球化学的应用
一 可燃有机矿产地球化学
可燃有机矿产：石油、天然气、煤、油页岩 （一）石油天然气地球化学
沉积有机质在早期成岩过程中，深度0~数百米，由于 细菌和微生物的化学降解，产生少量的烃类和挥发性气体。 其中烃类保持了原始有机质的结构特征，构成生物标志化 合物； 埋深超过1500~2500m时，有机质进入成熟阶段，经受 的温度较高60~200oC，发生热催化作用，产生大量的烃类。 此时的烃类在结构上明显不同于原始有机质，郑万庭、环 烷烃和芳香烃原子数和分子量逐渐减少，奇数碳优势小时；
油气源对比：运用有机地球化学原理，合理选择对比参数，来研究油、气、源岩之间的相互
关系。揭示三者的成因联系，油气的运移的方向、距离和油气的次生变化，圈定可靠的油气源， 指导油气的勘探和开发。 油气源对比主要运用生物标志化合物及其相关比值。
（二）煤的有机地球化学
石油的原始物质主要是低等水生浮游生物，n(H)/n(C) = 1.5~1.8 %； 煤的主要成分是具有芳香结构的固体有机物，其原始物质主要是高等植物，n(H)/n(C) = 0.4~1.0 %；
R 为气体常数；
反应速度主要取决于活化能和温度。活化能越大，反应速度越低，反应需要较 高的温度进行；活化能与断裂的键能成正比。
简化为
反应时间的自然对数与绝对温度成反比直线关系。
反应时间的自然对数与绝对温度成反比直线关系；所以沉积有机质的演化过程 中成油岩时代越新，所需成油的温度越高。 温度对有机质的热演化起主导作用，反应速度随温度成指数增长，而随时间成
所有自养生化过程都优先富集轻同 位素。
植物光合作用中，碳循环主要遵循
卡尔文循环，其δ13C为-26‰ ±7‰
大气中的12C被富集到生物体内，自身剩余的13C含量增大。海洋中碳酸盐源于 空气中可溶的CO2，所以海洋碳酸盐中也富集13C。
二 沉积有机质演化过程中的同位素分馏 沉积有机质在成岩作用中的同位素变化因素： 微生物作用下的生物大分子脱基团作用； 抗分解能力强的组分易于保存。 会发生同位素分馏的元素包括：12C/13C H/D