2011 第六章 有机质的沉积分布特征

有利于有机质沉 积后的保存
4．温度
影响生物的发育及其产率 生物礁生活在热带海洋中 显微粒状灰质藻主要生长在温暖地区 硅藻大量发育在寒冷地区 通过影响无机矿物的沉积来影响生物的发育和沉积 温度和蒸发作用 盐度 生物的发育
在热带、温带水盆地形成温跃层 温跃层 使水体对 流停滞
下部水体缺氧
有利于有机 质的保存
四、各类环境参数之间的相互关系
不过，上述三类环境参数并不是孤立，而是相互 依存互相影响的。 物理上 动水高能环境 静水低能环境
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化学上
生物学上
氧化环境
需氧（喜氧）环境
还原环境
厌氧环境
第三节 不同沉积环境（相）有机质 的沉积特征
海洋环境
不同水体环境
过渡环境 湖泊环境 沼泽环境
有机质的数量 有机质的性质
有机质丰度很高，可高达70－90% 有机质类型单一，以腐殖型为主
成煤、成煤 系气的环境
小结
1．沉积环境控制有机质的沉积。环境参数可分为物理 的，化学的和生物的三大类，相互独立又相互关联。
2．海洋环境有机质沉积的主要特征是：远洋盆地有机 质来源是单一的，近陆海具二元性；有利的环境是，表 层生物高产、下层缺氧还原、持续较快沉降；海盆的滨 岸带和中心远洋区是有机质沉积的贫乏区；两者之间的 浅海带和大陆斜坡及其邻近的深海盆地是海洋有机质的 主要沉积区。
4．远洋盆地（半深海－深海）是有机质沉积 的贫瘠区
虽然环境特征为静水、低能的还原环境，但远 洋盆地由于营养物质缺乏、光照度极低、生物不发育、 沉积速率缓慢，有限的有机质在下沉过程中，被水中 的溶解氧或某些深海生物所消耗，形成有机质沉积的 贫瘠区。
二、过渡环境有机质的特征
过渡环境是指海陆交互的沉积环境，如三角洲、河 口湾、泻湖、港湾、堤礁及深入大陆的地表海。
从湖泊边缘到中心，随着水体逐步加深，湖泊从滨湖、 浅湖逐步过渡到深湖－半深湖相 有利区在哪？
从湖盆边缘到中心，有机质的丰度逐渐升高，陆 源有机质的贡献逐渐减少，有机质类型逐渐变好。
四、沼泽环境有机质的沉积特征
沼泽是地形上平坦低洼，构造上持续缓慢沉降，气 候温暖潮湿，致使土壤充分湿润、季节性或长期积水、 水体停滞、丛生着多年喜湿性植物的低洼地段。
2．浅海陆棚是海洋内有机质的主要沉积区
内陆海（如黑海、里海） 浅海 有障壁的陆缘浅海（渤海、墨西哥湾） 无障壁的开阔浅海（东海、黄海）
浪基面以上
浅海带
浪基面以下
适宜的温度、阳光、丰富 的养分使其生物初产率高 静水、低能还原环境
浅海带
是油气生成的良好区域。
沉积速率适中，可使有机质得到较为迅速的埋 藏，保存条件良好。 富含有机质的细粒沉积物分布广、厚度大， 有机质总量大。
Eh为正值时，表明环境富氧，为氧化环境，有机质 被氧化、消耗，转化成CO2和H2O，变价元素（如Fe， Mn等）将会以高价态存在；
Eh为负值时，表明环境缺氧，为还原环境，变价元 素以低价态存在。
含铁自生矿物，由氧化环境至还原环境出现次序为：
褐铁矿－赤铁矿－海绿石－鳞绿泥石－菱铁矿－白铁矿和黄铁矿 （氧化环境）（弱氧化弱还原环境）（弱还原环境）（强还原环境）
一、海洋环境有机质的沉积特征
海洋是最大的生物生活空间，也是有机质得以沉 积和保存的最大空间。
海洋环境的差异性和分带性十分明显。在水平方 向上，随着离岸远近和水深分为：滨海（潮间）带； 浅海带；半深海带；深海带。
在垂直方向上按光亮度分： 强光带，海面至80m水深 弱光带，80－200m水深 无光带，200m以下
沉降速率远大于沉积速率，不行
沉降速率接近或稍大于沉积速率，正好
沉降速率远小于沉积速率，不行
二、环境的化学参数及其对有机质沉积 的影响
环境的化学参数主要包括氧化－还原电位(Eh)、 酸碱度（pH）、盐度和温度。
1．氧化－还原电位（Eh）
氧化－还原电位是环境氧化还原能力的量度，主 要受含氧量控制，是对有机质沉积保存最重要的环境 要素。 Eh等于零时，为中性；
就沉降与沉积速率的比较来说：
①若沉降速率远远超过沉积速率（vs>>vd），水体急
剧变深，沉积物补给不足，生物死亡后，在下沉过程 中易遭受巨厚水体所含氧气的氧化破坏，多以粘土及 化学溶解物质沉积为主；
②若沉降速率显著低于沉积速率（vs<<vd），由于补
偿远大于沉降速率，水体迅速变浅，直至盆地填满消 亡，上升为陆地，沉积物暴露地表，有机质易受空气 中的氧气所氧化，也不利于有机质的堆积和保存；
因此要认识沉积环境及其对有机质沉积的影响， 首先需要剖析环境的物理、化学及生物学参数及其对 有机质沉积的影响。 沉积作用绝大部分发生在覆水盆地中。因此主要 讨论水体环境。
一、环境的物理参数及其对有机质沉积 的影响
物理环境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性质。
对有机质沉积有重要影响的物理参数是：水流流 速；水体深度与浪基面的深度；沉积速度与沉降速度。
三、水体环境的生物参数及其对有机质 沉积的影响 温度（0－100℃）
分布最广 微生物（细菌） 繁殖最快 喜氧细菌 生活习性 厌氧细菌
可将有机质中的O、S、H、 P等元素分离出来，使碳、 氢，特别是氢富集起来，产 生CH4 、H2 、CO2 、有机酚 和其它碳氢化合物。
埋深（0~几千米） 压力（达几百atm） 淡水和咸水
4．有机质的数量和性质随沉积环境（相）而 变（第三节详述）
在介绍与此有关的细节之前，有必要先讨论有机 质的沉积环境及其对有机质沉积的影响。
第二节 沉积环境及其对有机质沉积的影响
沉积环境是指发生沉积作用的地貌单元，是物 理上、化学上、生物学上有别于相邻地区的地球表面。 而沉积相是沉积环境的物质表现。
第六章 有机质的沉积分布特征
有机质的沉积特征 （即沉积物中有机 质的数量和性质）
取决于 生物的发育及有机质的来源 取决于 有机质沉积的环境
重点讨论： 沉积环境及其对有机质沉积的影响 不同沉积环境有机质的沉积特征。
第一节 有机质沉积的一般特征
有机质的含量、性质、组成和产状随沉积环境 （相）、地质时代、岩性和先质有明显的变化。
成烃潜力较高 pH < 7.0时，酸性沼泽环境 有机质多为腐殖型
3．盐度
水的盐度是其中所溶解的固体物质的质量百分比。 水体含盐度直接影响着生物群落的发育和沉积物的性 质。 正常盐度的海水 盐度偏高或偏低
微生物的发育 受到抑制
生物种类最多
生物种类都减少
（生物总量不一定减少）
盐度增加 盐跃层
水体对流停滞
由于以水生生物的贡献为主，有机质性质较好， 倾向于产油。
3．大陆斜坡及其邻近的深海盆地是有机质沉 积较为丰富的地区，仅次于浅海带
有机质主要来自上部的浮游生物和浊流、重力流 沉积从大陆架和三角洲地区带来的有机质。浊流不仅 搬运来大量的砂体，同时也有富含有机质的泥质物， 使大陆斜坡沉积物中具有较丰富的有机质。
通性细菌
微生物的重要作用 （1）将沉积物中的有机质分解和转化为较小的单体
这些单体随后可能被氧化、消耗，也可能被保存。
（2）加速还原环境的形成
微生物的呼吸 有机质的分解
消耗氧气
还原环境
有利于有机 质的保存
（3）死亡的微生物直接作为沉积有机质的来源
不利生油的有机质
微生物改造
有利生油的有机质
微生物能合成少量C15 以上的烷烃和环烷烃，以用来 作为其细胞结构的一部分。
酸性介质pH<7，
二氧化硅沉淀，碳酸钙溶解
中性介质pH=7，
碱性介质pH>7。 碳酸钙沉淀，二氧化硅溶解
酸碱度 pH值=5－7 pH值=7－8.5
关系密切
粘土矿物沉积 高岭石沉积 蒙脱石沉积
酸性环境 中性、弱碱性环境
因此，根据粘土矿物的组合特征反映水介质的酸 碱度。 有机质常与碳酸盐一起沉积 pH≥7.8时，弱碱性 有机质含量较高
分流河道
砂质大致按粒度 分别卸载沉积
三角洲平原
三角洲前缘
浪基面以下
前三角洲
浅水、高能、氧化
静水、低能、还原环境
有机质丰度往往很高 有机质的类型以混合型为主
有机质沉积贫乏
三、湖泊环境有机质的特征
“唯海相才能生油” ，“中国贫油论”。 沉积有机质的丰度无不取决于两个主要因素：有 机质的供给和保存。湖盆有何不可？ 湖泊也是沉积物和有机质堆积的重要场所。有些 湖盆，含有非常丰富的有机质沉积，如我国松辽、渤 海湾等大型湖盆，成为重要的含油气盆地。 二元多方向性 ，越往湖盆中心，陆源有机质的影 响越小。
水生生物
3．有机质的数量和性质随岩性而变
数量
Hunt（1961）的统计显示：
沉积岩 泥页岩 碳酸盐岩 砂岩 有机碳的平均含量 2.1％ 0.29％ 0.05％
其他学者的统计显示 ：总体的趋势完全一致
性质
粒度越细 有机质性质越好 页岩优于粉砂岩、砂岩 碳酸盐岩
来源于水生生物
海相宏观藻除外
有机质性质一般较好
褐铁矿limonite 赤铁矿Hematite 海绿石Glauconite （主要成分FeO(OH)· 2O） （主要成分Fe2O3） nH （钾、铁、铝或镁的水合硅酸盐）
绿泥石chlorite 菱铁矿siderite 白铁矿marcasite 黄铁矿pyrite (Mg,Fe,Al)6(Si,Al)4O10(OH)8（主要成分FeCO3） （主要成分FeS2） （主要成分FeS2）
③ 只有在长期持续下沉过程中伴随着适当的升降，
沉降速率与沉积速率相近或前者稍大时(vs≈vd)，才能 持久保持还原环境。
生物大量繁殖 长期保持有利 水体深度 有机质免遭氧化 沉积厚度大 埋藏深度大 生、储层频繁相 间广泛接触
保证丰富的原始 有机质沉积下来
有助于原始有机质 迅速向油气转化并 广泛排烃
②当水体深度稍大于浪基面深度时
为静水、低能、还原环境，以具致密纹理的粉 砂岩和泥质岩为特征，当有机质来源丰富时，可形成 大范围丰富的有机质沉积；
③当水体深度远大于浪基面深度时，太深的水体不利
于有机质的沉积，有机质经过很深的水体，常被其它 生物或氧化所消耗。
水体深度远小于浪基面深度，不行 水体深度稍大于浪基面深度，正好
滨海（潮间）带，高潮线至低潮线之间
浅海带，低潮线至200m水深的连续水域，其海底地形为大陆架（陆棚） 滨海（潮间）带 滨岸相（或海岸相、海滩相） 浅海带 浪基面以上 浅海陆棚相 水深超过4000m的 连续水域
浪基面以下
水深200－4000m的 连续水域
1．滨岸带不利于有机质沉积保存
滨岸带由于位于波浪作用、潮汐进退的高能、氧 化环境之中，有机质难以沉积聚集，是有机质沉积贫 乏的环境。
pH＝7.8（约为 海水的PH值）
氧化环境
有机质不能保存
还原环境
方解石在pH≥7.8时可 自由沉淀；而在较弱 的碱性环境中它只是 副矿物；而当pH＜7， 则完全没有方解石。
氧化－还原 电位
地球化学界面（或地球化学墙）
2．酸碱度（pH值）
酸碱度的划分主要根据水介质中氢离子浓度， pH=-lg[H+]。
水体深度远大于浪基面深度，不行
3 ． 沉 积 速 率 （ vd deposition ） 与 沉 降 速 率 （ vs sedimentation）及其对有机质沉积的影响
界面 还原环境
水体 沉积物
一般而言，较快的沉降和沉积有利于有机质的 保存，有机质的丰度较高。
过快或过慢的沉积速率都不利于有机质的沉积 和保存。
1．大多数沉积有机质以分散的形式存在，只 有少部分以煤和油气藏的富集方式存在
以富集态存在于煤和油中的有机质的仅占分散有 机质总量的1/600和1/18000。
2．有机质的沉积分布特征随地质时代而变
我国学者统计显示， 中新生代有机质的 丰度一般高于古生 代，从老到新，有 机质含量呈现增大 的趋势 水生生物和陆源高 等植物的双重贡献
1．水流流速
被搬运和沉积的碎屑粒径受水流流速的控制。 水流速度 水流速度 搬运能力 有机、无机颗粒由 粗到细的逐步沉积
以颗粒形式存在的有机质，密度较低，易于搬 运而难以沉积，仅当水流速度非常之低时，有机碎屑 才能与细小的粘土矿物一起沉积。
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底栖生物和微生物
2．水体深度与浪基面深度及其对有机质沉积 的影响
浪基面是指水盆地波浪有效作用水体的底面。浪 基面的深度与水体面积有关，海洋的深，湖泊的浅。
上
湍流高能环境
浪基面
下 控制
静水低能环境
沉积物的沉积和保存
水体深度
①当水体深度远小于浪基面深度时
为动水、高能、氧化环境，有机质和细碎屑不 易沉积，即使沉积下来也容易被氧化，因此以砂砾、 介壳、砂屑灰岩等粗屑沉积为特征，有机质含量很低；