有機沉積作用分析課件

1、第二章 有機沉積作用一、有機圈及有機碳的地化循環(huán)二、有機質來源與有機沉積環(huán)境三、不同環(huán)境中有機質沉積特征1、生物圈：活的生物分布、發(fā)育的空間。2、有機圈：地球上古今生物及以生物為來源的有機物分布、演變的 空間。它與生物圈并生并存，而內含生物圈，范圍比生物圈大。 有機圈還包括生物死后，有機質沉積、埋藏、演變、分布的地下 廣大空間沉積巖石圈。 所以，生物的繁衍和死亡，有機質的沉積和深埋、煤、石 油、天然氣等有機礦產(chǎn)的形成都是在有機圈中進行的自然過程。一、有機圈及有機碳的地化循環(huán)保存下來的生物有機質平均僅為其原始產(chǎn)量的0.8%左右氧化分解生化分解生物吞食3、有機碳的地化循環(huán)：一、有機圈及有機碳的地化

2、循環(huán)在整個有機圈中，有機碳及其構成的有機質處于不斷的演化之中，具有明顯的循環(huán)性質。地殼上有機碳的兩個主要循環(huán)系統(tǒng)，一個是在生物圈中的小循環(huán)，另一個是在有機圈中的大循環(huán)。 土壤沉積物中有機物，出露、開采至地表的有機礦產(chǎn)沉積巖中有機物、煤、干酪根等CO2光合作用植物和細菌 石油天然氣交換庫儲存庫有機碳循環(huán)示意圖生物圈123546變質沉積巖中的有機物死亡的動植物細菌動物 巖石圈分解呼吸分解水體中分散有機質1：動物呼吸放出CO22-3：細菌分解成CO24-5-6：自然抬升氧化 和人工開采燃燒。生物圈中有機碳的循環(huán)途徑CO2光合作用植物和自養(yǎng)細菌動物CO2呼吸CO2光合作用植物和自養(yǎng)細菌動物CO2菌解、

3、氧化死亡有機體CO2光合作用植物和自養(yǎng)細菌動物CO2菌解、氧化死亡有機體水中分散有機質一、有機圈及有機碳的地化循環(huán)巖石圈中有機碳循環(huán)途徑水體中分散有機質沉積物中有機質沉積巖中有機質（煤、干酪根）沉積埋藏成巖CO2上升氧化開采燃燒石油和天然氣、中牌號煤上升氧化開采燃燒CO2石油和天然氣、煤及變質巖中有機質上升氧化開采燃燒CO2一、有機圈及有機碳的地化循環(huán)沉積有機質的概念 活體生物的遺體及其分泌物和排泄物直接或間接進入沉積物、或經(jīng)過生物降解作用和沉積埋藏作用被掩埋在沉積物中、或經(jīng)過縮聚作用演化生成新的有機化合物及其衍生物的那部分有機質稱為沉積有機質。 在這一概念中包含了三個層次： 一是活體生物活動

4、所產(chǎn)生的有機質以及生物死亡后的尸體被保存在沉積物中的有機質，包括烷烴、脂肪酸、甾、萜、卟啉等生標物 二是活體生物活動所產(chǎn)生的有機質以及生物死亡后的尸體經(jīng)過生物作用而產(chǎn)生的新有機質以及經(jīng)過生物作用而殘存的有機質被保存在沉積物中 三是有機質在埋藏演化過程中所新生成的有機質，如石油、天然氣、煤、瀝青等。二、有機質來源與有機沉積環(huán)境二、有機質來源與有機沉積環(huán)境（一）有機質來源沉積物中有機質的數(shù)量和性質不僅取決于生物的發(fā)育，還取決于有機質的來源和有機沉積環(huán)境。 原地沉積有機質：指原地生成并沉積埋藏于該地的有機質； 異地沉積有機質：指通過各種地質營力搬運后而沉積埋藏的有機質。 按地域進行劃分，大致可分為來

5、自沉積盆地的有機質、來自沉積盆地以外的有機質和混合來源的有機質三種。 1、水盆地內水生生物來源：并不意味著是原地來源，因有機質以分散狀態(tài)在水中沉積下來的。以浮游植物來源最重要，其次是浮游動物和細菌。 2、水盆外陸源高等植物來源：并不是陸地生物都能被搬運到水盆沉積的，只有產(chǎn)量最高的生產(chǎn)者，又由抗氧耐腐的生化組分組成的高等植物殘體，才可能大量被帶到水盆地中參與有機質的沉積。陸源有機質對水盆地都是異地來源。只是在沼澤環(huán)境，高等植物多是原地來源。陸源有機質，主要通過河流搬運到水盆地。 3、兩者兼有的混合來源：在湖泊環(huán)境、海陸過渡環(huán)境及淺海大陸架環(huán)境中，有機質部分來源于盆地內水生生物，部分來源于盆地外高

6、等植物。這種有機質來源的二元性，不僅影響有機質的數(shù)量，而且影響有機質的性質。 陸源有機質一方面參與沉積，另一方面是水生生物的營養(yǎng)物。二、有機質來源與有機沉積環(huán)境（一）有機質來源1、水體環(huán)境的物理參數(shù) 物理參數(shù)指沉積物和有機質沉積介質的動態(tài)和靜態(tài)物理性質。（二）控制有機沉積作用的因素 沉積速度與沉降速度對有機質的影響較為復雜，一般說，過快沉積有“稀釋作用”，而過慢有機質會被“暴露氧化”，都不利于有機質的保存。 水體深度水體過深，不利有機質保存，因在有機質經(jīng)過很深水體時，常被其它生物或氧氣所消耗。 粘土礦物與有機質的絮凝作用分泌物與粘土結合形成大顆粒而加快沉積；在生物體內與粘土結合，以糞便形式排出

7、而加快沉積。 水流流速沉積物顆粒在水體中的沉降速度，可用斯托克斯公式計算：不適合有機質沉積控制有機質沉積作用的因素包括水體環(huán)境的物理參數(shù)、化學參數(shù)和生物參數(shù)。沉積速度與有機質含量的關系過快速堆積造成的“稀釋作用”有機物供應恒定時，無機物稀釋了有機物2、水體環(huán)境的化學參數(shù) 氧化-還原電位(Eh)：當Eh=0為中性， Eh0為氧化環(huán)境， Eh0為還原環(huán)境。有機質只有沉積在還原條件下才能保存持久，否則會“緩慢燃燒”。 含鐵自生礦物是氧化-還原環(huán)境的常用標志：褐鐵礦赤鐵礦海綠石鱗綠泥石菱鐵礦白鐵礦、黃鐵礦 （氧化環(huán)境） （弱氧化弱還原環(huán)境） （還原環(huán)境） （強還原環(huán)境）氧化帶 弱氧化帶 中性帶 弱還原

8、帶 還原帶 強還原帶（氧化鐵） （海綠石） （Fe3+、Fe2+） （菱鐵礦） （碳酸鐵） （硫化物） （氫氧化鐵） （富鐵綠泥石） （藍鐵礦） （硫化鐵） 有機質主要保存在強還原帶弱還原帶，沉積物中有機質含量豐富，本身就指示了處于良好的還原環(huán)境。 在強還原環(huán)境，零位面在水中；在氧化環(huán)境，零位面在泥中。 （二）控制有機沉積作用的因素 酸堿度(pH值)：酸性介質pH7，中性介質pH7，堿性介質pH7。 當pH7.8時，有機質常與碳酸鹽一起沉積，有機質含量較高，就形成碳酸鹽巖生油巖。這種環(huán)境缺乏陸源沉積物補給，有機質多為腐泥型。在pH7的強酸沼澤環(huán)境，堆積了以腐植型為主的有機質。 鹽度：在淡水、微

9、咸水和正常咸水環(huán)境，水生生物都可大量發(fā)育。超咸水環(huán)境不利于生物發(fā)育，只剩下少數(shù)喜鹽生物。咸度周期性變化的環(huán)境，可造成不同生物群落的周期性繁殖和死亡，提供十分豐富的有機質沉積 化學沉積一般順序：氧化物硅酸鹽碳酸鹽硫酸鹽鹵化物。 溫度：水生生物的發(fā)育與水體溫度有關。生物礁生活在熱帶海洋中；顯微粒狀灰質藻，主要生長在溫暖地區(qū)；硅藻大量發(fā)育在寒冷地區(qū)。對有機質沉積和保存最有影響的是熱帶、溫帶水盆地內溫躍層的存在。（二）控制有機沉積作用的因素（二）控制有機沉積作用的因素3、水體環(huán)境的生物參數(shù) 提供有機質和沉積物來源：生物的初生產(chǎn)率提供大量的有機質來源。 改變沉積環(huán)境：生物活動引起CO2含量的變化可以影響

10、碳酸鹽的沉淀或溶解搬運。 加速沉積過程：有機質與粘土的絮凝作用會加速有機質的沉積作用。 消耗、改造有機質：對于大量的高等植物有機質，細菌的分解，還原作用更是主要的。 富集稀有微量元素：有機質對許多元素的成礦都起著重要的作用。（一）海洋環(huán)境的有機質沉積 1、沉積場所最大2、遠洋水域有機質來源是單一的，近陸海域是混合的3、有機質的有利沉積條件：表層生物產(chǎn)量高、下層缺氧還原，持續(xù)較快沉降、絮凝作用加速沉積。4、高能濱岸帶(濱海)不利于有機質沉積保存5、大陸架是海洋內有機質的主要沉積區(qū)6、遠洋盆地是生物鈣質、硅質豐富沉積區(qū)和有機質貧乏沉積區(qū)，以化學沉積為主。7、“堰塞”小洋盆和毗鄰大陸架的深海盆是有機

11、質重要沉積區(qū)三、不同環(huán)境有機質沉積特征（二）過渡環(huán)境的有機質沉積 三角洲、河口灣和瀉湖位于陸地和海洋之間，兼有兩者特點。1、有機質來源的二元性：淡水生物、半咸水、咸水生物并存。陸源搬運而來的高等植物。2、低能緩流還原環(huán)境，有利于有機質沉積。3、干旱瀉湖環(huán)境，富有機質泥巖常與蒸發(fā)巖組成旋回。 蒸發(fā)鹽巖盆地沉積分四個階段：靜海相階段旋回開始，鹽度升高，底水缺氧，生物發(fā)育，腐泥型有機質濃縮階段海水濃縮，表層出現(xiàn)早期鹽類沉積，動物群稀少。穩(wěn)定蒸發(fā)階段蒸發(fā)鹽巖依次大量沉積，表層出現(xiàn)石鹽和石膏沉積。終結階段鹽充填盆地，最后形成鉀鹽。4、過渡帶以陸相淡水與海相咸水環(huán)境交替為特征，有機質來源更復雜。2、低能緩

12、流還原環(huán)境，有利于有機質沉積3、干旱瀉湖環(huán)境，富有機質泥巖常與蒸發(fā)巖組成旋回。四個階段：A. 靜海相階段旋回開始，海水鹽度開始升高，底水停滯缺氧，生物發(fā)育，沉積了富有機質腐泥巖相，常為油源巖；B. 濃縮階段海水濃縮，表層出現(xiàn)早期鹽類沉積，動物群稀少；C. 穩(wěn)定蒸發(fā)階段蒸發(fā)鹽巖依次大量沉積，表層出現(xiàn)石鹽和石膏沉積。D. 終結階段鹽充填盆地，最后形成鉀鹽。4、過渡帶以陸相淡水與海相咸水環(huán)境交替為特征，使有機質生物來源更復雜。 水盆地中心以腐泥型為主。水盆地邊緣和河流三角洲處以混合型和腐植型為主。說明過渡性環(huán)境有機質來源的二元性和復雜性。（三）湖泊環(huán)境的有機質沉積 1、有機質來源也具有二元性，并具有

13、多向性。2、營養(yǎng)型湖的浪基面以下的還原環(huán)境是有機質的富集區(qū)。3、湖泊環(huán)境差異大，沉積的有機質差異也大。4、營養(yǎng)型淡水湖泊的較深深湖及前三角洲亞環(huán)境沉積富。有機質泥質巖5、鹽湖中富有機質的油頁巖、泥質巖常與蒸發(fā)巖組成旋回。6、單斷式“箕狀”斷陷不對稱湖盆，有機質亦呈不對稱展布。2、營養(yǎng)型湖的浪基面以下的還原環(huán)境是有機質的富集區(qū)。0.10.20.30.40.50.00.060.110.160.230.30.40.50.60.7干酪根生烴潛量樣品個數(shù)樣品總數(shù)226617159泌陽凹陷核桃園組干酪根類型直方圖3、湖泊環(huán)境差異大，沉積的有機質差異也大。4、營養(yǎng)型淡水湖泊的較深深湖及前三角洲亞環(huán)境沉積富有

14、機質泥質巖。5、鹽湖中富有機質的油頁巖、泥質巖常與蒸發(fā)巖組成旋回（四）沼澤環(huán)境的有機質沉積 1、有機質來源的原地單一性：原地大量繁殖的植物就地堆積，異地碎屑和有機質稀少。 2、溫和潮濕的氣候和長期停滯的水體有利于沼澤發(fā)育和泥炭沉積：在地表淺層，死亡的有機體是處在氧化弱氧化環(huán)境中，而在停滯水體的下層，隨著氧被消耗，逐漸轉化成還原環(huán)境，使部分有機質堆積保留下來。一般來說，泥炭的形成率(即泥炭的堆積量與植物的生產(chǎn)量之比)不到10%，即只有不到植物總產(chǎn)量的10%可以形成泥炭。 3、沼澤沉積的有機質豐度最高、類型單一。沼澤環(huán)境可劃分為閉流盆地、充水泥炭沼澤和腐泥湖泊-沼澤3種類型煤層腐殖煤腐泥煤4、沼澤

15、煤系常與湖泊、瀉湖生油層系交替：形成沼澤一條重要途徑是湖泊，瀉湖的淤積陸化。湖泊相或瀉湖富有機質沉積常組成剖面下部，向上逐漸過渡為煤系沉積。結 論 1、地球上古今生物機器死亡后有機物展布、演變的空間有機圈。地球化學家最感興趣的碳循環(huán)。 2、原始有機質來源可分為：水盆內水生生物來源、陸地高等植物來源和混合來源。水盆內生物來源并不意味著是原地來源。 3、沉積環(huán)境控制有機質的沉積。環(huán)境是具有一套特定的物理、化學和生物學變量，形成的巖層具有專門特征的地理單元。有機相是有機質數(shù)量和類型、來源和沉積環(huán)境的有規(guī)律的綜合。 4、有利于有機質沉積的物理參數(shù)水流緩慢、粘土絮凝、水能低、水深中等、適當?shù)某练e速率和沉降速率，等。 5、有利于有機質沉積的化學參數(shù)水體保持還原環(huán)境、溫度、酸堿度、鹽度適當。鹽躍層、溫躍層對形成還原環(huán)境、生物發(fā)育和有機質沉積都有利。 6、生物既是有機質來源，又是有機質沉積的重要環(huán)境參數(shù)。自身耗氧造成還原環(huán)境；與粘土絮凝加速沉積；微生物對有機質有重要的改造作用；富集稀有微量元素。結 論 7、海洋環(huán)境有機質沉積的主要特征是最大的有機質沉積空間；遠洋盆地有機質來源單一，近陸海具有二元性；有利的環(huán)境表層生物高產(chǎn)、下層缺氧還原、持續(xù)較快沉降、絮凝加速沉積。 8、海陸過渡環(huán)境有