第八章--有機(jī)地球化學(xué)

1、有機(jī)地球化學(xué)Organic Geochemistry,張展適,主要內(nèi)容,自然界中的有機(jī)質(zhì) 可燃類礦床的有機(jī)地球化學(xué) 金屬成礦過程中生物和有機(jī)質(zhì)的作用,有機(jī)地球化學(xué)概述,有機(jī)地球化學(xué)：有機(jī)地球化學(xué)主要研究地球和天體中各種有機(jī)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)以及它們發(fā)生、發(fā)展和演化的規(guī)律。 有機(jī)地球化學(xué)的研究領(lǐng)域 基礎(chǔ)研究：1）探討無計(jì)物質(zhì)逐步演化產(chǎn)生簡單有機(jī)化合物和生物大分子的過程，有機(jī)他們隨生物進(jìn)化的進(jìn)一步演化。2）有機(jī)體的生物降解即有機(jī)大分子的熱降解與聚合、并最終轉(zhuǎn)化為無機(jī)物的演化過程。3）為了判別沉積巖有機(jī)質(zhì)來源、沉積和成巖作用的物理化學(xué)條件，進(jìn)行生物標(biāo)志化合物的研究 應(yīng)用研究：1）可燃性礦產(chǎn)成因和

2、遠(yuǎn)景評價(jià)的有機(jī)地球化學(xué)研究；2）U、Cu、Pb、Zn、Mn、Fe、Au、Hg等金屬元素富集成礦的有機(jī)地球化學(xué)研究；3）在環(huán)境中的有機(jī)地球化學(xué)研究,自然界中的有機(jī)質(zhì),各類地質(zhì)體中的有機(jī)質(zhì) 環(huán)境中的腐殖物質(zhì) 水體中的有機(jī)質(zhì)的存在形式、組成和分布,各類地質(zhì)體中的有機(jī)質(zhì),地質(zhì)體中的有機(jī)質(zhì)是有機(jī)地球化學(xué)的研究對象，它們主要來源于生物及其新陳代謝作用的產(chǎn)物，少部分是巖石中殘存的穩(wěn)定性較高的有機(jī)物。 自然界中組成植物和動(dòng)物的有機(jī)質(zhì)主要是 蛋白質(zhì)和氨基酸(protein and amino acid) 脂類(lipids) 碳水化合物(carbonhydrate) 色素及其衍生物(pigments) 木質(zhì)素(

3、lignin) 腐殖酸與干酪根(kerogen),腐殖酸與干酪根(kerogen),腐殖酸：有機(jī)質(zhì)分解后形成腐殖質(zhì)，腐殖酸是腐殖質(zhì)中能溶于堿溶液中的部分。 干酪根是沉積物和沉積巖中的不溶性有機(jī)質(zhì)。 干酪根(kerogen)來源于希臘語，意為能生成油或蠟狀物的物質(zhì)，是地球上有機(jī)碳的最重要形式，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，約占地質(zhì)體總有機(jī)質(zhì)的95 （其余的是瀝青）。,不同的學(xué)者對干酪根的定義存在差異： 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)

4、代沉積物中的腐殖物質(zhì) Durand(1980)將干酪根定義為一般不溶于有機(jī)溶劑的沉積有機(jī)質(zhì)組分，它包括了年輕沉積物或現(xiàn)代沉積物中的不溶有機(jī)質(zhì)，即被土壤學(xué)家稱做腐殖質(zhì)的有機(jī)物質(zhì)。 多數(shù)學(xué)者采用了Tissot和Welte(1978)對干酪根的定義，將干酪根限定為沉積巖中的有機(jī)質(zhì)，不包括可以用有機(jī)溶劑抽提出來的可溶瀝青。而將腐殖酸作為干酪根的前軀物或早期形式，兩者的主要區(qū)別是前者中含有大量可水解的有機(jī)組分。,環(huán)境中的腐殖物質(zhì),腐殖物質(zhì)是地球表面分布很廣的天然物質(zhì)，存在于土壤、湖泊、河流研究海洋中，它的存在不僅能改變環(huán)境的物理性質(zhì)，使?fàn)I養(yǎng)物質(zhì)（特別是微量元素）易于傳遞和有效地被生物吸收，而且具有強(qiáng)烈的

5、吸附能力，能與金屬元素形成穩(wěn)定的絡(luò)合物，從而對結(jié)束元素和人為釋放的污染物質(zhì)在地表的遷移和富集有重要意義。,環(huán)境中的腐殖物質(zhì),腐殖質(zhì)的組成和分類： 腐殖酸通常呈黑色、棕色、黃色膠體狀態(tài)，具有很強(qiáng)的吸附性和吸水性，其分子式為：C68H53O40CH3(OH)4(COOH4) 按照腐殖物質(zhì)在酸和堿中的溶解度分類： 胡敏素（humin）:不溶與堿，能溶于乙酰溴 胡敏酸（Humin acid）：在堿提取液中能被無機(jī)酸沉淀的部分 富里酸（Fulvic acid）：為堿提取液中用酸處理后留在溶液中的部分 胡敏酸和富里酸總稱為腐殖酸 腐殖酸的物理和化學(xué)性質(zhì),環(huán)境中的腐殖物質(zhì),腐殖質(zhì)的組成和分類 腐殖酸的物理-

6、化學(xué)性質(zhì) 膠體性質(zhì):表面積大、粘度較高、吸附能力強(qiáng)，能于鐵、同、鋁等元素形成腐殖酸絡(luò)合物及腐殖酸鹽類（表8.3） 明顯的酸性：pH值約為34 親水性：,水體中有機(jī)質(zhì)的存在形式、組成和分布,水體中有機(jī)質(zhì)的存在形式： 溶解有機(jī)質(zhì) 顆粒有機(jī)質(zhì) 組成和分布： 用綜合參數(shù)表示：總有機(jī)碳、總有機(jī)氮、溶解有機(jī)碳、溶解有機(jī)氮、溶解有機(jī)磷、顆粒有機(jī)碳等（表8.4） 水中腐殖質(zhì)主要以膠體狀態(tài)存在,干酪根的性質(zhì)和形成,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和其他金屬元素 據(jù)Tissot等(1984)研究，干酪根的 碳含量一般在70一90 氫含量為311 氧含量為324 n(H)/n

7、(C)原子比為0.41.67 n(O)/n(C)原子比為0.030.30 n (C) /n(N)比為40150 干酪根元素組成變化大是由于干酪根的類型和成熟度的差異造成的,干酪根的性質(zhì)和形成,一般認(rèn)為，干酪根的是生物有機(jī)質(zhì)沉積埋藏后，通過微生物降解、聚合作用形成腐殖酸(或腐殖質(zhì))，再轉(zhuǎn)化成干酪根,干酪根的類型,干酪根研究和類型劃分有三種方法： 有機(jī)巖石學(xué)：根據(jù)煤和沉積巖中分散有機(jī)質(zhì)的成因，結(jié)合顯微鏡下的特征降有機(jī)質(zhì)劃分為：殼質(zhì)組（穩(wěn)定組或類脂組)、鏡質(zhì)組（腐殖組）和惰質(zhì)組。 地球化學(xué)分類：用n(H)/n(C)原子比和n(O)/n(C)原子比表征干酪根分類“范氏圖”將干酪根分成四類(圖8-24)

8、 綜合分類法(表8-11),干酪根分類“范氏圖”,干酪根的綜合分類法,干酪根的結(jié)構(gòu),干酪根是一種大分子縮聚物。有機(jī)巖石學(xué)的研究結(jié)果表明，干酪根實(shí)際上是各種顯微組分組成的復(fù)雜的混合物，甚至在光學(xué)顯微鏡下看來是均質(zhì)的無結(jié)構(gòu)部分，在透射電子顯微鏡的高倍放大下，有的仍呈現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和組織形態(tài)。因此，干酪根不可能有一個(gè)嚴(yán)格固定的化學(xué)結(jié)構(gòu)和單一的化學(xué)結(jié)構(gòu)模式。大量的化學(xué)和物理學(xué)分析結(jié)果表明：干酪根是一種具有網(wǎng)狀交聯(lián)三維結(jié)構(gòu)的復(fù)雜有機(jī)聚合物。它的基本結(jié)構(gòu)大致是由核、橋鍵、官能團(tuán)三部分組成，在其結(jié)構(gòu)格架的間隙里可能存在各種類型的游離有機(jī)化合物分子,干酪根是一種大分子縮聚物。有機(jī)巖石學(xué)的研究結(jié)果表明，干酪根實(shí)際上是各種顯微組分組成的復(fù)雜的混合物，甚至在光學(xué)顯微鏡下看來是均質(zhì)的無結(jié)構(gòu)部分，在透射電子顯微鏡的高倍放大下，有的仍呈現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和組織形態(tài)。因此，干酪根不可能有一個(gè)嚴(yán)格固定的化學(xué)結(jié)構(gòu)和單一的化學(xué)結(jié)構(gòu)模式。大量的化學(xué)和物理學(xué)分析結(jié)果表明：干酪根是一種具有網(wǎng)狀交聯(lián)三維結(jié)構(gòu)的復(fù)雜有機(jī)聚合物。它的基本結(jié)構(gòu)大致是由核、橋鍵、官能團(tuán)三部分組成，在其結(jié)構(gòu)格架的間隙里可能存在各種類型的游離有機(jī)化合物分子(圖825)。,金屬成礦過程中生物和有機(jī)質(zhì)的作用,有機(jī)質(zhì)對金屬的富集作用 生物對金屬的富集作用 有