甾烷和萜烷化合物特征

甾烷和萜烷化合物特征

甾、萜类化合物是烃源岩有机抽提物和原油中重要的也是研究最多的一类生物标志化合物。它们既继承了生物化学组分的许多信息，又记录了从生命有机质到沉积有机质演化的很多证据。对甾、萜化合物组成和分布特征详细研究，有助于对烃源岩的深入认识，可以更好地揭示烃源岩现今状态和演化历史过程。（一）甾烷化合物组成特征

甾烷类化合物一般归为低分子量甾烷、重排甾烷、规则甾烷和4-甲基甾烷等4类，有些地区还可以检测出甲藻甾烷。一般情况，甾烷总量占总生标量不到30%，其内组成绝大多数是以规则甾烷为主要成分（超过半数），其次是重排甾烷，低分子量甾烷和4-甲基甾烷含量相当，一般小于10%。

甾烷是原油中最为常见和重要的一类生物标志化合物，它们的母质主要来源于藻类和高等植物。原油中甾烷包括低碳数甾烷、C27~C29规则甾烷和重排甾烷、C28~C30 4-甲基甾烷以及C30甲藻甾烷。根据规则甾烷相对比例可用于有机质的生源分析，C27甾烷来源于藻类有机体，C28甾烷主要与硅藻有关，C29甾烷的生源既可以是藻类又可以是高等植物。陆相盆地绝大多数原油中C27~C29甾烷呈“V”字型分布，即C27＞C28＜C29，表明藻类和高等植物双重生源特征。

甾烷基本结构为全氢化菲稠化环戊烷（图1），其中，在C10和C13位上连有甲基，C17位连接较长的支链烷基，在C24位连接C1~C2，分别为C27~C29甾烷。C5、C14和C17位碳环上氢（H）构型有α和β之分，前人规定：氢原子位于环平面之下的（即C-H键伸向纸内）为α-H，氢原子位于环平面之上的（即C-H键伸向纸外）为β-H。C20为手性碳原子，其立体构型有左旋和右旋两种构型，即R 构型和S构型。

图1 甾烷基本结构图

规则甾烷的生物构型为5α(H),14α(H),17α(H)C27~C2920R，随着热演化作用进

行，生物构型（R 构型）甾烷会不断向地质构型（S 构型）转化，即转化为5α(H),14α(H),17α(H)C 27~C 2920S ，并与5α(H),14α(H),17α(H)C 27~C 2920R 共存并最终达到平衡。因此，人们常用甾烷的20S/(20R+20S)比值来衡量有机质热演化程度。在R 构型向S 构型转化的同时，C 14和C 17位上的α-H 会向β-H 转化，即转化为5α(H),14β(H),17β(H)C 27~C 2920R 和5α(H),14β(H),17β(H)C 27~C 2920S ，同样形成αα与ββ共存并最终达到平衡。所以，也常用ββ/(αα+ββ) 比值来衡量有机质热演化程度，并且与20S/(20R+20S)比值有良好的线性关系。近年来研究表明，ββ型甾烷在运移过程中会相对富集，所以，对于运移距离较长的原油，ββ/(αα+ββ) 与20S/(20R+20S)关系会偏离线性关系。

在C 4位上连有甲基的甾烷称为4-甲基甾烷，它比规则甾烷多一个碳原子，有C 28~C 30，原油中一般检测到的为C 30的4-甲基甾烷较为丰富。

C 10位和C 13位上甲基因热作用会发生重排，甲基分别连接在C 5和C 14位上。同样，在C 13位和C 17位上氢（H ）的构型有α和β之分，在C 20位有R 和S 两

种立体构型，从而产生一系列重排甾烷，具体图谱鉴定如图2和表1。

图2 m/e217质量色谱图（甾族化合物）

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表1 m/e217质量色谱图甾族化合物鉴定表

（二）萜烷化合物组成特征

萜烷类化合物和甾烷化合物一样，是重要生物标志物，它也具有丰富的有机质生源信息和热演化记录。

萜烷也是原油中重要的生物标志化合物之一，可以提供许多关于生油母质信息，解决原油演化程度问题。原油中检测到的萜烷一般有二环倍半萜烷、三环二萜烷、四环二萜烷、长链三环萜烷、长链四环萜烷、五环三萜烷和四萜烷等，其中以五环三萜烷最丰富和最重要。

五环三萜烷可以分为藿烷类和非藿烷类，陆相原油中最广泛而又最丰富的是藿烷类，均以17α(H)21β(H)藿烷系列（C27~C35）为主，其次是17β(H)21α(H)莫烷系列、18α(H)新藿烷系列和重排藿烷，它们的主要先体物质是细菌藿四醇，其含量高低反映低等原核生物有机质贡献大小。

藿烷的基本结构为四个六元环（苯并菲）和一个五元环稠合而成（图3），

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图3 萜烷基本结构图

正常的藿烷碳数为30，除了在C4、C8、C10、C14、C18位上均有甲基取代外，C21位上是异丙基。藿烷的立体异构主要发生在C17和C21上的α和β构型，以及C22位上的R和S构型（仅当碳数大于30时才有）。同样，17β(H)21β(H)为生物构型，随着热演化作用，生物构型向17β(H)21α(H)和17α(H)21β(H)地质构型转化。我们又把17β(H)21α(H)称为莫烷系列，17α(H)21β(H)称为藿烷系列，随着热演化作用的加强，莫烷系列可以进一步转化为藿烷系列，即ββ→βα→αβ。

碳数小于30的藿烷称为降藿烷，碳数大于30的称为升藿烷。藿烷系列碳数为C27~C35，C28较为少见。

长链三环萜烷一般碳数分布在C19~C31（有资料表明该类化合物碳数可以高达45），其中C22和C27较少，以C21和C23最为丰富，C26以后有R和S两个立体异构体。在C26之前常出现一个峰，就是C24-四环萜烷。萜烷具体鉴定见表2和图4，图5。

表2 m/e191质量色谱图萜类化合物鉴定表

图4 m/e191质量色谱图（长链三环萜烷）

图5 m/e191质量色谱图（五环三萜烷）

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