甾烷和萜烷化合物特征

1、甾烷和萜烷化合物特征甾、萜類化合物是烴源巖有機抽提物和原油中重要的也是研究最多的一類生物標志化合物。它們既繼承了生物化學(xué)組分的許多信息，又記錄了從生命有機質(zhì)到沉積有機質(zhì)演化的很多證據(jù)。對甾、萜化合物組成和分布特征詳細研究，有助于對烴源巖的深入認識，可以更好地揭示烴源巖現(xiàn)今狀態(tài)和演化歷史過程。（一）甾烷化合物組成特征甾烷類化合物一般歸為低分子量甾烷、重排甾烷、規(guī)則甾烷和4-甲基甾烷等4類，有些地區(qū)還可以檢測出甲藻甾烷。一般情況，甾烷總量占總生標量不到30%，其內(nèi)組成絕大多數(shù)是以規(guī)則甾烷為主要成分（超過半數(shù)），其次是重排甾烷，低分子量甾烷和4-甲基甾烷含量相當，一般小于10%。甾烷是原油中最為常見

2、和重要的一類生物標志化合物，它們的母質(zhì)主要來源于藻類和高等植物。原油中甾烷包括低碳數(shù)甾烷、C27C29規(guī)則甾烷和重排甾烷、C28C30 4-甲基甾烷以及C30甲藻甾烷。根據(jù)規(guī)則甾烷相對比例可用于有機質(zhì)的生源分析，C27甾烷來源于藻類有機體，C28甾烷主要與硅藻有關(guān)，C29甾烷的生源既可以是藻類又可以是高等植物。陸相盆地絕大多數(shù)原油中C27C29甾烷呈“V”字型分布，即C27C28C29，表明藻類和高等植物雙重生源特征。甾烷基本結(jié)構(gòu)為全氫化菲稠化環(huán)戊烷（圖1），其中，在C10和C13位上連有甲基，C17位連接較長的支鏈烷基，在C24位連接C1C2，分別為C27C29甾烷。C5、C14和C17位碳

3、環(huán)上氫（H）構(gòu)型有和之分，前人規(guī)定：氫原子位于環(huán)平面之下的（即C-H鍵伸向紙內(nèi)）為-H，氫原子位于環(huán)平面之上的（即C-H鍵伸向紙外）為-H。C20為手性碳原子，其立體構(gòu)型有左旋和右旋兩種構(gòu)型，即R構(gòu)型和S構(gòu)型。 （低分子量甾烷） 圖1 甾烷基本結(jié)構(gòu)圖規(guī)則甾烷的生物構(gòu)型為5(H),14(H),17(H)C27C2920R，隨著熱演化作用進行，生物構(gòu)型（R構(gòu)型）甾烷會不斷向地質(zhì)構(gòu)型（S構(gòu)型）轉(zhuǎn)化，即轉(zhuǎn)化為5(H),14(H),17(H)C27C2920S，并與5(H),14(H),17(H)C27C2920R共存并最終達到平衡。因此，人們常用甾烷的20S/(20R+20S)比值來衡量有機質(zhì)熱演化程

4、度。在R構(gòu)型向S構(gòu)型轉(zhuǎn)化的同時，C14和C17位上的-H會向-H轉(zhuǎn)化，即轉(zhuǎn)化為5(H),14(H),17(H)C27C2920R和5(H),14(H),17(H)C27C2920S，同樣形成與共存并最終達到平衡。所以，也常用/(+) 比值來衡量有機質(zhì)熱演化程度，并且與20S/(20R+20S)比值有良好的線性關(guān)系。近年來研究表明，型甾烷在運移過程中會相對富集，所以，對于運移距離較長的原油，/(+) 與20S/(20R+20S)關(guān)系會偏離線性關(guān)系。在C4位上連有甲基的甾烷稱為4-甲基甾烷，它比規(guī)則甾烷多一個碳原子，有C28C30，原油中一般檢測到的為C30的4-甲基甾烷較為豐富。C10位和C13

5、位上甲基因熱作用會發(fā)生重排，甲基分別連接在C5和C14位上。同樣，在C13位和C17位上氫（H）的構(gòu)型有和之分，在C20位有R和S兩種立體構(gòu)型，從而產(chǎn)生一系列重排甾烷，具體圖譜鑒定如圖2和表1。圖2 m/e217質(zhì)量色譜圖（甾族化合物）表1 m/e217質(zhì)量色譜圖甾族化合物鑒定表序號分子式分子量化合物名稱與立體化學(xué)構(gòu)型1C27H4837213(H),17(H)-20S-重排膽甾烷2C27H4837213(H),17(H)-20R-重排膽甾烷3C27H4837213(H),17(H)-20S-重排膽甾烷4C27H4837213(H),17(H)-20R-重排膽甾烷5C28H5038613(H),

6、17(H)-20S-24-甲基重排膽甾烷6C28H5038613(H),17(H)-20R-24-甲基重排膽甾烷7C28H5038613(H),17(H)-20S-24-甲基重排膽甾烷8C28H5038613(H),17(H)-20R-24-甲基重排膽甾烷9C27H483725(H),14(H),17(H)-20S-膽甾烷10C27H483725(H),14(H),17(H)-20R-膽甾烷11C27H483725(H),14(H),17(H)-20S-膽甾烷12C27H483725(H),14(H),17(H)-20R-膽甾烷13C29H5240013(H),17(H)-20S-24-乙基重

7、排膽甾烷（無）14C29H5240013(H),17(H)-20R-24-乙基重排膽甾烷15C29H5240013(H),17(H)-20S-24-乙基重排膽甾烷16C29H5240013(H),17(H)-20R-24-乙基重排膽甾烷（無）17C28H503865(H),14(H),17(H)-20S-24-甲基膽甾烷18C28H503865(H),14(H),17(H)-20R-24-甲基膽甾烷19C28H503865(H),14(H),17(H)-20S-24-甲基膽甾烷20C28H503865(H),14(H),17(H)-20R-24-甲基膽甾烷21C29H524005(H),14(

8、H),17(H)-20S-24-乙基膽甾烷22C29H524005(H),14(H),17(H)-20R-24-乙基膽甾烷23C29H524005(H),14(H),17(H)-20S-24-乙基膽甾烷24C29H524005(H),14(H),17(H)-20R-24-乙基膽甾烷25C30H544144-甲基,24-乙基,5(H),14(H),17(H)-膽甾烷(20S)26C30H544144-甲基,24-乙基,5(H),14(H),17(H)-膽甾烷(20R)27C30H544144-甲基,24-乙基,5(H),14(H),17(H)-膽甾烷(20S)28C30H544144-甲基,24

9、-乙基,5(H),14(H),17(H)-膽甾烷(20R)（二）萜烷化合物組成特征萜烷類化合物和甾烷化合物一樣，是重要生物標志物，它也具有豐富的有機質(zhì)生源信息和熱演化記錄。萜烷也是原油中重要的生物標志化合物之一，可以提供許多關(guān)于生油母質(zhì)信息，解決原油演化程度問題。原油中檢測到的萜烷一般有二環(huán)倍半萜烷、三環(huán)二萜烷、四環(huán)二萜烷、長鏈三環(huán)萜烷、長鏈四環(huán)萜烷、五環(huán)三萜烷和四萜烷等，其中以五環(huán)三萜烷最豐富和最重要。五環(huán)三萜烷可以分為藿烷類和非藿烷類，陸相原油中最廣泛而又最豐富的是藿烷類，均以17(H)21(H)藿烷系列（C27C35）為主，其次是17(H)21(H)莫烷系列、18(H)新藿烷系列和重排藿

10、烷，它們的主要先體物質(zhì)是細菌藿四醇，其含量高低反映低等原核生物有機質(zhì)貢獻大小。藿烷的基本結(jié)構(gòu)為四個六元環(huán)（苯并菲）和一個五元環(huán)稠合而成（圖3）， （長鏈三環(huán)萜烷）（藿烷系列）圖3 萜烷基本結(jié)構(gòu)圖正常的藿烷碳數(shù)為30，除了在C4、C8、C10、C14、C18位上均有甲基取代外，C21位上是異丙基。藿烷的立體異構(gòu)主要發(fā)生在C17和C21上的和構(gòu)型，以及C22位上的R和S構(gòu)型（僅當碳數(shù)大于30時才有）。同樣，17(H)21(H)為生物構(gòu)型，隨著熱演化作用，生物構(gòu)型向17(H)21 (H)和17(H)21(H)地質(zhì)構(gòu)型轉(zhuǎn)化。我們又把17(H)21 (H)稱為莫烷系列，17(H)21(H)稱為藿烷系列，

11、隨著熱演化作用的加強，莫烷系列可以進一步轉(zhuǎn)化為藿烷系列，即。碳數(shù)小于30的藿烷稱為降藿烷，碳數(shù)大于30的稱為升藿烷。藿烷系列碳數(shù)為C27C35，C28較為少見。長鏈三環(huán)萜烷一般碳數(shù)分布在C19C31（有資料表明該類化合物碳數(shù)可以高達45），其中C22和C27較少，以C21和C23最為豐富，C26以后有R和S兩個立體異構(gòu)體。在C26之前常出現(xiàn)一個峰，就是C24-四環(huán)萜烷。萜烷具體鑒定見表2和圖4，圖5。表2 m/e191質(zhì)量色譜圖萜類化合物鑒定表序號分子式名稱與立體化學(xué)構(gòu)型序號分子式名稱與立體化學(xué)構(gòu)型1C19H34C19-長鏈三環(huán)萜烷22C31H58C31 R-三環(huán)萜烷2C20H36C20-長鏈

12、三環(huán)萜烷23C29H5017(H),21(H)-21-乙基藿烷3C21H38C21-長鏈三環(huán)萜烷24C29H5017(H),21(H)-21-乙基藿烷4C22H40C22-長鏈三環(huán)萜烷25C30H52-羽扇烷5C23H42C23-長鏈三環(huán)萜烷26C29H5017(H),21(H)-21-乙基莫烷6C24H44C24-長鏈三環(huán)萜烷27C30H52奧利烷7C25H46C25-長鏈三環(huán)萜烷28C30H5217(H),21(H)-21-異丙基藿烷8C24H42C24-四環(huán)萜烷29C30H52五環(huán)三萜烷9C26H48C26S-長鏈三環(huán)萜烷30C30H5217(H),21(H)-21-異丙基莫烷10C26

13、H48C26R-長鏈三環(huán)萜烷31C31H5417(H),21(H)-22S-21-異丁基藿烷11C27H50C27S-長鏈三環(huán)萜烷32C31H5417(H),21(H)-22R-21-異丁基藿烷12C27H50C27R-長鏈三環(huán)萜烷33C30H52-蠟烷13C28H52C28S-長鏈三環(huán)萜烷34C31H5417(H),21(H)-22R-21-異丁基莫烷14C28H52C28R-長鏈三環(huán)萜烷35C32H5617(H),21(H)-22S-21-異戊基藿烷15C29H54C29S-長鏈三環(huán)萜烷36C32H5617(H),21(H)-22R-21-異戊基藿烷16C29H54C29R-長鏈三環(huán)萜烷37C33H5817(H),21(H)-22S-21-異己基藿烷17C27H4618(H)-藿烷(Ts)38C33H5817(H),21(H)-22R-21-異己基藿烷18C27H4617(H)-藿烷(Tm)39C34H6017(H),