第二章地球化學(xué)有機質(zhì)類型與研究方法

第三章地質(zhì)體中有機質(zhì)類型和研究方法第一節(jié)地質(zhì)體中有機質(zhì)的分布和類型

一、地球上有機質(zhì)的豐度和分布地質(zhì)體中的有機質(zhì)是地殼中所有含碳鏈化合物的總稱，不包括碳酸鹽、二氧化碳、金剛石、石墨等含碳物質(zhì)。有機質(zhì)中的碳為還原型的，而無機質(zhì)中的碳則為氧化型的。沉積巖中有機質(zhì)總量接近3.8×1015噸，其中頁巖含3.6×1015噸，占95%以上；煤和石油分別為6×1012噸和0.2×1012噸。絕大部分有機質(zhì)呈分散狀態(tài)存在于沉積物中，其余則分布于生物圈、水圈和大氣圈中。有人認(rèn)為，百分之六十至七十的有機質(zhì)是由浮游生物和細(xì)菌提供的。保存下來的有機質(zhì)多少則取決于沉積環(huán)境的保存條件，如沉積速率、氧化還原性、生物降解等。二、地質(zhì)體中有機質(zhì)類型地質(zhì)體中的有機質(zhì)是生物體有機組分，在成巖作用過程中的殘留物及演化產(chǎn)物。殘留物是動植物中穩(wěn)定的化合物，其碳骨架不變，只是發(fā)生脫官能團、氫化等作用，如色素（如卟啉等）；而新產(chǎn)生的有機物則破壞了原始碳骨架，形成了不同結(jié)構(gòu)的有機化合物。在有機地球化學(xué)中將地質(zhì)體中有機質(zhì)劃分為五類：1、類脂化合物在生物化學(xué)中中指能溶于醚、苯、氯仿等有機溶劑而不溶于水的一類有機合物，包括烴類、醇類、脂肪酸等及其衍生物。烴類：主要有烷烴、烯烴、炔烴、萜烯、芳香烴、環(huán)烷烴及類異戊二烯等；醇：自然界產(chǎn)出的醇主要C14~C34脂肪醇；脂肪酸：C10~C35脂肪酸2、氨基化合物包括胺、氨基酸、含氮環(huán)狀化合物。胺：是氨分子中的一個或多個氫原子被烴基取代的化合物；氨基酸：組成蛋白質(zhì)的基本單元；一些含氮環(huán)狀化合物：3、色素包括葉綠素、血紅素、葉黃素等及它們的演化產(chǎn)物卟啉等。4、碳水化合物各種糖類和纖維素等，易在成巖作用被降解。5、干酪根巖石中不溶于一般有機溶劑的那部分有機質(zhì)，占沉積物總有機質(zhì)含量的95%以上。干酪根的鏡下(透射光)照片

干酪根顯微組分—藻類體（熒光）干酪根顯微組分—孢子體（熒光）三、有機質(zhì)的地球化學(xué)演化

在成巖作用早期：大部分生物大分子，如蛋白質(zhì)、多糖類將在細(xì)菌作用下，迅速分解小分子化合物，如氨基酸、單糖等；然后這些化合物相互作用，聚合成腐殖酸等物質(zhì)；最后形成干酪根。

在成巖作用后期：干酪根在溫度作用下，相繼裂解成石油和天然氣；最終轉(zhuǎn)變成石墨。有機質(zhì)的地球化學(xué)演化第二節(jié)地質(zhì)體中有機質(zhì)的研究方法一、樣品的采集、保存和預(yù)處理

1、原油樣品用棕色玻璃瓶在低溫下保存，防止氧化和輕組分揮發(fā)；2、天然氣樣品用鋼瓶采集、保存；3、巖石樣品用稀鹽酸和清水清洗表面，清除表面污染物、油漆等，不用塑料袋包；4、現(xiàn)代沉積物用冷凍干燥法保存；二、有機質(zhì)的抽提（萃?。r石中的有機質(zhì)大多呈分散狀態(tài)存在，且含量通常較低，利用有機溶劑將這些分散態(tài)的有機質(zhì)從巖石基質(zhì)提取出來的過程稱有機質(zhì)的抽提。1、巖石（土壤）樣品索氏抽提法利用加熱有機溶劑在抽提器中反復(fù)回流，通過干凈溶劑不斷與樣品接觸，使有機質(zhì)逐漸溶解出來，直至全部溶解于有機溶劑中，達(dá)到與礦物質(zhì)相分離的目的。溶劑：二（三）氯甲烷碎樣：粉碎至100目脫硫：加活性銅片過程：連續(xù)抽提72小時2、油砂、瀝青樣品的冷泡法將油砂、瀝青樣品破碎后，在玻璃器具中，用有機溶劑（如二氯甲烷）浸泡，一定時間后用過濾法分離有機萃取物。3、大氣飄塵樣品超聲波抽提法將附有大氣飄塵的濾紙翦成碎片，放入磨口玻璃瓶中，加入有機溶液劑，用超聲波水浴中；一定時間后，用離心、過濾方法分離有機萃取物。4、水樣有機質(zhì)萃取法將一定量水樣放入分液漏斗中，再加入有機溶劑，不斷搖晃使兩者混合，讓水中有機質(zhì)進入有機相，靜止后放出下部水相，獲得溶有有機質(zhì)的有機相。三、有機質(zhì)的分離和純化通過抽提獲得的有機質(zhì)是混合物，必須加以分離和純化，才能進一步分析和鑒定。1、柱層析法利用硅膠和氧化鋁的吸附性和沖洗劑的不同極性，分步將抽提物分離成幾個組分：脫瀝青質(zhì)：加過量石油醚沉淀去除瀝青質(zhì)；制柱：活化→填柱→潤濕→加樣；沖洗劑：正已烷或石油醚→飽和烴組分；二氯甲烷→芳烴組分；三氯甲烷/乙醇→非烴組分；2、薄層色譜法（TLC）利用硅膠G薄層板的吸附性和沖洗劑的溶解性，將抽提物展離成幾個組分：制板：制板→活化→洗板→點樣；展開：正已烷或石油醚→將飽和烴、芳烴和非烴組分展離成帶→將不同條帶刮下→沖洗、過濾→收集組分；3、液相色譜法（TC）利用液相色譜儀分離混合有機質(zhì)。4、絡(luò)合法利用分子篩和尿素絡(luò)合法，將飽和烴分離成正構(gòu)烷烴和異構(gòu)/環(huán)烷兩個組分。5、干酪根制備巖石抽提殘渣→加稀HCl去除碳酸鹽礦物→加稀HF去除硅酸鹽礦物→用物理法或化學(xué)法去除黃鐵礦。具體流程：條件：T=60~70℃；N2保護，不斷攪拌用水浸泡6NHCl處理6NHCl+40%HF(2:3)處理6NHCl處理烘干氯仿抽提脫黃鐵礦干酪根巖樣殘渣4h4h2hZn還原瀝青C脫碳酸鹽脫水溶鹽脫硅酸鹽脫新生礦物60℃三、有機質(zhì)的分析和鑒定經(jīng)分離后的不同類型有機質(zhì)，用不同的儀器進行分析、鑒定。

飽和烴、芳烴：氣相色譜（GC）、氣相色譜/質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC/MS）、同位素；

非烴、瀝青質(zhì)：紅外光譜（IR）、同位素、核磁共振（NMR）等；

干酪根：元素分析、顯微有機顆粒、紅外光譜、同位素、核磁共振等；未經(jīng)分離的樣品分析：

原油：全油氣相色譜、碳同位素等；

巖石：有機碳含量（TOC）、巖石熱解（OSA）、無機元素；

天然氣：氣相色譜、同位素等。

10.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00100.00保留時間(min)相對強度C18C8C12C30全油氣相色譜圖10152025303540455055606570753540455055606570總離子流圖(TIC)m/z191質(zhì)量色譜圖保留時間相對強度GC/MS質(zhì)量色譜圖02004006008001000400450500550600Tmax(°C)ⅠⅢⅡAⅡBRo=1.3Ro=1.0Ro=0.502004006008001000400450500550600Tmax(°C)ⅠⅢⅡAⅡBRo=1.3Ro=1.0Ro=0.50.00.51.01.52.00.00.10.20.30.4O/CH/CⅠⅡⅢ四、有機質(zhì)的分析流程

巖石樣品→清洗→粉碎→抽提→分離→組分分析、鑒定；

原油樣品→分離→組分分析、鑒定；

大氣飄塵樣品→超聲波抽提→分離→組分分析、鑒定；

水樣→有機組分萃取→分離→組分分析、鑒定；

天然氣樣品→預(yù)處理→分析。巖石、原油樣品具體分析流程：

巖樣抽提瀝青A族組分分離沉淀