課件：第章生物的化學(xué)組成及沉積有機(jī)質(zhì).ppt

,第一章 生物的化學(xué)組成及沉積有機(jī)質(zhì),一、 生物圈的演變 二、 有機(jī)碳的地球化學(xué)循環(huán) 三、生物有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成 四、沉積有機(jī)質(zhì)的形成 五、沉積有機(jī)質(zhì)的埋藏與演化,一、 生物圈的演變,1、生物的進(jìn)化,從異養(yǎng)生物(heterotroph)到自養(yǎng)生物(autotroph) 和從無(wú)氧呼吸到有氧呼吸的進(jìn)化,從原核生物到真核生物、從無(wú)性生殖到有性生殖的進(jìn)化,動(dòng)植物的分化：最早的動(dòng)物出現(xiàn)在1000Ma前,奧陶紀(jì)，陸地淡水出現(xiàn)原始魚(yú)形動(dòng)物； 志留紀(jì)，陸生高等植物；泥盆紀(jì)，陸生植物大規(guī)模繁殖,人類(lèi)的起源：開(kāi)始了生命史的最輝煌的篇章,葉綠素,通過(guò)葉綠素和取之不盡的太陽(yáng)能將二氧化碳和水轉(zhuǎn)化成有機(jī)物,有氧呼吸比無(wú)氧（發(fā)酵）呼吸的效率高19倍，提高了生物新陳代謝的效能。,簡(jiǎn)單,復(fù)雜,單一,多樣,高級(jí),低級(jí),這是生物區(qū)系和生態(tài)系統(tǒng)的最大演化。從此確立了生物三極系統(tǒng)（動(dòng)、植、菌）。 進(jìn)入古生代，動(dòng)植物化石劇增達(dá)1200種。,這是生物從簡(jiǎn)單到復(fù)雜的轉(zhuǎn)折點(diǎn)。一切高等多細(xì)胞生物都以真核細(xì)胞為基本單元。有性生殖的出現(xiàn)，大大提高了生物的變異性和適應(yīng)性。,2、地史時(shí)期的沉積有機(jī)質(zhì)來(lái)源,浮游植物（phytoplankton）：可能是有機(jī)質(zhì)的第一來(lái)源,高等植物：提供的有機(jī)質(zhì)與細(xì)菌相當(dāng),細(xì)菌：可能是有機(jī)質(zhì)的第二大來(lái)源,浮游動(dòng)物（Zooplankton） ：浮游動(dòng)物為主的 低等水生生物是有機(jī)質(zhì)的重要來(lái)源,陸地高等植物始于志留紀(jì)。中泥盆世經(jīng)歷了一個(gè)爆炸性的發(fā)展，到晚石炭世，以蕨類(lèi)植物為主的陸生植物群達(dá)到高峰，形成世界第一大成煤期，晚二疊世早白堊世稱(chēng)為“裸子植物”時(shí)代，以后迅速進(jìn)入“被子植物”時(shí)代,適應(yīng)性強(qiáng)的被子植物的繁衍是植物界最重要的變革。,寒武紀(jì)以后，以浮游動(dòng)物為主的低等水生動(dòng)物才成為重要的有機(jī)質(zhì)來(lái)源。而高動(dòng)物提供有機(jī)質(zhì)始終非常有限。,以浮游植物為食，因而浮游動(dòng)物高產(chǎn)期往往緊接浮游植物高產(chǎn)期而出現(xiàn)。,在生理方面具有巨大的應(yīng)變性，存在于生命的整個(gè)地史時(shí)期，并遍及生物圈的任何地方。,浮游植物的 4個(gè)高產(chǎn)期：,前寒武紀(jì)晚期-早泥盆世，盛產(chǎn)具有機(jī)壁的生物。,晚古新世-始新世。,中新世達(dá)到高峰，其它時(shí)期產(chǎn)量較低。,晚侏羅世-白堊紀(jì)，盛產(chǎn)鈣質(zhì)、硅質(zhì)浮游生物。,第 三 紀(jì),晚第三紀(jì),早第三紀(jì),上新世,中新世,漸新世,始新世,古新世,在地質(zhì)歷史中，化石浮游植物群和總浮游植物群豐度變化,藍(lán) 綠 藻,綠 藻,陸地植物的演化過(guò)程,細(xì)菌,藍(lán)綠藻,鞭毛蟲(chóng)或其它單細(xì)胞生物,霉菌,第1章 生物的化學(xué)組成及沉積有機(jī)質(zhì),一、 生物圈的演變 二、 有機(jī)碳的地球化學(xué)循環(huán) 三、生物有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成 四、沉積有機(jī)質(zhì)的形成 五、沉積有機(jī)質(zhì)的埋藏與演化,二、有機(jī)碳的地球化學(xué)循環(huán),有機(jī)圈及有機(jī)碳的地化循環(huán),有機(jī)圈 指地球上古今生物 以及生物為來(lái)源的 有機(jī)物分布、演變 的空間。,生物圈 指地球上活的生物 分布、發(fā)育的空間。,有機(jī)圈的范圍大于生物圈,所有有機(jī)物都是碳化物，研究 有機(jī)物的演化過(guò)程，一定意義 上就是研究碳的演化、分布和 循環(huán)的過(guò)程。,交 換 庫(kù),有 機(jī) 圈,巖石圈,生物圈,儲(chǔ),存 庫(kù),在有機(jī)圈中有機(jī)碳循環(huán)示意圖,石油、天然氣,變質(zhì)沉積巖 中的有機(jī)質(zhì),沉積巖中的有機(jī) 物、煤、干酪根等,土壤、沉積物中有機(jī)物；出 露、開(kāi)采至地表的有機(jī)物,死亡的 動(dòng)植物細(xì)菌,動(dòng)物,光合作用 植物和細(xì)菌,CO2,二氧化碳的循環(huán)過(guò)程和途徑（Tissot，1978）,第1章 生物的化學(xué)組成及沉積有機(jī)質(zhì),一、 生物圈的演變 二、 有機(jī)碳的地球化學(xué)循環(huán) 三、生物有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成 四、沉積有機(jī)質(zhì)的形成 五、沉積有機(jī)質(zhì)的埋藏與演化,三、生物有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成,生物體是沉積有機(jī)質(zhì)的原始母質(zhì),生 物,植物,動(dòng)物,微生物,生 物 體 生 物 化 學(xué) 組 成,主要,次 要,蛋白質(zhì),脂類(lèi),碳水化合物,核酸,酶,木質(zhì)素,色素,維生素,丹寧與樹(shù)脂,碳水化合物又稱(chēng)糖類(lèi)。分子通式Cn(H2O)n。 它是含多羥基的醛類(lèi)或酮類(lèi)以及由它們聚合而成的高分子 化合物。其基本的組成單元為：葡萄糖。,碳水化合物是分布極廣的有機(jī)物，是光合作用的產(chǎn)物，它 將太陽(yáng)能儲(chǔ)存于生物體內(nèi)，為生物的生命活動(dòng)提供了基本 能量，構(gòu)成某些動(dòng)植物的支撐組織。,動(dòng)物,糖,細(xì)菌,植物,糖占干重的80%,糖占干重的1030%,動(dòng)物器官：糖占干重的2%,1、碳水化合物,糖,單糖,低聚糖 (210單糖分子),多糖 （10個(gè)以上）,地 球 化 學(xué) 意 義,單糖,低聚糖,多糖,易溶于水，地質(zhì)體 中保存甚微。,上千個(gè)單糖以糖苷鍵 的形式相連成高聚體。 不易溶于水。,植物的骨架（半）纖維素 最具地球化學(xué)意義,多糖,昆蟲(chóng)的甲殼、植物的樹(shù)膠等,植物儲(chǔ)存的養(yǎng)分淀粉,動(dòng)物體內(nèi)儲(chǔ)存的養(yǎng)分糖原,纖維素是一種復(fù)雜的多糖，其分子 量在50000400000之間。占植物界 含碳量的50%以上。棉花（90%以上）,幾丁質(zhì),甲殼質(zhì),纖維素不溶于水。,葡萄糖,酸、微生物酶 作用發(fā)生水解,Cx(H2O)y,纖維素 纖維素糊精 纖維式糖,水解,水解,水解,纖維素,葡萄糖,淀粉的結(jié)構(gòu),糖,單糖,低聚糖 (210單糖分子),多糖 （10個(gè)以上）,地 球 化 學(xué) 意 義,單糖,低聚糖,多糖,易溶于水，地質(zhì)體中 保存甚微。,上千個(gè)單糖以糖苷鍵 的形式相連成高聚體。 不易溶于水。,植物的骨架（半）纖維素 最具地球化學(xué)意義,多糖,昆蟲(chóng)的甲殼、植物的樹(shù)膠等,植物儲(chǔ)存的養(yǎng)分淀粉,動(dòng)物體內(nèi)儲(chǔ)存的養(yǎng)分糖原,纖維素是一種復(fù)雜的多糖，其分子 量在50000400000之間。占植物界 含碳量的50%以上。棉花（90%以上）,幾丁質(zhì),甲殼質(zhì),纖維素不溶于水。,葡萄糖,酸、微生物酶 作用發(fā)生水解,Cx(H2O)y,動(dòng)物和植物支撐組織中的大分子碳水化合物 衍生物(即纖維素、果膠、藻酸和幾丁質(zhì)),OH-基,分 子 量,小,大,幾丁質(zhì),藻酸,果膠,纖維素,甘油,棕櫚酸,脂肪,動(dòng)植物的中油脂是最重要的脂類(lèi)。 油脂大量分布于動(dòng)物的皮下組織、植物的孢子、種子合果實(shí)中。細(xì)菌和藻類(lèi)也含有豐富的脂類(lèi)。,脂類(lèi)是構(gòu)成生物膜的重要物質(zhì)，并為機(jī)體的新陳代謝提供必要的能量。,2、脂 類(lèi),瀝青和烴類(lèi)也具有 脂類(lèi)的特點(diǎn)，因此 有人將其歸入脂類(lèi),注意,特點(diǎn),不溶于水,易溶于乙醚、 氯仿、苯等低極性 的有機(jī)溶劑,脂類(lèi),脂類(lèi) 化合物,類(lèi)脂 化合物,油溶性染料、萜烯類(lèi)化合物、 甾化合物類(lèi)及磷脂等,脂肪、植物油、高級(jí)脂肪酸蠟、 脂肪酸、醇類(lèi)及天然蠟等,真脂,地 球 化 學(xué) 意 義,脂類(lèi),脂類(lèi)酸,脂肪 不穩(wěn)定， 水解成 脂肪酸,脂肪酸 穩(wěn)定，低 溫缺氧環(huán) 境易保存,動(dòng)物,植物,土壤,沉積巖,沉積物,地下水,分布,細(xì)菌,脂類(lèi)酸,飽和脂類(lèi)酸,不飽和 脂類(lèi)酸,硬脂酸,軟脂酸,油酸,亞油酸,（1） 脂肪酸,多數(shù)鏈長(zhǎng)1420個(gè) 碳原子，均為偶數(shù),不飽和脂類(lèi)酸的熔點(diǎn)比同等 鏈長(zhǎng)的飽和脂類(lèi)酸熔點(diǎn)低,高等植物、藻類(lèi)和低溫生活的 動(dòng)物中，不飽和脂肪酸的含量高 于飽和脂肪酸,油不飽和脂類(lèi)酸含量較高的甘油酯 在常溫下呈液態(tài)，稱(chēng)為油（oil）,脂飽和脂類(lèi)酸含量較高的酯 在常溫下呈固態(tài)，稱(chēng)為脂（fat）,高等植物中不飽和脂肪酸約占脂肪酸的78%,藻類(lèi)不飽和脂肪酸約占脂肪酸的73%88%,魚(yú)類(lèi)飽和脂肪酸約占脂肪酸總量的66%,不同種類(lèi)的生物含有 不同類(lèi)型的脂肪酸,植物1622、 16、18為主,藻類(lèi)16、 18為主,動(dòng)物16、18 、 14為主,細(xì)菌所含的脂肪酸種類(lèi) 比高等動(dòng)植物少的多,在植物類(lèi)脂中還廣泛存 在一些含量少的脂肪酸,如6、8、10、22、24烷酸； 16：1、16：3、20：4、20：6等烯烴,碳數(shù),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 甾醇形成的脂， 包括長(zhǎng)鏈烷烴,蠟是原油中高 碳數(shù)正構(gòu)烷烴 的主要來(lái)源,O,O,R,C,（高級(jí)脂肪酸）,（甾醇）,蠟的結(jié)構(gòu),（2） 蠟,在皮膚、羽毛、樹(shù)葉、果實(shí)表面以及昆蟲(chóng)的外骨骼，防止水分過(guò)度蒸發(fā)。,（3 ）萜類(lèi)化合物,生物合成的一個(gè)重 要方式就是異戊 二烯單元的聚合 反應(yīng)。,凡是含有成倍的C5 單元的天然生物產(chǎn) 物，通常就是整數(shù) 個(gè)異戊二烯單元的 連接。,異戊二烯單元中因?yàn)榇嬖诠曹楇p鍵，可以 連接成環(huán)狀，形成種類(lèi)繁多的化合物。,根據(jù)異戊二烯單元的數(shù)目對(duì)萜類(lèi)的分類(lèi),環(huán)狀的萜：雙環(huán)、三環(huán)、五環(huán)等,單萜主要出現(xiàn)在高等植物香精油中的單萜 檸檬油、松節(jié)油、樟腦中有豐富的單萜。 單萜為揮發(fā)性物質(zhì)不易保存在地質(zhì)體中。,玫瑰油,香葉烯,香茅醇,非蘭醛,香芹酮,萜品烯,法呢醇結(jié)構(gòu),鏈狀，單環(huán)和雙環(huán)的倍半萜廣泛存在與高等植物中。 如鏈狀的法呢醇就含在玫瑰油，茉莉花油中。,倍半萜：,高等植物中普遍生物化學(xué)成分,葉綠素的側(cè)基,植物的樹(shù)脂,葉綠醇,松香酸,COOH,幾種重要的雙萜,海松酸,COOH,HO,三萜類(lèi)是環(huán)狀異戊二烯類(lèi)中非常重要的一類(lèi)。 大部分三萜類(lèi)為五環(huán)化合物，有的是五個(gè)六元環(huán)， 有的是四個(gè)五元環(huán)和一個(gè)六元環(huán)。它們共同的生化先質(zhì)體 是自然界中廣泛分布的角鯊烯。酵母、鯊魚(yú)肝油中都含有。,C30H50,絕大 部分 都分 布在 高等 植物 中,角鯊烯及其衍生物的重要五環(huán)三萜類(lèi),角鯊烯,奧利烷型,烏索烷型,羽扇烷型,甾族化合物前生,C30四膜蟲(chóng)醇（原生動(dòng)物） 伽碼蠟烷系列,活有機(jī)體中主要的三萜是化石三萜類(lèi)的質(zhì)體,四萜,是重要的色素,特點(diǎn)： 含有較長(zhǎng)的 碳碳共軛雙鍵 體系，在鏈端有一 個(gè)或兩個(gè)六元環(huán)。 多帶由黃至紅的 顏色，葫蘿卜素、 番茄紅素、和葉 黃素。它們廣泛 分布于植物的葉、 花、果實(shí)中，動(dòng)物 的乳汁和脂肪中也 有。,幾種重要的四萜,葉黃素,番茄紅素,（4） 甾族化合物,又稱(chēng)為類(lèi)固醇化合物,特點(diǎn)： 含有一個(gè)由4個(gè)環(huán)組成 環(huán)戊稠全氫化菲（甾環(huán)）。 這類(lèi)化合物在A、B 環(huán)之間和C、D環(huán)之間 都有一個(gè)甲基（ R1，R 2）,角甲基,烷基側(cè)鏈,甾族化合物的4個(gè)環(huán)，兩兩 之間可以順位或反位稠合。 環(huán)上有取代基時(shí)，還可以 產(chǎn)生新的手征碳原子。 因此，甾族化合物立體異 構(gòu)體很多，立體化學(xué)十分 復(fù)雜。,R1,R3,R2,A,C,B,D,甾族化合物骨架平面圖,A,B,C,D,A,B,C,D,A,B,C,D,CH3,CH3,R,4,3,2,1,15,14,12,11,8,7,6,5,17,16,10,13,9,C、D反式,R,CH3,CH3,A,B,C,D,A、B順式,甾族化合物構(gòu)型,A、B反式,A、B順式,反式為膽甾烷構(gòu)型,順式為糞甾烷構(gòu)型,自然界的甾烷B與C 都是反式稠合；C與D 大多是反位。,C、D順式,甾族化合物的結(jié)構(gòu)分類(lèi),甾醇,甾族 激素,膽汁酸,天然甾醇在C3位上 含有羥基,D環(huán)上帶烷基側(cè)鏈R3,甾族 生物鹼,C27，膽甾醇（動(dòng)物、植物）,自然界重要的甾族化合物結(jié)構(gòu),甲基已經(jīng)消失,（5） 生物烴,烴,開(kāi)鏈烴,閉鏈烴,二烯烴,烯烴,烷烴,炔烴,脂肪烴,環(huán)烴,芳烴,脂環(huán)烴,異構(gòu)烷烴,正構(gòu)烷烴,碳原子連接 成閉合的碳環(huán),生物烴,異戊二烯烴,支鏈烷烴和烯烴,直鏈烷烴,芳香烴,一般指頭尾 規(guī)則相連的 開(kāi)鏈飽和異 戊二烯烴,生物合成的正 構(gòu)烷烴具有明 顯的奇偶優(yōu)勢(shì),生物烴的一個(gè)特征 是異構(gòu)烴中主要為 2-甲基異構(gòu)烷烴和 3-甲基反異構(gòu)烴， 兩者總和可達(dá)石蠟 烴的3040%。 高等植物：碳數(shù)多為 2531，具奇偶優(yōu)勢(shì)； 微生物：碳數(shù)多為 2030，無(wú)奇偶優(yōu)勢(shì)。 海相浮游植物含烯烴 超過(guò)飽和烴，碳數(shù)為 1521 ，淡水藻以 C29、C31、C33烴為主。,烴類(lèi)中芳烴 僅次于烷烴,不同生物體內(nèi)脂類(lèi)和烴含量,C15,C16,C18,C19,C20,在古代沉積物和原油中規(guī)則異戊間 二烯化合物烴類(lèi)的主要分子,頭頭連接型,尾尾連接型,葡萄藻烷（叢粒藻烷）,褐藻,褐藻和綠藻,浮游生物,沉積的浮 游生物,大麥,玉米,藻類(lèi)和某些高等植物的正構(gòu)烷烴分布圖,后峰型原油飽和烴色譜特征,前峰型原油飽和烴色譜特征,雙峰型原油飽和烴色譜特征,陸源植物,細(xì)菌,海藻,每個(gè)分子的碳原子數(shù),不同成因正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布圖,0,30,20,10,40,碳 數(shù),碳 數(shù),碳 數(shù),碳 數(shù),碳 數(shù),碳 數(shù),低成熟烴源巖正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布特征,峰值,峰值,峰值,峰值,峰值,峰值,芳 烴,烴類(lèi)中芳烴僅次于烷烴,芳烴的碳?xì)浔却笥谕闊N,生物體中木質(zhì)素、丹寧含有含有芳環(huán)結(jié)構(gòu)， 甾萜類(lèi)、樹(shù)脂、色素化合物中也存在芳環(huán)。,游離的芳烴生物體中極為罕見(jiàn),幾種常見(jiàn)的聚環(huán)芳烴,萘,蒽,菲,螢蒽,芘,北,屈,匹,(pi),（6） 樹(shù) 脂,樹(shù)脂是萜類(lèi)的混合物，分子量大小從C15倍半萜C40的四萜， 主要為雙萜和三萜的衍生物,天然樹(shù)脂中的主要成分,貝殼松酸,信息酸,松香酸,COOH,COOH,COOH,COOH,生 物,植物,動(dòng)物,微生物,生 物 體 生 物 化 學(xué) 組 成,主要,次 要,蛋白質(zhì),脂類(lèi),碳水化合物,核酸,酶,木質(zhì)素,色素,維生素,丹寧與樹(shù)脂,借肽鍵首尾相連而成 分子量：60001000000以上，含氮量平均16%。 分子量6000以下稱(chēng)之為肽。 蛋白質(zhì)分解后可形成氨基酸，氨基酸對(duì)石油的形成有一定的意義。,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)示意圖,N,H,H,H,R1,N,N,N,R3,R2,R4,H,H,N,H,H,H,H,C,O,C,C,C,C,O,C,O,C,C,O,3、蛋白質(zhì),氨基酸,氨基,羧基,氨基酸是既包含有酸基又包含有堿基的兩性物質(zhì)。 穩(wěn)定性高，熔點(diǎn)200300度。氨基酸同時(shí)脫去氨基和羧基就能形成烴類(lèi)。 這些烴類(lèi)大部分為C1C7。,烴,氨基酸分子結(jié)構(gòu)圖,CH3,CH2,CH2,CH2,CH3,CH,COOH,COOH,COOH,CH2,H,NH2,NH2,NH2,CH,CH2,NH2,COOH,C,R,堿基氨基酸：氨基羧基 酸基氨基酸：氨基羧基,酶,酶蛋白結(jié)構(gòu)同蛋白質(zhì)相似。,酶是是生物催化劑,酶的作用具有高度專(zhuān)一性，一種酶只對(duì)一 類(lèi)或一種特定的物質(zhì)作用,微生物通過(guò)酶起作用，對(duì)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行改造。,酶催化反應(yīng)的速度比 非催化反應(yīng)高1081020倍,一般在常溫、常壓和中酸堿性條件下進(jìn)行反應(yīng)。條件改變就失去活性。,需要量少，催化效率高，可以降低反應(yīng)的活化能，使反應(yīng)速率加大。,主要由氨基酸組成，并非所有的蛋白質(zhì)都是酶，只有具有催化作用的蛋白質(zhì)才能稱(chēng)為酶。,2019/8/23,51,可編輯,生物體是沉積有機(jī)質(zhì)的原始母質(zhì)。,生 物,植物,動(dòng)物,微生物,生 物 體 生 物 化 學(xué) 組 成,主要,次 要,蛋白質(zhì),脂類(lèi),碳水化合物,核酸,酶,木質(zhì)素,色素,維生素,丹寧與樹(shù)脂,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。,功能： 木質(zhì)素在植 物組織中具 有增強(qiáng)細(xì)胞 壁，粘合纖 維的作用。 特點(diǎn)： 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。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 物生成腐殖 質(zhì)。,芳香族植物醇,木質(zhì)素分子 （的一部分）,脫水縮合,松柏醇,芥子醇,對(duì)香豆醇,兩者都具有芳香結(jié)構(gòu)的特點(diǎn),丹寧的組成和特點(diǎn)介于木質(zhì)素和纖維素之間， 主要出現(xiàn)在高等植物中。藻類(lèi)含少量丹寧。,丹寧的主要單元，五倍子酸和鞣花酸的結(jié)構(gòu),丹寧主要出現(xiàn)在高等植物中。例如，紅樹(shù)科樹(shù)皮中丹寧含量達(dá)2158%。樹(shù)葉達(dá)6.5%。,丹寧的組成和性質(zhì)接介于木質(zhì)素和纖維素之間。主要有幾種羥基芳香酸如五倍子酸、鞣花酸的衍生物縮合而成。,沉積有機(jī)質(zhì)中芳烴的主要來(lái)源，成煤的重要有機(jī)組分。,葉綠素,血紅素,葫蘿卜素、葉黃素等,Fe,沉積物中未見(jiàn)有葉綠素a分布，只有葉綠素b（脫鎂）,Mg,通過(guò)其連接吡咯 環(huán)形成卟吩核,核,5、色素,葉黃素,番茄紅素,平均元素組成,1,2,3,生物的平均組成,第1章 生物的化學(xué)組成及沉積有機(jī)質(zhì),一、 生物圈的演變 二、 有機(jī)碳的地球化學(xué)循環(huán) 三、生物有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成 四、沉積有機(jī)質(zhì)的形成 五、沉積有機(jī)質(zhì)的埋藏與演化,沉 積 有 機(jī) 質(zhì) 來(lái) 源 的 生 物 種 類(lèi),浮游植物,細(xì)菌,高等植物,浮游動(dòng)物,水盆內(nèi)水生生物來(lái)源,水盆外陸源高等植物來(lái)源,混合來(lái)源,有 機(jī) 質(zhì) 主 要 來(lái) 源,影響沉積有機(jī)質(zhì) 豐度的主要因素,水體環(huán)境的物理參數(shù),水體環(huán)境的化學(xué)參數(shù),水體環(huán)境的生物參數(shù),水體環(huán)境的物理參數(shù) 是指沉積物和有機(jī) 質(zhì)從中降落的沉積介 質(zhì)的動(dòng)態(tài)和靜態(tài)的物 理環(huán)境。,水流速,粘土礦物與有機(jī) 質(zhì)的絮凝作用,水體深度與浪基面深度,沉積速度與沉降速度,上圖表明： （1）顆粒被侵蝕的始動(dòng)流速大于搬運(yùn)流速； （2）無(wú)粘著力無(wú)渦流的情況下，搬運(yùn)粒度大小與流速成正比； （3）粉砂、粘土、分散有機(jī)質(zhì)顆粒的始運(yùn)流速與沉積臨界流速相差很大。,均一物質(zhì)的侵蝕曲線(xiàn)與沉積作用曲線(xiàn),沉積作用,作,運(yùn),搬,用,侵蝕作用,沉積物顆粒的搬運(yùn)方式,C 滾動(dòng)搬運(yùn),B 跳躍搬運(yùn),A 懸浮搬運(yùn),水流方向,水體環(huán)境的化學(xué)參數(shù),氧化還原電位 （Eh）,酸堿度（PH）,鹽度：水的鹽度是其 中所溶解的固體物質(zhì) 的質(zhì)量百分比。,溫度影響許多礦物 和氣體的溶解度， 故對(duì)化學(xué)沉淀有 重大影響。,溫度與蒸發(fā)作用對(duì)鹽類(lèi)礦物的沉積有特殊作用， 鈣、鎂、硫酸鹽及鉀、鈉的碳酸鹽、氯化物等， 都需要一定的封閉環(huán)境、氣候炎熱干燥、蒸發(fā) 作用強(qiáng)烈的水盆中才能形成。淺海碳酸鹽沉積 主要分布在北緯及南緯2030度的溫暖氣候區(qū)。 現(xiàn)代鮞粒巖和海灘巖水溫標(biāo)準(zhǔn)為1530度。生物礁 生活在大于18度的熱帶海洋中。,正常海水含有質(zhì)量35/1000的可溶物，其含氯量為 19.4/1000。盆地內(nèi)鹽度的大小對(duì)有機(jī)質(zhì)的保存有關(guān)。 有機(jī)質(zhì)的來(lái)源與鹽度有關(guān)。（圖2-5）,PH=7 （中性介質(zhì)） ， PH 7 （堿性介質(zhì)）。水介質(zhì)是決定某些 礦物會(huì)沉淀下來(lái)的一個(gè)重要原因。（圖2-4）,Eh=0為中性, Eh0為氧化環(huán)境, Eh0為還原環(huán)境對(duì)氧化還原極為 敏感的是價(jià)元素（Fe,Mn等）。常用的標(biāo)志是含鐵自生礦物： 褐鐵礦赤鐵礦海綠石鱗綠泥石磷鐵礦白鐵礦和黃鐵礦,氧化,還原,PH,Eh,有機(jī)質(zhì),有機(jī)質(zhì),有機(jī)質(zhì),有機(jī)質(zhì),有機(jī)質(zhì)等,有機(jī)質(zhì),有機(jī)質(zhì),有機(jī)物質(zhì),在不同的Eh-pH值條件下礦物,-0.3,0.0,0.1,7.0,8.0,生物的耐鹽性與鹽度的關(guān)系,水環(huán)境的生物參數(shù),提供有機(jī)質(zhì)的來(lái)源,改變沉積環(huán)境,加速沉積過(guò)程,消耗、改造有機(jī)質(zhì),生物既是沉積有機(jī)質(zhì)的提供者，又是影響有機(jī)質(zhì)和沉積物沉積的 重要環(huán)境因素，生物至少有以下幾方面的影響：,生物高的出產(chǎn)率，提供大量的有機(jī)質(zhì)來(lái)源。 珊瑚、苔蘚蟲(chóng)、放射蟲(chóng)、顆石藻等。,生物活動(dòng)引起CO2的變化可以影響碳酸鹽的沉淀和溶解 搬運(yùn)。特別重要的是生物消耗氧氣的呼吸作用和部分 有機(jī)質(zhì)分解消耗氧氣、生成大量CO2、 H2S、NH3、 CH4 等氣體，造成下部水體和沉積物的缺氧還原作用， 有機(jī)質(zhì)的保存創(chuàng)造了條件。,有機(jī)質(zhì)與粘土的絮凝作用，既是物理過(guò)程，又是生化過(guò)程。 沉積有機(jī)質(zhì)以溶解的形式和微粒的形式存在于水盆中，可 通過(guò)黏土礦物和碳酸鹽顆粒產(chǎn)生絮凝作用或通過(guò)動(dòng)物形成 糞粒作用，大大加速有機(jī)質(zhì)、黏土、碳酸鹽礦物的沉積。,生態(tài)系統(tǒng)中的消費(fèi)者和還原者都是以生物有機(jī)質(zhì)為食。 特別是細(xì)菌，既大量消耗各種有機(jī)質(zhì)，本身又提供了 更富類(lèi)脂物的有機(jī)質(zhì)。,四、不同環(huán)境中的沉積特征,1）海洋環(huán)境的有機(jī)質(zhì)沉積,（1）沉積場(chǎng)所大； （2）遠(yuǎn)洋水域有機(jī)質(zhì)來(lái)源單一 ； （3）有機(jī)質(zhì)的有利沉積條件：表層生物產(chǎn)量高、下層 缺氧還原、持續(xù)較快沉積、絮凝作用加速沉積； （4）高能帶（濱海）不利于有機(jī)質(zhì)沉積保存 ； （5）大陸架是海洋內(nèi)有機(jī)質(zhì)的主要沉積區(qū) ； （6）遠(yuǎn)洋盆地是生物鈣、硅質(zhì)豐富沉積區(qū)和有機(jī)質(zhì) 貧乏沉積區(qū)； （7） “堰塞”小洋盆和毗鄰大陸架的深海盆是有機(jī)質(zhì) 重要的沉積區(qū)。,浮游植物(藻類(lèi))和浮游動(dòng)物,細(xì)菌,高等植物(較高進(jìn)化階段),高等植物(較低進(jìn)化階段),地質(zhì)歷史時(shí)期水介質(zhì)環(huán)境中有機(jī)物質(zhì)的天然組合,斜坡,水,海平面,陸棚沉積物,在黑海中生命物體的組成與每年的產(chǎn)量,近2000年來(lái)黑海中有機(jī)碳估算。大約有機(jī)碳總輸入量的4%固定在沉積巖中,有機(jī)質(zhì)的來(lái)源,有機(jī)質(zhì)的歸宿,100,15,80,5,10,3,2,5,碳的進(jìn)入用 g碳/ m2 /a表示,4,黑海中有機(jī)質(zhì)的歸宿,黑海中有機(jī)質(zhì)的來(lái)源,4,現(xiàn)代碳酸鹽巖沉積與兩個(gè)因素有關(guān)： 1 碎屑相對(duì)少；2 生物產(chǎn)率高,此碳酸鹽巖的9個(gè)準(zhǔn)相，有有機(jī)地球 化學(xué)家采用,標(biāo)準(zhǔn)相帶圖,生 物 群,顏色,巖 性,相 和 一 般 環(huán) 境,相號(hào),橫剖 面圖,加利福尼亞波爾德蘭盆地中砂（實(shí)線(xiàn)箭頭）和 泥（虛線(xiàn)箭頭）的來(lái)源、路徑和搬運(yùn)模式,盆地,陸架邊緣,海底峽谷,砂,濱線(xiàn),河流,波痕,渾濁層,離岸流,2）過(guò)渡環(huán)境的有機(jī)質(zhì)沉積,有機(jī)質(zhì)來(lái)源的二元性,低能緩流還原環(huán)境、有利于有機(jī)質(zhì)的沉積,干旱瀉湖環(huán)境、富有機(jī)質(zhì)泥巖常和蒸發(fā)巖組成旋回,過(guò)渡帶以陸相淡水和海相咸水環(huán)境交替 為特征，使有機(jī)質(zhì)來(lái)源更復(fù)雜,與海相同具有過(guò)度性質(zhì) 的“海湖”可以馬拉開(kāi)波湖 為例，從該湖南面卡塔通 博河注入大量淡水和陸源 物質(zhì)。從其北面通過(guò)海峽 海水注入湖中，密度和鹽 度較大的混合水沉入下部。 湖水上淡下咸，在下形成還 原環(huán)境。湖表層生物產(chǎn)率極 高，湖底為粘稠狀藍(lán)黑色 淤泥，具很強(qiáng)的H2S味，其 有機(jī)碳豐度超過(guò)5%。湖盆 中心沉積物含磷低含硫高。 這類(lèi)封閉性好，滯流的過(guò) 渡性水盆地極有利于有機(jī)質(zhì) 的沉積。,有機(jī)碳占 天然干沉 積物的百 分比。,有機(jī)溶劑抽 提物占天然 沉積物的百 分比。,呈P2O5 狀態(tài)的 磷。,硫 （%）,馬拉開(kāi)波湖底沉積物中各種組分的分布,卡塔通博河,卡塔通博河,干旱瀉湖環(huán)境、富有機(jī)質(zhì)泥巖常和蒸發(fā)巖組成旋回,蒸發(fā)鹽盆地 沉積的4個(gè)階段： （1）靜海相階段：旋回開(kāi)始 海水鹽度開(kāi)始增高，底水停 滯缺氧，生物發(fā)育，沉積 了富有機(jī)質(zhì)腐泥巖相，常 為油頁(yè)巖； （2）濃縮階段：海水濃縮， 表層出現(xiàn)早期鹽類(lèi)沉積， 動(dòng)物群稀少； （3）穩(wěn)定蒸發(fā)階段：蒸發(fā)鹽巖 依次大量沉積，表層石鹽和 石膏沉淀并保存在底補(bǔ)； （4）終結(jié)階段：鹽充填盆地， 最后形成鉀鹽。,靜海相階段,終結(jié)階段,穩(wěn)定蒸發(fā)階段,濃縮階段,3）湖泊環(huán)境的有機(jī)質(zhì)沉積,有機(jī)質(zhì)來(lái)源的二元多方向性,營(yíng)養(yǎng)型湖浪基面以下的還原環(huán)境是有利的富集區(qū),湖泊的差異性大，沉積的有機(jī)質(zhì)差異也大,營(yíng)養(yǎng)型談水湖泊的較深深湖及前三角洲 亞環(huán)境沉積富有機(jī)質(zhì)泥巖、組成碎屑粘土巖旋回,鹽湖中富有機(jī)質(zhì)的油頁(yè)巖、泥質(zhì)巖常與蒸發(fā)巖組成旋回。 如美國(guó)的懷俄名、科羅拉多和尤塔州始新世綠河組沉積。,從圖可見(jiàn)： 一個(gè)內(nèi)陸湖 泊的氧化還 原相帶與沉 積水動(dòng)力狀 況關(guān)系密切。 在河口區(qū)， 水動(dòng)力活躍 的湖盆北部， 氧化帶相寬； 湖灣區(qū)，水 動(dòng)力相對(duì)穩(wěn) 定的湖南部， 氧化相帶窄， 還原相帶面 積大。,-263,-252,0,0,0,0,0,0,青海湖底沉積物Eh值分布,有機(jī)碳含量 的分布呈環(huán)帶狀 從湖濱淺水帶向 中部深水區(qū)增高。 而河流入湖對(duì)有 機(jī)質(zhì)顯出“沖淡” 作用。說(shuō)明河流 攜帶有機(jī)質(zhì)貧乏， 不是青海湖有機(jī)質(zhì) 的重要來(lái)源。 湖底沉積物含有 2%以上地區(qū)占 60%以上，明顯 影響有機(jī)沉積作用 的是水動(dòng)力狀況， 水深和沉積物的 還原條件。,青海湖底沉積物有機(jī)碳百分含量等值線(xiàn),營(yíng)養(yǎng)型談水湖泊的較深深湖及前三角洲亞環(huán) 境沉積富有機(jī)質(zhì)泥巖、組成碎屑粘土巖旋回,我國(guó)的松遼盆地白堊系 （主要油源巖）基本為 溫濕氣候下的湖泊沉 積。在湖泊的發(fā)展過(guò)程 中經(jīng)歷了兩次大的湖進(jìn)， 湖面水體面積在9104km2 以上，氣候溫暖潮濕， 盆地相對(duì)穩(wěn)定，沉降速 度快，形成了巨大的深 湖靜水體，沉積了富含 有機(jī)質(zhì)的黑色頁(yè)巖、油 頁(yè)巖、泥灰?guī)r等。 因?yàn)闉檫€原環(huán)境，泥質(zhì)巖 中底棲生物稀少。以浮 游生物為主，有完整魚(yú) 化石。層面上分布粉末 狀自生黃鐵礦,有機(jī)碳 含量達(dá)1.742,25%。 松遼盆地巨大的石油 資源主要在湖中心較深 深湖亞環(huán)境形成的。,松遼盆地巖相分布圖（青山口期）,淡水湖泊淤積充填和 沼澤化的四個(gè)階段,第一階段,第三階段,第四階段,第二階段,陸相沉積環(huán)境與有機(jī)質(zhì)的關(guān)系示意圖 （據(jù)李曉清、丘東洲等，2003),第1章 生物的化學(xué)組成及沉積有機(jī)質(zhì),一、 生物圈的演變 二、 有機(jī)碳的地球化學(xué)循環(huán) 三、生物有機(jī)質(zhì)的化學(xué)組成 四、沉積有機(jī)質(zhì)的形成 五、沉積有機(jī)質(zhì)的埋藏與演化,1 微生物作用,微 生 物 的 特 點(diǎn),地 球 上 生 物,動(dòng)物,植物,原生生物,生物構(gòu)造簡(jiǎn)單,大多數(shù)為單細(xì)胞或 不分化、分化不明 顯的多細(xì)胞,真核生物,原核生物,細(xì)菌,藍(lán)細(xì)菌（藍(lán)藻）,原生動(dòng)物、藻、 真菌、粘菌,沒(méi)有核仁、核膜 等結(jié)構(gòu)的染色體,有核仁、核膜 等結(jié)構(gòu)的染色體,對(duì)地質(zhì)體內(nèi)有機(jī)質(zhì)進(jìn)行改造的主要 是以腐生為主的細(xì)菌和真菌。,兼性細(xì)菌：在不同的 環(huán)境下采用不同的 呼吸方式,異 養(yǎng) 微 生 物 在 有 機(jī) 地 球 化 學(xué) 中 的 作 用,異養(yǎng)微生物是地球生命的先驅(qū),異養(yǎng)微生物是分解者,造成有利于有機(jī)質(zhì)沉積的環(huán)境,對(duì)生物元素地化循環(huán)有特殊貢獻(xiàn),改造、代謝有機(jī)質(zhì),參與或促進(jìn)形成甲烷氣、 腐殖質(zhì)和干酪根,綠色植物,光合微生物,其他 生物,能量,陽(yáng)光,CO2,能 源,碳 源,大氣中CO2占 0.03%,不足以供給綠色植物,只能靠細(xì)菌將有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化成CO2,10%,細(xì)菌 轉(zhuǎn)化 90%,大氣 CO2,其它生物代 謝和氧化 燃燒占,微生物的生長(zhǎng)和繁殖,使細(xì)胞增值和分裂,通過(guò)生 物合成,生成高能態(tài)ATP（三磷酸腺苷）,一切異養(yǎng)微生物利用的 氧化過(guò)程中所釋放的能量,進(jìn)行磷酸化作用,氧化 過(guò)程,無(wú)氧呼 吸作用,發(fā)酵 作用,有氧呼 吸作用,造成有利于有機(jī)質(zhì)沉積的環(huán)境,有氧參加，最 終使有機(jī)質(zhì)徹 底氧化成CO2 和H2O。 既消耗有機(jī)質(zhì)， 又大量消耗氧。,消耗有機(jī)質(zhì)對(duì)有機(jī) 質(zhì)沉積、保存有害,大量消耗氧造成 無(wú)氧環(huán)境，對(duì)其它 有機(jī)質(zhì)沉積有利,無(wú)氧參加，分解主要 產(chǎn)物仍然是有機(jī)質(zhì)。,發(fā)酵作用主要是改造有機(jī)質(zhì)， 而不消耗有機(jī)質(zhì)。還原環(huán)境 及在中進(jìn)行的發(fā)酵作用，有 利于有機(jī)質(zhì)沉積和保存。,有氧呼吸作用比發(fā)酵 效率約高10倍。 在氧化環(huán)境有機(jī)質(zhì)基本 夠能完全氧化，