第八章有機(jī)地球化學(xué)

1、第八章有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)起源于19世紀(jì)晚期和20世紀(jì)初期，早期有機(jī)地球化學(xué)的形成和發(fā)展得益于石油地球化學(xué)的進(jìn)步，并在很大程度上受石油地球化學(xué)的影響但隨著高精度分析測(cè)試方法和同位素示蹤技術(shù)的應(yīng)用，有機(jī)地球化學(xué)研究領(lǐng)域不斷拓展，現(xiàn)在已廣泛應(yīng)用于能源、礦產(chǎn)資源、海洋、環(huán)境和生命科學(xué)第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所 第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)第一節(jié) 生物圈第二節(jié) 地質(zhì)體中的有機(jī)物質(zhì)第三節(jié) 沉積有機(jī)質(zhì)的演化第四節(jié) 有機(jī)地球化學(xué)的應(yīng)用 本章主要介紹地質(zhì)體中有機(jī)物質(zhì)的成因、聚集和演化以及有機(jī)地球化學(xué)在地學(xué)領(lǐng)域中的應(yīng)用南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第一節(jié)第一節(jié)生物

2、圈生物圈第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)地球上各種生物生存和分布的地球外圈，稱(chēng)為生物圈（Biosphere）生物圈-維爾納茨基 生物圈跨越接近地表的大氣圈、水圈和巖石圈，是地球上最大的生物群落環(huán)境，其中包含著生物與生物之間以及生物與環(huán)境之間的相互關(guān)系南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所n自然界中有100多種化學(xué)元素，但與生命有關(guān)聯(lián)的元素并不 多，目前已知（或推測(cè)）的生物元素有30多種n這些元素組成了非常復(fù)雜、極為精巧的有機(jī)分子，參與了數(shù)目龐大、范圍寬廣的有機(jī)化學(xué)反應(yīng)n但制約生物元素的合成和生物分子的化學(xué)規(guī)律與制約有機(jī)化學(xué)分子的化學(xué)規(guī)律在本質(zhì)上是相同的，因此，有機(jī)化學(xué)和無(wú)機(jī)化學(xué)規(guī)律和原理同樣適用于更

3、為復(fù)雜的生命分子。第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)一、生物圈中化學(xué)元素的分布南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所生物圈的地球化學(xué)組成大致分為三個(gè)部分生物本身，包括植物、動(dòng)物及微生物等生物環(huán)境，包括土壤、水、空氣等生物源的巖石、礦物等，即腐殖質(zhì)、 煤、石油和天然氣等第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所n與地殼化學(xué)元素的組成相比，在活生物體中最豐富的三種元素，只有一種元素氧是地球上最豐富的元素之一n碳和氫在地球的組成中是很少的，但在生物體中卻很集中。碳、氮、氫和氧在生物圈中集中的現(xiàn)象并不是偶然的，這些元素是元素周期表中原子序數(shù)較小，揮發(fā)性較大的元素，很容易形成許多有機(jī)和無(wú)機(jī)

4、化合物，因此，它們便于用來(lái)進(jìn)行生物化學(xué)能的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所n生物元素在元素周期表中分布范圍較廣，包括主族元素、金屬元素和過(guò)渡元素，其中C、H、O、N、S、P等生命主族元素在生命體中占有最大的組分比例，是生命體的基本結(jié)構(gòu)材料。n 生命的主要有機(jī)物質(zhì)蛋白質(zhì)、核酸、脂類(lèi)、糖類(lèi)等均是由這幾種元素構(gòu)成，是有機(jī)地球化學(xué)研究的主要對(duì)象。第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所二、光合作用光合作用的過(guò)程是將光能轉(zhuǎn)變成化學(xué)能。它是由一系列復(fù)雜的光化學(xué)反應(yīng)和酶催化作用下的生化反應(yīng)過(guò)程組成首先光合生物利用光能將水分解，產(chǎn)生H離子，氫離

5、子還原CO2產(chǎn)生葡萄糖，氧被游離出來(lái)，自養(yǎng)生物進(jìn)一步從葡萄糖中合成多糖類(lèi)和其它有機(jī)物質(zhì)，這種反應(yīng)過(guò)程也稱(chēng)為氧化還原反應(yīng)。 第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所 光合作用是地球上新的有機(jī)碳合成的唯一途徑。 它幾乎是所有生命有機(jī)質(zhì)基本的源泉。 自然界中有兩類(lèi)光合作用，分別是綠色植物的 光合作用和細(xì)菌的光合作用。 對(duì)綠色植物來(lái)說(shuō)，水被氧化而釋放氣態(tài)氧，而二氧化碳被還原為糖類(lèi)(CH2O)，釋放出水，其氧化還原過(guò)程如下： 第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué) 6CO2 + 12H2S C6H12O6 +6 H2

6、O + 12S 氧化 光 細(xì)菌葉綠素 還原 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)對(duì)于細(xì)菌光合作用來(lái)說(shuō)，還原劑不是水，而是無(wú)機(jī)的硫化物(H2S)或者是有機(jī)化合物，因此細(xì)菌光合作用是細(xì)菌利用光能分解無(wú)機(jī)硫化物產(chǎn)生氫，氫和二氧化碳還原反應(yīng)產(chǎn)生糖類(lèi)。其反應(yīng)過(guò)程如下： 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué) 圖8- 15 氨基酸結(jié)構(gòu)式 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)第二節(jié)第二節(jié) 地質(zhì)體中的有機(jī)質(zhì)地質(zhì)體中的有機(jī)質(zhì)地質(zhì)體中的有機(jī)質(zhì)主要來(lái)源于天然有機(jī)質(zhì)，天然有機(jī)質(zhì)是各種生物體及生命活動(dòng)的產(chǎn)物，它是以單體或聚合物形式存在的有

7、機(jī)分子所組成的物質(zhì)。在地質(zhì)歷史發(fā)展過(guò)程中，有機(jī)質(zhì)的合成、沉積、保存的條件已發(fā)生了很大的變化，為了追索地質(zhì)體中有機(jī)質(zhì)的來(lái)源，揭示有機(jī)質(zhì)變化的地球化學(xué)過(guò)程和結(jié)果，需要研究生物有機(jī)質(zhì)的產(chǎn)生和聚集、生物圈的特征及其演化。南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)一、生物的化學(xué)組成及其特征一、生物的化學(xué)組成及其特征 生物有機(jī)質(zhì)是各種地質(zhì)體中有機(jī)質(zhì)的原始來(lái)源，它主要由碳水化合物、蛋白質(zhì)、脂類(lèi)和木質(zhì)素組成。此外，還有數(shù)量不大，但對(duì)生命活動(dòng)十分重要的有機(jī)物質(zhì)，如核酸、纖維素、丹寧、樹(shù)脂等南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)在不同生物體中各種有機(jī)組分的含量和類(lèi)型

8、有很大差別。如藻類(lèi)富含蛋白質(zhì)、脂類(lèi)；高等植物則富含纖維素和木質(zhì)素。同種生化組分在不同生物體內(nèi)也具有不同的結(jié)構(gòu)特征。如高等植物中的脂類(lèi)區(qū)別于低等植物的脂類(lèi)。生物體中有機(jī)組成的不同決定了地質(zhì)體中沉積有機(jī)質(zhì)的差異性。南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué) （1）碳水化合物碳水化合物又稱(chēng)糖類(lèi)，是自然界分布最廣的有機(jī)物質(zhì)。糖類(lèi)不僅是生物體的重要能量來(lái)源，而且還為生命合成提供碳原子和碳鏈骨架。許多糖類(lèi)物質(zhì)，如纖維素和幾丁質(zhì)，構(gòu)成某些動(dòng)植物的支撐組織。南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)糖類(lèi)的元素組成為碳、氫和氧。其分子通式為 Cn（H2O）n它是含多羥

9、基的醛類(lèi)或酮類(lèi)以及由它們聚合而成的 高分子化合物。其基本組成單元為-D型葡萄糖。碳水化合物按其水解產(chǎn)物可以分為單糖、低聚糖和多糖。此外，糖也可以與非糖物質(zhì)結(jié)合形成結(jié)合糖，如與蛋白質(zhì)結(jié)合的葡萄糖胺。南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)纖維素是構(gòu)成植物細(xì)胞壁和支撐組織的重要成分。它占自然界碳的含量的50%。由300個(gè)-2500個(gè)葡萄糖殘基組成，在酸或微生物酶的作用下可以發(fā)生水解，經(jīng)過(guò)一系列的中間產(chǎn)物，最后得到葡萄糖。 纖維素纖維素南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)幾丁質(zhì)是氨基糖的聚合物，可視為乙酰胺基CH3CONH取代了纖維素的兩個(gè)羥基。它

10、比纖維素更具有抵抗分解的能力。它是構(gòu)成節(jié)肢動(dòng)物和昆蟲(chóng)硬殼的主要部分，故又稱(chēng)為甲殼質(zhì)。 幾丁質(zhì)幾丁質(zhì)南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)淀粉廣泛分布于自然界，特別存在于植物的種子、根莖和果實(shí)中。按其結(jié)構(gòu)可分為直鏈淀粉和具有高度分支的支鏈淀粉。一般來(lái)說(shuō)，前者在植物中含量占10-20%，后者占80-90%。直鏈淀粉是由D-葡萄糖單位所組成，連接方式是通過(guò)1,4糖苷鍵縮合而成。 淀粉淀粉南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)(2) 脂類(lèi)（Lipids）脂類(lèi)又稱(chēng)類(lèi)脂化合物，這類(lèi)有機(jī)化合物在化學(xué)結(jié)構(gòu)上有很大的差異，但都不溶于水，而易溶于氯仿、苯、乙醚、

11、已烷和丙酮等非極性有機(jī)溶劑。脂類(lèi)能被生物利用，作為構(gòu)造、修補(bǔ)組織或供給能量之用。常見(jiàn)的脂類(lèi)化合物包括脂肪、臘、類(lèi)固醇和磷脂。南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)脂肪和脂肪酸（fats and fatty acids）：脂肪是動(dòng)植物中最重要的脂類(lèi)。它是由脂肪酸和甘油結(jié)合而形成的。脂肪的化學(xué)性質(zhì)極不穩(wěn)定，極易發(fā)生水解形成脂肪酸。脂肪酸的化學(xué)性質(zhì)較為穩(wěn)定，在低溫缺氧的環(huán)境中易于保存。所以，自然界中脂肪酸的分布相當(dāng)廣泛。 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué) 蠟是不溶于水的固體，它是高級(jí)脂肪酸與高級(jí) 一元醇或甾醇形成的酯。含有少量游離高級(jí)脂 肪酸

12、、高級(jí)醇和長(zhǎng)鏈烴。 蠟廣泛分布于生物界，有蜂蠟、蟲(chóng)蠟、植物 蠟、羊毛蠟等，尤以各種植物蠟豐富。 蠟在皮膚、羽毛、樹(shù)葉、果實(shí)表皮以及昆蟲(chóng)外 骨骼上起保護(hù)作用，防止水份過(guò)度蒸發(fā)。它是石油中高碳數(shù)正構(gòu)烷烴的主要來(lái)源之一。 蠟（蠟（waxeswaxes）：）：南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)萜（tie）類(lèi)和甾類(lèi)化合物（terperoids and steroids）：自然界生物合成的一個(gè)重要方式就是異戊二烯單元（isoprene）的聚合反應(yīng)。凡有成倍的C5單元的天然生物產(chǎn)物，通常就是整個(gè)異戊二烯單元的連接。這就是著名的“異戊二烯法則”。萜類(lèi)和甾類(lèi)化合物都符合“異戊二烯法

13、則”，它們廣泛分布于生物內(nèi)，也是極為重要的生物標(biāo)志化合物。 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)萜類(lèi)化合物存在于植物體內(nèi)，多數(shù)具有特殊氣味，主要成分為檸檬油、薄菏油和樟腦油。萜類(lèi)化合物的穩(wěn)定性和抵抗細(xì)菌降解的能力強(qiáng)于正烷烴，因而在地質(zhì)體中具有生物標(biāo)志化合物的重要特征，可反映原來(lái)生物物質(zhì)成分，廣泛用于研究古環(huán)境、沉積環(huán)境、生物成礦、生命起源和生物進(jìn)化等方面的研究。 萜類(lèi)化合物萜類(lèi)化合物南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)甾類(lèi)化合物又稱(chēng)類(lèi)固醇，甾族化合物與萜類(lèi)化合物不同，后者在高等植物中很普遍，前者在動(dòng)植物中均很豐富。甾類(lèi)化合物又稱(chēng)類(lèi)固醇甾類(lèi)

14、化合物又稱(chēng)類(lèi)固醇南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)樹(shù)脂（resin）是一切植物成分中抵抗化學(xué)和生物化學(xué)作用最強(qiáng)的一種萜類(lèi)混合物，其主要成分是倍半萜、二萜和三萜類(lèi)的衍生物。大部分樹(shù)脂是由不飽和的多環(huán)烯酸組成，是植物的重要組分之一，在植物的樹(shù)心和樹(shù)葉的表皮上都有樹(shù)脂分布。 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)磷脂（phospholipids）為含磷的單脂衍生物，它是甘油分子中的三個(gè)羥基中有兩個(gè)和高級(jí)脂肪酸形成脂，另一個(gè)和磷酸形成酯。n在磷脂中的脂肪酸常見(jiàn)的為軟脂酸、硬脂酸和油酸等。n磷脂是生物細(xì)胞膜的重要成分，廣泛分布于動(dòng)物的腦、肝、腎、蛋

15、黃、植物的種子、果實(shí)、孢子和微生物中，如卵磷脂和腦磷脂。南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)（3 3）色素（）色素（pigmentspigments）n色素多具有異戊間二烯結(jié)構(gòu)。n葉綠素是生物體中最為重要且最為普遍的的一類(lèi)有機(jī)色素，其基本結(jié)構(gòu)式是由四個(gè)吡咯環(huán)的碳原子通過(guò)四個(gè)次甲基（CH）交替連接而成的卟吩核，再加上各種碳取代基構(gòu)成的。 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)n葉綠素本身很不穩(wěn)定，在地質(zhì)體中很少見(jiàn)到。n葉綠素經(jīng)過(guò)降解釋放出其中的鎂，形成游離綠素脫鎂葉綠素a。n在這一轉(zhuǎn)變過(guò)程中，它可能與其他金屬重新絡(luò)合生成卟啉。在某些情況下，鎂

16、可能被其他金屬置換。南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)類(lèi)胡羅卜素是另一種重要的有機(jī)色素，它能使植物呈淡黃色到深紅色。類(lèi)胡羅卜素含有烴、醇、酮和羧酸，其中胡蘿卜素是最為常見(jiàn)的一種 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)（4）蛋白質(zhì)和氨基酸蛋白質(zhì)是由多種氨基酸組成的高度有序的聚合物。它們構(gòu)成了生物有機(jī)體中大部分含氮化合物。蛋白質(zhì)與其它分子結(jié)合形成生命過(guò)程中大部分重要的化合物，如細(xì)胞色素、酶、細(xì)菌的毒素和抗體、肌肉纖維、蠶絲和海綿等多種不同物質(zhì)，在有水存在時(shí)，不溶性蛋白質(zhì)由于酶的作用可以水解成水溶性的單體氨基酸。大部分蛋白質(zhì)是由二十幾種氨基酸組

17、成。 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)氨基酸是同時(shí)含有氨基（NH3）和羧基（COOH）的化合物南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)（5 5）木質(zhì)素（）木質(zhì)素（ligninlignin）n木質(zhì)素是植物細(xì)胞壁的主要成分，它包圍著纖維素木質(zhì)素是植物細(xì)胞壁的主要成分，它包圍著纖維素并充填其間隙形成了支撐組織。并充填其間隙形成了支撐組織。n木質(zhì)素可視為高分子量聚酚，其單體基本上是酚木質(zhì)素可視為高分子量聚酚，其單體基本上是酚丙烷基結(jié)構(gòu)的化合物，常帶有甲氧基等官能團(tuán)。丙烷基結(jié)構(gòu)的化合物，常帶有甲氧基等官能團(tuán)。n在高等植物中，木質(zhì)素可由芳香醇如松柏醇

18、、芥子在高等植物中，木質(zhì)素可由芳香醇如松柏醇、芥子醇和對(duì)香豆醇脫水縮合而成。醇和對(duì)香豆醇脫水縮合而成。 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)n木質(zhì)素性質(zhì)十分穩(wěn)定，不易水解，但可被氧木質(zhì)素性質(zhì)十分穩(wěn)定，不易水解，但可被氧化成芳香酸和脂肪酸?；煞枷闼岷椭舅帷在缺氧水體中，在水和微生物的作用下，木在缺氧水體中，在水和微生物的作用下，木質(zhì)素分解，與其它化合物形成腐殖質(zhì)。質(zhì)素分解，與其它化合物形成腐殖質(zhì)。 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第二節(jié) 地質(zhì)體中的有機(jī)物質(zhì)三、生物標(biāo)志化合物三、生物標(biāo)志化合物生物標(biāo)志化合物是指沉積物中的有機(jī)質(zhì)以及原油、油頁(yè)巖、煤中那些來(lái)源于活生物體，在

19、有機(jī)質(zhì)演化過(guò)程中具有一定的穩(wěn)定性，沒(méi)有或很少發(fā)生變化，基本保存了原始生化組分的碳骨架，記載了原始生物母質(zhì)的特殊分子結(jié)構(gòu)信息的有機(jī)化合物。南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué) 生物標(biāo)志化合物 因此，對(duì)比生物前身物質(zhì)，可以推斷其成因，提供生物先質(zhì)（原始生物）的類(lèi)型和地質(zhì)年齡，指示沉積和早期成巖階段的物理化學(xué)條件，提供成巖成礦方面的多種信息。南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué) 生物標(biāo)志化合物 地質(zhì)體中的有機(jī)質(zhì)包含了兩類(lèi)性質(zhì)各異、數(shù)量相差懸殊的有機(jī)組分，不溶于有機(jī)溶劑的干酪根和可溶的有機(jī)質(zhì)，其中干酪根占地質(zhì)體中有機(jī)質(zhì)的絕大部分（90%左右），而

20、可溶有機(jī)質(zhì)僅占有機(jī)質(zhì)的10%左右，它主要來(lái)源于生物體中原生烴類(lèi)和其它類(lèi)脂化合物的游離分子，由它們構(gòu)成了生物標(biāo)志化合物。 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué) 1、正構(gòu)烷烴n 正構(gòu)烷烴是由碳和氫組成的飽和直鏈烴， 其通式為CnH2n+2。n 生物體中含有的以偶碳數(shù)為主的脂肪酸、臘和以奇數(shù)碳原子為主的正構(gòu)烷烴構(gòu)成了沉積有機(jī)質(zhì)中正構(gòu)烷烴的主要來(lái)源。n 這些分子含有高鍵能的碳碳鍵，結(jié)構(gòu)較為穩(wěn)定，所以在一定程度上能保留它原有的結(jié)構(gòu)特征。南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)1、正構(gòu)烷烴n 正構(gòu)烷烴的碳數(shù)分布范圍、主峰碳數(shù)、分布曲線(xiàn)峰型和奇碳數(shù)分子與偶

21、碳數(shù)分子的相對(duì)豐度都具有指示成因的意義。n “碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)”（CPI）和奇偶優(yōu)勢(shì)指數(shù)（OEP）是表征正構(gòu)烷烴奇碳數(shù)分子和偶碳數(shù)分子相對(duì)豐度的兩個(gè)參數(shù)。 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué) Scalan和Smith（1971）使用了OEP計(jì)算主峰碳前后共5個(gè)C原子的奇C優(yōu)勢(shì)：主峰C的序號(hào)為Ci+2，加指數(shù)（-1）i+1的目的是為了保證分子項(xiàng)上永遠(yuǎn)為奇數(shù)C原子。由于原油中奇、偶C幾乎相當(dāng)，因此上述這些C優(yōu)勢(shì)指標(biāo)越接近于1，說(shuō)明其成熟度越高。在我國(guó)，CPI、OEP時(shí)，未成熟，CPI、OEP時(shí)成熟。南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)正烷烴判別生

22、油巖成熟度的依據(jù)是：石油中的正烷烴，主要是新生的，并且隨有機(jī)質(zhì)成熟度增加，低分子量正烷烴增多，致使正烷烴分布曲線(xiàn)的主峰移至低C數(shù)范圍（C29C21）；與此同時(shí)，早期具有明顯優(yōu)勢(shì)的奇數(shù)C原子隨熱解作用的繼續(xù)進(jìn)行，奇C優(yōu)勢(shì)逐漸消失，在原油中奇、偶數(shù)C原子含量幾乎相等。所以，從不成熟成熟，就越來(lái)越不具備奇C優(yōu)勢(shì)。南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)常使用的參數(shù)有： Phillipi（1965）用C28C30間的C29優(yōu)勢(shì)來(lái)表示 Bray和Evans（1961）用C24C34區(qū)間的分布定義南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)n 現(xiàn)代生物總體以奇碳

23、數(shù)正構(gòu)烷烴占優(yōu)勢(shì)。n 陸生高等植物中C27、C29、C31、C33等高分子量奇數(shù)碳正構(gòu)烷烴優(yōu)勢(shì)特別明顯.n 海相生物中低碳數(shù)正構(gòu)烷烴的豐度較高，主峰以nC15、nC17為主。藍(lán)綠藻來(lái)源的正構(gòu)烷烴以nC14nC19占優(yōu)勢(shì)。 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所L/H=C22/C23+(長(zhǎng)鏈烴長(zhǎng)鏈烴/短鏈烴短鏈烴)CPI=12C25C33(奇數(shù)奇數(shù))C24C32(偶數(shù)偶數(shù))C25C33(奇數(shù)奇數(shù))C26C34(偶數(shù)偶數(shù))+OEP=C27+6C29+C314C28+4C30L/H反映藻類(lèi)、細(xì)菌與高等植物對(duì)沉積有機(jī)質(zhì)的相對(duì)貢獻(xiàn)反映藻類(lèi)、細(xì)菌與高等植物對(duì)沉積有機(jī)質(zhì)的相對(duì)貢獻(xiàn)CPICPI和和OEPOEP反映成熟度：

24、反映成熟度： 現(xiàn)代生物：現(xiàn)代生物：CPI1CPI1，原油，沉積巖在，原油，沉積巖在1313；正構(gòu)烷烴正構(gòu)烷烴南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所2. Alkenones and the UK37index 長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酮又稱(chēng)長(zhǎng)鏈烯酮長(zhǎng)鏈不飽和脂肪酮又稱(chēng)長(zhǎng)鏈烯酮 37C37C，有，有2 2和和3 3個(gè)碳碳雙鍵個(gè)碳碳雙鍵南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所 One of the longest-established biomarker-based proxies is known as the U37K Vindex (Brassell et al., 1986; Prahl and Wakeham, 1987)

25、. It is based on the relative abundances of two compounds, colloquially termed alkenones. The two compounds, each with 37 carbons, differ only in that the C37:2 (C37H72O) has two carboncarbon double bonds and the C37:3 (C37H70O) has three. 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所Alkenones and the UK37index This SST proxy, exp

26、ressed as:can have values between 0 and 1, roughly corresponding to 0 and 26 C, respectively, usually assigned as the annual mean SST (mixed layer temperature):南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所U U3737k k（0.0330.033SSTSST）0.043 0.043 SSTSST海水表面溫度海水表面溫度南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所These long, straight-chain, 37-carbon ketones are biosyn

27、thesised by unicellular eukaryotic haptophyte marine algae. Haptophytes are widespread in the photic zone of the modern ocean, being one of the primary producers of pelagic calcium carbonate as minute (micron size), ornate tests (coccoliths). The number of double bonds they possess is directly relat

28、ed to the growth temperature, with more of the alkenone with three (and also four) double bonds (C37:3) rather than two double bonds (C37:2), being produced at colder water temperatures.南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所n Foraminiferal calcium carbonate shells are not always well preserved whereas the more persistent al

29、kenone molecules have proven to be valuable recorders of Pleistocene and earlier climate change from the poles to the tropics.n Analyses are not limited to determination of alkenone abundances and distributions; it is possible also to determine their stable carbon and radiocarbon radiocarbon isotopi

30、c compositions. The 13C values have been shown to be related to carbon dioxide concentrations, leading to the development of a paleo-pCO2 proxy. 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所3. TetraEther indeX of 86-C atoms (TEX86)Crenarchaeotal（一種古菌）（一種古菌）含含86個(gè)碳原子的四醚類(lèi)類(lèi)脂物個(gè)碳原子的四醚類(lèi)類(lèi)脂物與海水溫度的關(guān)系與海水溫度的關(guān)系 (Schouten et al,2002)Schouten, S

31、., Hopmans, E.C., Schefuss, E., Sinninghe Damst, J.S., 2002. Distributional variations in marine crenarchaeotal membrane lipids: a new tool for reconstructing ancient sea water temperatures? Earth Planet. Sci. Lett. 204, 265274.南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所Principles Marine Crenarchaeota - cren-are-KEY-o-tah Ubiqui

32、tous and abundant Archaea Membrane lipidcomposition dependson T南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所 TetraEther indeX of 86-C atoms (TEX86) GDGTs (glycerol dibiphytanyl glycerol tetraether) membrane lipids: variable cyclopopane rings GDGTI = “cold”P(pán)rinciples 4 regioisomer of 4Marine Crenarchaeotas GDGTs structures(Schouten

33、 et al., 2007)南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所Calibration: surface samplesSchouten et al., 2002 Sampling sites 2 - 27C 20 35 Oxicity variation南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所Schouten et al., 2002南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所 Crenarchaeol (GDGT1), higher 2-5 at high T GDGT0 not specific to marine plankton Too high conc. of GDGT4南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所Schouten et

34、al., 2002南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所Schouten et al., 2002 圖8-22 古代沉積物中的分散有機(jī)質(zhì) 組成（據(jù)Tissot等，1984，修改） 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)四、干酪根四、干酪根干酪根（kerogen）一詞來(lái)源于希臘語(yǔ)，意為能生成油或蠟狀物的物質(zhì)。 Tissot和welte(1978)將沉積巖中既不溶于含水的堿性溶劑，也不溶于普通有機(jī)溶劑的有機(jī)組分，稱(chēng)為干酪根，它泛指一切成油型、成煤型的有機(jī)物質(zhì)，但不包括現(xiàn)代沉積物中的腐殖物質(zhì)。 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)干酪根是地球上有機(jī)碳的最重要

35、形式，按有機(jī)質(zhì)數(shù)量統(tǒng)計(jì)，干酪根是沉積巖有機(jī)質(zhì)中分布最普遍、最重要的一類(lèi)，約占地質(zhì)體總有機(jī)質(zhì)的95，其余的則是瀝青。估計(jì)巖石平均含干酪根，地殼中干酪根總量約為31015t，大約相當(dāng)于煤的總儲(chǔ)量的1000倍和石油總儲(chǔ)量的16000倍(Weeks，1958)。 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué) 圖 8-24 干酪根類(lèi)型圖 （據(jù) Tissot 等，1980） 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)1、干酪根的性質(zhì)和形成n干酪根是一種高分子聚合物，主要由C、H、O元素組成，含有少量的N、S、P和其它金屬元素n據(jù)Tissot等（1984）研究，干酪

36、根的碳含量一般在7090%，氫含量為311%，氧含量為324%，H/C原子比為，O/C原子比值為，C/N比值為40150n干酪根元素組成變化大是由于干酪根的類(lèi)型和成熟度的差異造成的南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)1、干酪根的性質(zhì)和形成干酪根的形成過(guò)程仍有待深入研究，一般認(rèn)為，干酪根是生物有機(jī)質(zhì)沉積埋藏后，通過(guò)微生物降解、聚合作用形成腐殖酸（或腐殖質(zhì)），再轉(zhuǎn)化為干酪根。 南京大學(xué)表生地球化學(xué)研究所第八章第八章 有機(jī)地球化學(xué)有機(jī)地球化學(xué)Tissot等（1984）認(rèn)為：生物聚合物（如蛋白質(zhì)和碳水化合物）首先由微生物降解成單體氨基酸和糖，部分成為微生物的營(yíng)養(yǎng)而消耗，殘余物通過(guò)縮聚作用和聚