1、,有機(jī)地球化學(xué)概念有機(jī)地球化學(xué)研究任務(wù),第六章 有機(jī)地球化學(xué),自然界中有機(jī)質(zhì)與元素的生物循環(huán)煤的有機(jī)地球化學(xué)石油的有機(jī)地球化學(xué),,有機(jī)地球科學(xué)概念——研究地質(zhì)體與天體中有機(jī)質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)及其發(fā)生、發(fā)展與演化規(guī)律的科學(xué)。有機(jī)地球化學(xué)涵蓋了油氣地球化學(xué)、煤與煤成烴地球化學(xué)、有機(jī)實(shí)驗(yàn)地球化學(xué)、有機(jī)包裹體地球化學(xué)、氨基酸生物地球化學(xué)、界面有機(jī)地球化學(xué)、宇宙有機(jī)地球化學(xué)、固體礦床有機(jī)地球化學(xué)、環(huán)境有機(jī)地球化學(xué)、生物標(biāo)志物地球化學(xué)等。,,有

2、機(jī)地球化學(xué)研究任務(wù)——研究地質(zhì)體內(nèi)有機(jī)質(zhì)的成因和演化規(guī)律；有機(jī)物與無機(jī)物之間相互作用的實(shí)質(zhì)和聚集條件；服務(wù)于能源、金屬非金屬礦產(chǎn)的勘探開發(fā)和利用。有機(jī)地球化學(xué)在油氣能源勘探中發(fā)揮著重要作用。研究各種生物標(biāo)志物對(duì)沉積環(huán)境、有機(jī)質(zhì)母源和成礦條件等方面的指示作用，為認(rèn)識(shí)有機(jī)質(zhì)演化、沉積-成巖（礦）過程、事件沉積（缺氧事件和冰期事件等）開辟新的研究途徑。,,有機(jī)地球化學(xué)研究任務(wù)——研究地球古老巖石、隕石及其它宇宙中有機(jī)化合物的產(chǎn)生條件，闡

3、明有機(jī)碳演化的規(guī)律，探索生命發(fā)生、發(fā)展及其早期生命演化的可能過程。研究天然的和合成的有機(jī)污染物的遷移規(guī)律及其引起的環(huán)境質(zhì)量變化，尋求控制環(huán)境惡化和改善環(huán)境的途徑和方法。,,（一）自然界中有機(jī)質(zhì)1、有機(jī)質(zhì)的元素組成碳、氫、氧、氮、磷、硫及其它微量元素,,常見有機(jī)質(zhì)的主要化學(xué)組成（轉(zhuǎn)引自張長年等，1993）,一、自然界中有機(jī)質(zhì)與元素的生物循環(huán),生物演化過程中，對(duì)元素的選擇遵循原則：（1）豐度規(guī)則生物體一般選擇自然環(huán)境中豐度最高元素

4、；（2）生物利用度（bioavailability)規(guī)則（3）有效性原則生物總體上選擇更加有效的化合物利用。（4）基本適宜原則,,,2、有機(jī)質(zhì)的化合物組成,,,有機(jī)化合物三種類型：(1)鏈狀化合物或脂肪族化合物：化合物中碳的骨架是一個(gè)或長或短的鏈子(2)碳環(huán)化合物化合物中碳的骨架是環(huán)狀的，包括脂環(huán)化合物和芳香族化合物。(3)雜環(huán)化合物化合物里的環(huán)由碳原子和其他非碳的原子組成的,,結(jié)構(gòu)式,,正丁烷與異丁烷,一些重要的官

5、能團(tuán),化合物的性質(zhì)主要由官能團(tuán)決定，反應(yīng)主要發(fā)生在官能團(tuán)及其相關(guān)部位，具有相同的官能團(tuán)的化合物具有類似性質(zhì)。,,3、有機(jī)質(zhì)的化合物結(jié)構(gòu),,立體異構(gòu)體的概念——立體異構(gòu)是指化合物的結(jié)構(gòu)式相同但立體構(gòu)型不同的現(xiàn)象。立體異構(gòu)體又可分為：順、反異構(gòu)（或幾何異構(gòu)）、對(duì)映異構(gòu)（或旋光異構(gòu)）和構(gòu)象異構(gòu)三種形式。生物有機(jī)質(zhì)中的化合物常存在立體異構(gòu)現(xiàn)象。,,1）.順、反異構(gòu)分子產(chǎn)生順、反異構(gòu)現(xiàn)象，在結(jié)構(gòu)上在分子中存在限制旋轉(zhuǎn)的因素，如分子中存在雙

6、鍵或環(huán)。（1）含雙鍵化合物的順、反異構(gòu)體若兩個(gè)相同的基團(tuán)都在雙鍵的同一方叫順式，反之，為反式。,順式,反式,（2) 環(huán)狀化合物的順、反異構(gòu)體,當(dāng)環(huán)上有兩個(gè)或兩個(gè)以上的碳原子連著兩個(gè)不同的原子或基團(tuán)時(shí)，就存在順、反異構(gòu)。若兩個(gè)相同的基團(tuán)都在環(huán)平面的同一方叫順式（C is-), 在不同一方的叫反式（trans-）。 一般，基團(tuán)分布在環(huán)平面上方的鍵用實(shí)線表示，分布在下方的用虛線表示。,（順式）,（反式）,,,,2）.對(duì)映異構(gòu),把具有

7、“實(shí)物”與“鏡影”這種特征的現(xiàn)象稱為“手征性”。當(dāng)與碳原子連接的四個(gè)原子（或基團(tuán)）的空間分布具有手征性特征子，這個(gè)碳原子就叫手征性碳原子。對(duì)應(yīng)異構(gòu)體用R、S標(biāo)記，R表示Ractus,意思是“右”; S 為Sinirtar,意為“左” ，拉丁文。,,,,1,2,3,4,反時(shí)針，S型,順時(shí)針，R型,“序列規(guī)則”：首先，根據(jù)將與手征性碳原子相連的四個(gè)原子（或基團(tuán)）確定一個(gè)先后順序，即按與手征性碳原子相連的原子的原子序數(shù)由小到大排列，分別用

8、1到4表示。將標(biāo)為1的基團(tuán)放在觀察者的最遠(yuǎn)位置，再從基團(tuán)4開始，按4、3、2的順序，如果是順時(shí)針方向排列，則稱“R”構(gòu)型，若是反時(shí)針方向，則為S構(gòu)型。,,3）.構(gòu)象異構(gòu)體,同一構(gòu)型的化合物，由于單鍵的旋轉(zhuǎn)萬象產(chǎn)生的分子中各原子或基團(tuán)在空間的不同排列形式叫構(gòu)象。,1,2,3,4,5,6,1,2,3,4,5,6,說明構(gòu)象與構(gòu)型區(qū)別的分子模型,環(huán)己烷的椅式和船式構(gòu)象,,,當(dāng)C-H鍵在環(huán)平面上方時(shí)，用實(shí)線或?qū)嵭膱@點(diǎn)表示，稱為β（H），在平面下時(shí)

9、，用虛線或空心園點(diǎn)表示，稱α（H）。,,,連接著四個(gè)相同的原子(成原子團(tuán))的碳原子處于一個(gè)正四面體的中心，而四個(gè)基團(tuán)占據(jù)正四面體的四個(gè)頂點(diǎn)(這個(gè)位置最穩(wěn)定)，此時(shí)，碳原子具有對(duì)稱性。當(dāng)碳原子連接四個(gè)不同的基團(tuán)時(shí)，這種對(duì)稱性就消失了，成為一個(gè)不對(duì)稱的分子，因而可有兩種也只能有兩種立體異構(gòu)體存在：,4）光學(xué)異構(gòu),光學(xué)異構(gòu),它們彼此互為實(shí)物和鏡影，二者無論如何不能重疊，正象左右手不能重疊一樣，這說明它們不是相同的化合物。這兩種化合物具有相

10、同的物理和化學(xué)性質(zhì)，但是一種分子使平面偏振光向左旋轉(zhuǎn)，另一種分子則使平面偏振光向右旋轉(zhuǎn)。這兩種異構(gòu)體就是光學(xué)異構(gòu)體。由于它們互為實(shí)物和鏡影的關(guān)系，所以又叫對(duì)映異構(gòu)體，簡稱為對(duì)映體。將偏振光朝左旋的，叫左旋體（－）；朝右旋的，叫右旋體（＋）。,構(gòu)型：不同的空間排列叫做不同的構(gòu)型。標(biāo)準(zhǔn)：一般都以甘油醛作為標(biāo)準(zhǔn)，人為地規(guī)定右旋甘油醛用符號(hào)D來表示。左旋甘油醛便應(yīng)該是它的對(duì)映體，并用符號(hào)L來表示它的構(gòu)型。,,,,含有兩個(gè)相同的不對(duì)稱碳原子的

11、光學(xué)異構(gòu)。以酒石酸為例，在酒石酸分子中的兩個(gè)不對(duì)稱碳原子，都與-H、-OH、-COOH和-CH(OH)(COOH)四個(gè)基相結(jié)合。這樣的分子可以有三種異構(gòu)休，其投影式如下：,5）內(nèi)、外消旋化合物,內(nèi)消旋化合物,,,蛋白質(zhì)、脂類、碳水合物、色素、木質(zhì)素，還有少量其他化合物?；瘜W(xué)成分分類見教材P304表8.1,一、自然界中有機(jī)質(zhì)與元素的生物循環(huán),（一）自然界中有機(jī)質(zhì)1 有機(jī)質(zhì)的元素組成2有機(jī)質(zhì)的化合物組成3自然界中有機(jī)質(zhì)分類,,羧酸

12、分子中烴基上的一個(gè)或幾個(gè)氫原子被氨基取代的化合物叫氨基酸。蛋白質(zhì)是由大約20種氨基酸相互間用氨基和羧基通過失水形成酞胺鍵構(gòu)成的，水解后，可以生成各種氨基酸。蛋白質(zhì)容易受喜氧細(xì)菌破壞，不利保存。現(xiàn)代沉積物物中含氨基酸達(dá)0.5mg/g，古代沉積物中，貝殼類化石硬體和硅質(zhì)巖類中氨基酸保存較好，古氨基酸部分與非蛋白質(zhì)聚合物結(jié)合成腐殖質(zhì)，部分呈吸附態(tài)存在。一般海相沉積物中氨基酸高于湖相，碳酸鹽沉積物高于泥質(zhì)。,氨基酸與蛋白質(zhì),,,（一）自然界

13、中有機(jī)質(zhì) 4、氨基酸與蛋白質(zhì),,,一、自然界中有機(jī)質(zhì)與元素的生物循環(huán),（一）自然界中有機(jī)質(zhì) 4、氨基酸與蛋白質(zhì),,,脂類指不溶于水但溶于有機(jī)溶劑（乙醚和苯）的一類物質(zhì)。脂類分解成脂肪酸（RCOOH)。脂肪酸與其它脂類可聚合成聚酯類。脂類可轉(zhuǎn)化為沉積物中的瀝青類，也可結(jié)合到腐殖質(zhì)或干酪根中。接近脂類的植物角質(zhì)、樹脂和烴統(tǒng)稱泛脂類。植物角質(zhì)很穩(wěn)定，成為化石的植物角質(zhì)有如琥珀。脂類的特點(diǎn)：一是抗腐能力強(qiáng)；二是化學(xué)成分和結(jié)構(gòu)都最接

14、近石油。,脂類,,,一、自然界中有機(jī)質(zhì)與元素的生物循環(huán),（一）自然界中有機(jī)質(zhì) 5、脂類,,碳水化合物亦稱糖類化合物，是自然界存在最多、分布最廣的一類重要的有機(jī)化合物。葡萄糖、蔗糖、淀粉和纖維素等都屬于糖類化合物。 糖類化合物是一切生物體維持生命活動(dòng)所需能量的主要來源。主要由C，H，O三種元素組成，分子中H和O的比例通常為2：1，與水分子中的比例一樣，故稱為碳水化合物。,碳水化合物,,沉積物中的色素：葉綠素色素－葉綠素和卟啉；葉紅

15、素－橙色素、胡蘿卜素和葉黃素；黃素脘、黃色素等。,色素及其衍生物,,,,卟啉化合物：卟啉、葉綠素、血紅素等雜環(huán)化合物，由碳、氫、氮、硫等組成。,,,構(gòu)成植物細(xì)胞壁的成分之一，具有使細(xì)胞相連的作用。由四種醇單體（對(duì)香豆醇、松柏醇、5-羥基松柏醇、芥子醇）形成的一種復(fù)雜酚類聚合物。從化學(xué)觀點(diǎn)來看，木質(zhì)素是由高度取代的苯基丙烷單元隨機(jī)聚合而成的高分子，它與纖維素、半纖維素一起，形成植物骨架的主要成分，在數(shù)量上僅次于纖維素。填充于纖維素

16、構(gòu)架中增強(qiáng)植物體的機(jī)械強(qiáng)度，利于輸導(dǎo)組織的水分運(yùn)輸和抵抗不良外界環(huán)境的侵襲（抗腐爛性）。,木質(zhì)素,,,是腐殖質(zhì)的主要部分，是腐殖質(zhì)中能溶于堿溶液的部分。腐殖質(zhì)呈暗色至黑棕色的一組無定形膠體狀高分子物質(zhì)，由動(dòng)植物遺體經(jīng)過腐解生成。腐殖質(zhì)是天然水體中最重要的有機(jī)配體（螯合劑）。河水中腐殖質(zhì)的平均含量為10～50mg/L，底泥中腐殖質(zhì)含量更為豐富，約占底泥1%～3%。對(duì)金屬元素和人為污染物質(zhì)在地表的遷移和富集有重要的意義。,腐殖酸,,腐殖

17、物質(zhì)按其在酸、堿溶液中的溶解度，通常分為三個(gè)級(jí)分:胡敏素，即腐殖物質(zhì)中不溶于堿的部分；而能溶于乙酰溴；胡敏酸，即腐殖質(zhì)中溶于堿不溶于酸（遇無機(jī)酸能沉淀）的部分；富啡（里）酸，即腐殖質(zhì)中既溶于堿又溶于酸的部分。后兩者總稱腐殖酸。,腐殖質(zhì),,,腐殖酸（Humic Acid，簡寫HA），是腐殖質(zhì)的主要部分，是腐殖質(zhì)中能溶于堿溶液的部分。是動(dòng)植物遺骸，經(jīng)過微生物的分解和轉(zhuǎn)化，以及一系列的化學(xué)過程和積累起來的一類有機(jī)物質(zhì)。它是由芳香族及

18、其多種官能團(tuán)構(gòu)成的高分子有機(jī)酸，具有良好的生理活性和吸收、絡(luò)合、交換等功能。它廣泛存在于土壤、湖泊、河流、海洋以及泥炭（又稱草炭）、褐煤、風(fēng)化煤中。按自然界分類，它可以分為三類，即土壤腐殖酸、水體腐殖酸和煤炭腐殖酸。有相當(dāng)多的資料表明，腐殖酸水解可以產(chǎn)生多種氨基酸。,腐殖酸,,腐殖酸的物理－化學(xué)性質(zhì)——腐殖酸的元素組成為C50－60％，H3－6％，N 1.5－6％，S1％，其余大部分為O以苯、萘、蒽、吡啶等芳香環(huán)作為骨架，具有羧

19、基、羰基、酚基、醇基和甲氧基等。腐殖酸是一種親水性可逆膠體，比重在1.330～1.448之間，通常呈黑色或棕色膠體狀態(tài)，其顏色和比重隨煤化程度的加深而增加。具有疏松的“海綿狀”結(jié)構(gòu)，使其產(chǎn)生巨大的表面積（330～340 m2/g）和表面能，構(gòu)成了物理吸附的應(yīng)力基礎(chǔ)。,腐殖酸的物理－化學(xué)性質(zhì)——膠體性質(zhì)腐殖酸粒徑在6－100nm，恰好處于膠體粒徑的范圍之內(nèi)。腐殖酸的表面積大、粘度較高、吸附能力強(qiáng)，在溶于堿溶液之前先發(fā)生膠體作用。有

20、明顯的酸性含有羧基、酚羥基等酸性基團(tuán)，其溶液pH=3-4。一般富里酸中羧基含量比胡敏酸大2－4倍，富里酸對(duì)金屬離子的溶解能力比胡敏酸強(qiáng)。酸性表現(xiàn)為： (a)能和苛性鈉、氫氧化鈉等中和而生成鹽; (b)能和金屬鐵作用釋放出氫；(c)能分解碳酸鹽、磷酸鹽、醋酸鹽和硅酸鹽，使這些酸游離出來；(d)能和醇作用生成酯。,親水性腐殖酸的親水程度取決分子中的羧基、酚羥基、醇羥基等都是親水基團(tuán)。分子中存在有橋鍵，碳網(wǎng)具有疏松的海綿狀結(jié)構(gòu)，大量水

21、分子就可以分布于這些梅綿狀空隙中。即使是風(fēng)干了的腐殖酸也還可能含有25％的水分。腐殖酸于芳核與側(cè)鏈間的比例，即取決于縮合程度?？s合程度低者有膠溶傾向，對(duì)電解質(zhì)有較高的穩(wěn)定性，有較大的移動(dòng)能力。,腐殖酸的物理－化學(xué)性質(zhì)——,,——沉積物和沉積巖中不溶于水、酸、堿、普通有機(jī)溶劑的那部分有機(jī)質(zhì)的總稱。干酪根是相當(dāng)于煤與石油總儲(chǔ)量的1000倍與16000倍。沉積巖有機(jī)質(zhì)中分布最廣、數(shù)量最多的一類有機(jī)質(zhì)，約占地質(zhì)體中有機(jī)質(zhì)的95％，其余為瀝青

22、。估計(jì)巖石中平均干酪根為0.3％，地殼中干酪根總量約為3×1015t，大約,干酪根,,沉積有機(jī)質(zhì)中的干酪根,,1）、干酪根的定義和形成,定義：,油母質(zhì)，沉積巖中不溶于非氧化型酸、堿和非極性有機(jī)溶劑的分散沉積有機(jī)質(zhì)。,形成過程：,生物有機(jī)組分,,,,,,,,干酪根的形成過程,,,2）.干酪根的成分,成分：,黑色或褐色粉末，是一種高分子聚合物，無固定的化學(xué)成分C（79%）H（9%）O（3%）S（5%）N（2%）微量元素。,,3

23、）.干酪根類型—化學(xué)分類,根據(jù)碳、氫、氧元素的組成，將干酪根分為Ⅰ型、Ⅱ型、Ⅲ型 3種類型。,,3類干酪根的H/C原子比與O/C原子比分別為：Ⅰ型: H/C 1.75～1.25， O/C 0.026～0.12；Ⅱ型: H/C 1.25～0.65, O/C 0.04～0.13；Ⅲ型: H/C0.46～0.93, O/C 0.05～0.30 (法國石油研究)。,,,按物質(zhì)來源，干酪根分為三類：(1)腐泥型主要由動(dòng)物與低等植物遺體

24、組成，是含脂類化合物和蛋白質(zhì)的分解產(chǎn)物，以脂肪烴結(jié)構(gòu)為特征, H/C值較高；基本對(duì)應(yīng)Ⅱ或I型（2）腐殖型主要由高等植物遺體組成，富含木質(zhì)素和碳水化合物的分解產(chǎn)物，以芳烴結(jié)構(gòu)為特征,H/C值較低；基本對(duì)應(yīng)Ⅲ型(3) 腐殖－腐泥型上述兩者的過渡型。,,,干酪根顯微組分按煤巖學(xué)分類可分為以下幾類：（1）腐泥組 ：一是無定形 ， 二是藻質(zhì)體，多為淺黃至棕黃色，明亮，透明或半透明；（2）殼質(zhì)組 ：一是孢粉體 ，二是樹脂體 ，三是角質(zhì)體

25、 ， 四是木栓體 ， 五是表皮體 ，呈黃色為主的色調(diào)，透明或半透明，鏡下明亮 ；（3）鏡質(zhì)組：一是結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)體 ，二是無結(jié)構(gòu)鏡質(zhì)組，顏色棕至棕紅色；（4）惰質(zhì)組： 以絲質(zhì)體為常見，呈段塊狀、碎片狀、條帶狀、渾圓狀。黑色不透明（透射光）。,,,,,1為藻腐泥型干酪根 2為腐植—腐泥型干酪根,干酪根的光學(xué)分類 用25-50倍油浸鏡頭，通過反射光觀察煤或干酪根的顯微組分,,腐植型干酪根,,干酪根是一種具有網(wǎng)

26、狀交聯(lián)三維結(jié)構(gòu)復(fù)雜的大分子縮聚物，由縮合多環(huán)芳烴核、橋鍵和官能團(tuán)三部分組成，在其結(jié)構(gòu)格架的空隙中可能存在各類游離的有機(jī)小分子。有機(jī)巖石學(xué)研究表明，干酪根實(shí)際上是有各種顯微組分組成的復(fù)雜混合物，在光學(xué)顯微鏡下呈均質(zhì)無結(jié)構(gòu)部分，在TEM下呈有結(jié)構(gòu)和組織形態(tài)。,干酪根的結(jié)構(gòu),,1a、2a、3a分別為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ型未成熟干酪根結(jié)構(gòu)的概念模式,,,水體中有機(jī)質(zhì)的存在形式分溶解有機(jī)質(zhì)（真溶液與膠體）顆粒有機(jī)質(zhì)（粒徑大于0.45微米）。有機(jī)質(zhì)的

27、組成與分布用總有機(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，來估算水體中有機(jī)質(zhì)的量。,（二）環(huán)境中腐殖物質(zhì),,（1）光合作用12H2O + 6CO2 + 光 → C6H12O6 (葡萄糖) + 6O2↑+ 6H2O 此反應(yīng)是植物和動(dòng)物中所有有機(jī)質(zhì)的最初來源。（2）充氧條件下的腐解作用。充氧腐解作用代表了光合作用的反過程，是動(dòng)植物死亡后、在組織內(nèi)自溶酶作用下遺體發(fā)生分解，隨后細(xì)菌和其它微生物參與完成分解破壞

28、和礦化的總過程。最終產(chǎn)物是二氧化碳和水。（3）缺氧條件下的腐解作用如發(fā)酵作用，產(chǎn)生的能量較低。,（三）、有機(jī)質(zhì)演化過程中的有機(jī)反應(yīng),,（4）氧化還原反應(yīng)。有機(jī)物得氧或去氫的反應(yīng)稱為氧化反應(yīng)；加氫或去氧的反應(yīng)稱為還原反應(yīng)。,,,丙酮,乙醛,,（5）聚合（加聚）反應(yīng)。相對(duì)分子質(zhì)量小的不飽和化合物聚合成相對(duì)分子質(zhì)量大的高分子化合物的反應(yīng)。如簡單烴轉(zhuǎn)化為復(fù)雜烴（石油）就是典型的聚合反應(yīng)。丙烯加聚：,,,,,（6）縮合聚合（縮聚）反應(yīng)。

29、單體間相互反應(yīng)而生成高分子化合物，同時(shí)還生成小分子（如水、氨、氯化氫等）的反應(yīng)（又叫逐步聚合反應(yīng)）。如：氨基酸縮聚,,,,,,（三）、演化過程中的有機(jī)反應(yīng),,（7）解聚合反應(yīng)。將大分子分裂為小分子的過程叫解聚合反應(yīng)。在一定條件下，把相對(duì)分子質(zhì)量大、沸點(diǎn)高的長鏈烴，斷裂為相對(duì)分子質(zhì)量小、沸點(diǎn)低的短鏈烴的反應(yīng),,,,,,,（三）、演化過程中的有機(jī)反應(yīng),,（四）元素的生物地球化學(xué)循環(huán),,,,,,,,1.碳循環(huán)二氧化碳問題：碳庫和庫間的

30、交換：碳源和碳匯的表達(dá)：碳循環(huán)中的反饋：碳漏失：數(shù)值模擬2.氮循環(huán)3.磷循環(huán),硫循環(huán),碳循環(huán),,,,,波恩大學(xué)的Flohn的研究表明：在以北緯40度和南緯10度為中心的兩個(gè)緯度帶，可能出現(xiàn)降水明顯減少和溫度明顯上升的趨勢(shì)。而在北緯10--20度之間、北緯50度以北地區(qū)及南緯30度以南地區(qū)的降水將會(huì)增多，這些變化對(duì)世界水資源的分布可能有明顯影響。美國克羅拉多河系的主要流域盆地位于北緯40度左右。目前約有85%的降水被蒸發(fā)掉，只有15%

31、的降水流入克羅拉多河。若氣溫上升攝氏幾度，降水減少10--15%，克羅拉多河的平均流量就要減少50%或更多。即使水庫大量貯水來補(bǔ)充流量，也才僅僅滿足農(nóng)業(yè)灌溉的需要。地表和地下水供應(yīng)的重大變化，在世界上其他地區(qū)可能也會(huì)發(fā)生。一些河流的平均流量可能顯著增大，從而導(dǎo)致所在地區(qū)經(jīng)常洪水泛濫。而另一些地區(qū)的河流，流量會(huì)大大減少，又會(huì)嚴(yán)重影響農(nóng)業(yè)的灌溉。,對(duì)水資源的影響,大氣中二氧化碳的增加對(duì)大范圍的雨灌農(nóng)業(yè)影響很復(fù)雜，比灌溉農(nóng)業(yè)的影響更難估計(jì)。

32、二氧化碳是植物的一種養(yǎng)料，也是光合作用的原料之一。較高的二氧化碳濃度有利于光合作用的進(jìn)行，使植物生長得更快。許多植物在富二氧化碳的環(huán)境里，會(huì)部分關(guān)閉它們的氣孔即葉孔，結(jié)果就能減少水分的蒸發(fā)。這樣，玉米、甘蔗、高粱以及其他一些作物在大氣二氧化碳含量增加時(shí)，缺水對(duì)它們的影響會(huì)小一些。也就是說，在高緯度地區(qū)，二氧化碳所引起的高溫，可以延長作物生長期，這樣就有可能擴(kuò)大雨灌農(nóng)業(yè)區(qū)。,對(duì)雨灌農(nóng)業(yè)的影響,西南極洲（指零度子午線到180度子午線以西的

33、陸地和冰原部分）是眾所關(guān)注的焦點(diǎn)，因?yàn)榇髿庵卸趸己吭黾铀鸬娜蛐宰兣锌赡苁谷澜绲臉O地冰川融化。廣為關(guān)注的有關(guān)氣候變暖的一個(gè)可能后果，便是西南極洲冰原的消退問題，因?yàn)樵摫拇蟛糠治挥诤Ｆ矫嬉韵?。海平面以上的冰川面積約200萬平方公里。如果這些冰全部進(jìn)入海洋，海面將升高5--6米，這將使荷蘭、孟加拉、美國南部沿海低地的許多沿海城市被海水吞沒，還會(huì)淹沒許多世界上人口密集的河流三角洲地帶的大量農(nóng)田。,冰原消退,自然界中絕大多數(shù)

34、的碳并非儲(chǔ)存于生物體內(nèi)，而是儲(chǔ)存于大量的地殼沉積巖中。一方面沉積巖中的碳通過自然和人為的各種化學(xué)作用分解后進(jìn)入大氣和海洋；另一方面生物體死亡以及其他各種含碳物質(zhì)又不停地以沉積物的形式返回地殼中，由此構(gòu)成了全球碳循環(huán)的一部分。碳的生物循環(huán)雖然對(duì)地球的環(huán)境有著很大的影響，但是從以百萬年計(jì)的地質(zhì)時(shí)間上來看，緩慢變化的碳的地球化學(xué)大循環(huán)才是地球環(huán)境最主要的控制因素。,全球碳循環(huán),碳的地球化學(xué)循環(huán)控制了碳在地表或近地表的沉積物和大氣、生物圈

35、及海洋之間的遷移,而且是對(duì)大氣二氧化碳和海洋二氧化碳的最主要的控制。沉積物含有兩種形式的碳：干酪根和碳酸鹽。在風(fēng)化過程中，干酪根與氧反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，碳酸鹽的風(fēng)化作用卻很復(fù)雜。含在白云石和方解石礦物中的碳酸鎂和碳酸鈣受到地下水的侵蝕，產(chǎn)生出溶解的鈣離子、鎂離子和重碳酸根離子。它們由地下水最終帶入海洋。在海洋中，浮游生物和珊瑚之類的海生生物攝取鈣離子和重碳酸根離子來構(gòu)成碳酸鈣的骨骼和貝殼。生物死了之后，碳酸鈣就沉積在海底而最終被

36、埋藏起來。,碳的地球化學(xué)循環(huán),地球系統(tǒng)碳循環(huán)的時(shí)間尺度,地球系統(tǒng)中的碳分布在各圈層中，通過各種過程相互交換，密度越大的圈層里碳儲(chǔ)量越大，但交換的速率也越慢。一般而言，大氣圈與陸地生物圈、表層海水之間的碳交換是在100～102年的時(shí)間尺度內(nèi)，但大氣圈的碳儲(chǔ)量只有750Gt；巖石圈的碳儲(chǔ)量比大氣圈高出近萬倍，但通過板塊俯沖或者高原隆升放出或消耗CO2的循環(huán)長達(dá)107年以上。,碳庫和庫間的交換,最主要的碳庫沉積巖碳庫 無機(jī)碳

37、 有機(jī)碳 海洋碳庫 無機(jī)碳 有機(jī)碳 大氣中的CO2碳庫之間的交換 大氣/海洋(可逆過程) 大氣/陸地(巖石風(fēng)化過程) 生物的光合作用,大陸巖石的風(fēng)化作用,碳酸鹽巖石中白云石和方解石的分解 CO2+H2O=H2CO3 CaCO3+H2CO3=Ca2++2HCO3-

38、 MgCO3+H2CO3=Mg2-+2HCO3-風(fēng)化形成的Ca2+,Mg2+,HCO-3進(jìn)入海洋被生物攝取形成碳酸鹽骨骼和殼 Ca2++HCO3-=CaCO3+H2O+CO2 ? Mg2++HCO3-=MgCO3+H2O+CO2 ? 上述過程中,一半的HCO3-形成CaCO3沉積,另一半變?yōu)镃O2逸入大氣: HCO3-= 1/2H2O+CO2 ?,碳源和碳匯的表達(dá),dCO2/dt=(

39、Gou+Ch+Foss+Sh+R)–(Feng+Hai+Gh+Mai)Gou:地球內(nèi)部釋放的CO2;Ch:陸地風(fēng)化;Foss:人類燃燒燃料的排放:;Sh:人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的破壞;R:植物的自養(yǎng)呼吸;Feng:礦物風(fēng)化(CaSiO2+CO2=CaCO2)Hai:海洋溶解的大氣CO2 ;Gh:植物的光合作用;Mai:沉積在海洋和陸地的碳,碳漏失,百年之內(nèi)碳循環(huán)可省略許多因素: 源僅考慮人類破壞生態(tài)系統(tǒng)(5.5×10

40、15gC)和燃料排放(1.6× 1015gC); 匯僅考慮植物光合作用(0.6 × 1015gC)和海氣作用(2.0 × 1015gC);如果大氣每年增加約3.2 × 1015gC,則有3.2+0.6+2-5.5-1.6=-1.3的碳漏失.對(duì)源和匯精確量化還要作出進(jìn)一步努力.,1.碳循環(huán)：二氧化碳問題：碳庫和庫間的交換：碳源和碳匯的表達(dá)：碳循環(huán)中的反饋：碳漏失：數(shù)值模擬2.氮循環(huán)3.磷

41、循環(huán),（四）元素的生物—地球化學(xué)循環(huán),,氮在地球大氣圈、巖石圈和生物圈都有廣泛的分布:大氣中氮的儲(chǔ)量最為豐富;在地殼中的氮也是常見元素之一。生物圈中的氮總量最少，但是它對(duì)生命體卻有著決定性的作用。氮的原子數(shù)為7，有6個(gè)同位素。N14（99.63%）和N15 （0.366%）穩(wěn)定,余為放射性同位素。氮是地球生命體的必需元素，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的增產(chǎn)要素（植物生長的三要素N、P、K）。 危害：氧化物NO、NO2、N2O、NO3-、N

42、O2-； 氫化物NH3、NH4+是生態(tài)的危害因子。溫室氣體，破壞臭氧層，使水體富營養(yǎng)化，造成酸雨。,氮的簡介,,,,,,,,,每年進(jìn)入大氣14.3TgN， 10.3TgN在平流層中轉(zhuǎn)化，還有約4TgN滯流在大氣中，成為溫室氣體。,,,1.碳循環(huán)：二氧化碳問題：碳庫和庫間的交換：碳源和碳匯的表達(dá)：碳循環(huán)中的反饋：碳漏失：數(shù)值模擬2.氮循環(huán)3.磷循環(huán)、硫循環(huán)、水循環(huán),（四）元素的生物—地球化學(xué)循環(huán),,,自然界的硫

43、最初來自于黃鐵礦（FeS2）和黃銅礦(CuFeS2)等含硫的礦物。但這些礦物被風(fēng)化剝蝕后，硫就進(jìn)入了土壤。土壤中的硫一部分被地表徑流溶解進(jìn)入海洋，一部分被氧化以揮發(fā)性氣體的形式進(jìn)入大氣，還有一部分被植物吸收，通過食物鏈的關(guān)系分布于生物圈。進(jìn)入海洋的硫，一部分以沉積的方式，億萬年之后成為煤或石油中的硫，一部分進(jìn)入生物體被吸收。生物體中的硫在生物體死亡腐敗過程中，一部分以H2S的方式進(jìn)入大氣，其余的重又回到土壤，使循環(huán)得以繼續(xù)。而大氣

44、中的硫卻以降水的形式落到海洋、土壤中，又開始了它們的下一輪次的循環(huán)。,硫循環(huán),水是地球上分布最廣的物質(zhì)之一。大氣圈、水圈、巖石圈和生物圈處處都有水的蹤跡。水也是地球上最古老的物質(zhì)之一。在地球形成之后不久，就產(chǎn)生了水。在以后漫長的歲月中，水孕育了生命，自身也成為構(gòu)成生命不可缺少的物質(zhì)?，F(xiàn)在的地球，其70％的表面為水所覆蓋。在陽光照射下，地面的水開始蒸發(fā)，水分進(jìn)入大氣并逐漸聚集為云層。云層冷卻到一定程度即出現(xiàn)降水（包括降雨和降雪）。水分又

45、回到地面并開始了新的循環(huán)。如此周而復(fù)始，構(gòu)成了全球水的大循環(huán)。生態(tài)系統(tǒng)的水循環(huán)只是全球水循環(huán)的一小部分，但是由于它和人類的緊密聯(lián)系而顯得更為重要。人類的活動(dòng)深刻地改變了生態(tài)系統(tǒng)的水循環(huán)。同時(shí)它也對(duì)人類的生活造成了極大的影響。,水循環(huán),全球生物地球化學(xué)循環(huán)是一個(gè)復(fù)雜的過程，受很多因素的影響。一種元素的循環(huán)一定會(huì)和其他元素的循環(huán)發(fā)生聯(lián)系。 碳循環(huán)最終和硫，氮，磷，氧及氫循環(huán)都聯(lián)系在一起。這個(gè)觀點(diǎn)首先被J.E.Lovelock在一本叫蓋亞

46、（gaia）的書中提出。他贊成地球上的生物是相互聯(lián)系的，而且傾向于地球上的生命系統(tǒng)會(huì)使環(huán)境朝更加適應(yīng)自己的方向發(fā)展。So，地球就像一個(gè)巨大的有機(jī)體，發(fā)生在其內(nèi)的各種循環(huán)就像一個(gè)生理調(diào)節(jié)系統(tǒng)，有機(jī)體利用自身的調(diào)節(jié)能力控制著這些循環(huán)。Lovelock在書中用的語句暗示了生物圈的主動(dòng)性。事實(shí)上，生物多樣性和個(gè)體數(shù)目的膨脹都是自然形成的，而且受到自然控制的。這些過程也許可以認(rèn)為是生物地球化學(xué)循環(huán)之間的相互聯(lián)系。,蓋亞假說：生物圈作為元素循環(huán)

47、之間的相互聯(lián)系,（五）有機(jī)質(zhì)的同位素研究,生物（動(dòng)植物及微生物）在生存過程中經(jīng)常與介質(zhì)交換物質(zhì)、并通過生物化學(xué)過程引起C、H、O、S、N同位素發(fā)生分餾。其實(shí)質(zhì)是質(zhì)量不同的同位素分子具有不同的分子振動(dòng)頻率和化學(xué)健強(qiáng)度，因輕同位素形成的鍵比重同位素更易破裂，這樣在化學(xué)反應(yīng)中輕同位素分子的反應(yīng)速率高于重同位素分子，因此，在共存平衡相之間產(chǎn)生微小的分餾，反應(yīng)產(chǎn)物，特別是活動(dòng)相（生物體）中更富集輕同位素。 例如：植物通過光合作用，使12C更多地

48、富集在有機(jī)體中，因此生物成因地質(zhì)體如煤、油、氣等具有高的12C/13C值。生物化學(xué)分餾是同位素分異作用中重要的控制反應(yīng)。,沉積巖中的碳同位素提供了一些有關(guān)地球歷史信息的記錄。相關(guān)同位素的變化提供了對(duì)應(yīng)的生物信息。一種物質(zhì)的同位素成分用一種元素的兩種同位素的含量來表示，把這個(gè)值和已知的標(biāo)準(zhǔn)值比較。對(duì)于碳來說，標(biāo)準(zhǔn)是一種叫Pee Dee Belemnite的巖石，對(duì)應(yīng)的單位是千分之幾（‰），具體如下： δE‰＝［(R樣品—R標(biāo)準(zhǔn)

49、)/R標(biāo)準(zhǔn)］×1000在這個(gè)方程里，E是我們感興趣的那種同位素（比如13C或者15N），R是重同位素和輕同位素的比值：對(duì)于碳就是13C:12C，對(duì)于氮就是15N: 14N。據(jù)這種算法，如果比值小于1則輕同位素占優(yōu)勢(shì)，反之則重同位素占優(yōu)勢(shì)。,碳同位素作為環(huán)境變化的指示器：,在生物過程中，12C吸收的比13C要快。所以光合作用產(chǎn)生的有機(jī)物含12C大概為-25‰，而對(duì)應(yīng)的典型碳酸鹽幾乎為0。有機(jī)物中的碳同位素組成是變化的，盡管這樣

50、，海水中的有機(jī)物大概相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)物在－20‰到－25‰。我們經(jīng)過研究不同地質(zhì)年代的巖石，發(fā)現(xiàn)有機(jī)碳中的同位素組成隨時(shí)間而變化，年代越老比值越小。在現(xiàn)代生物體中，影響有機(jī)物同位素組成的最重要的因素之一是空氣和水中的二氧化碳的量。當(dāng)空氣二氧化碳過量時(shí)，13C會(huì)低于正常二氧化碳濃度以下產(chǎn)生的有機(jī)物。試驗(yàn)中用藻青菌占優(yōu)勢(shì)的生態(tài)系統(tǒng)，將二氧化碳濃度從正常濃度增長到5％（正常是0.03%），最后有機(jī)物中相對(duì)碳酸鹽的值為－32‰。這些實(shí)驗(yàn)暗示太古代的

51、大氣的二氧化碳濃度要多于現(xiàn)在的大氣。而富含二氧化碳的大氣與關(guān)于早期地球的溫度模型相符。,大氣中的氮同位素組成（15N: 14N）只是在一個(gè)很窄的范圍內(nèi)變化，因?yàn)樗菄H上通用的衡量標(biāo)準(zhǔn)，它也被賦予為零點(diǎn)。陸地植物一般通過根瘤菌和氨水的釋放來獲得氮，它們的15N和大氣中的相近。海洋中的初始產(chǎn)物中的可用的氮一開始是來自于富含15N的硝酸鹽。因?yàn)槊撓踝饔脤?4NO3-轉(zhuǎn)變成氮?dú)獾乃俾蚀蟠蟾哂?5NO3- ，使得留下的硝酸鹽富含15N。新

52、陳代謝代謝過程中，魚，鳥以及哺乳動(dòng)物都能通過食物鏈積聚15N，那么動(dòng)物的同位素組成就能夠反應(yīng)它們的食物來源以及它們?cè)谑澄锞W(wǎng)中所處的位置。,穩(wěn)定氮同位素作為人類歷史的指示器.,氮同位素比值已經(jīng)被人類學(xué)家和化學(xué)家用來研究飲食以及史前人類的遷徙。膠原質(zhì)以及蛋白質(zhì)中的15N的值被測(cè)量出來。如果這個(gè)值在3－8ppm之間的話，就表明當(dāng)時(shí)的居民以植物為食；如果15N在7－10ppm之間就表明是食肉性的；介于之間的表明是雜食性的。15N在15－20pp

53、m表明是以海魚，鳥類以及哺乳動(dòng)物為主的飲食，而在10－15ppm之間表示兼有海魚和植物的飲食結(jié)構(gòu)，這一般表明居住地是海岸以及海島。,穩(wěn)定氮同位素作為人類歷史的指示器.,有機(jī)質(zhì)的同位素組成,,,,,石油碳同位素的δ13C值(PDB，以下同)一般為-33‰到-22‰。，平均為-26‰到-25‰。前已提及，海相原油的δ13C值較高，為-27‰到-22‰：陸相原油中的δ13C偏低．為-29‰到-33‰。石油的δ13C值與類脂物較接近，石油的δ

54、13C值隨年代變老，顯示出輕微降低趨勢(shì)，即年代愈老的石油12C相對(duì)富集，13C值減少,（六）生物標(biāo)志化合物,生物標(biāo)志物（指紋化合物、地球化學(xué)化石、分子化石），指地質(zhì)體中分布的一類含氫的、有時(shí)還含氧、氮和其他原子的碳的化合物，通過對(duì)比碳的化合物及其生物前身物質(zhì)，可以推斷化合物的成因、并提供重要的地質(zhì)、地球化學(xué)信息指地質(zhì)體中仍保留有生物先源物或前身物基本碳骨架的有機(jī)化合物。廣泛應(yīng)用于沉積環(huán)境、古生態(tài)、油源對(duì)比及油氣運(yùn)移規(guī)律、煤及煤成烴、油

55、氣化探等。生物標(biāo)志物主要包括正烷烴、異戊二烯型烴、芳烴、萜類、甾族、脂肪酸、氨基酸、卟啉等。,生物標(biāo)志物提供地球化學(xué)信息包括:不同類型碳的化合物的相對(duì)豐度，如正烷烴奇偶優(yōu)勢(shì)、植烷與姥鮫烷比值等；有機(jī)質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)，特別是立體結(jié)構(gòu)；烴類、脂肪酸、腐殖酸等同位素組成。一般采用氣相色譜與質(zhì)譜來測(cè)定生物標(biāo)志物的相對(duì)豐度和結(jié)構(gòu)。結(jié)構(gòu)特征表現(xiàn)為碳數(shù)分布范圍、主峰碳數(shù)、分布曲線峰型、碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)（CPI）和奇偶優(yōu)勢(shì)指數(shù)（OEP）。,（1）指示

56、沉積巖中有機(jī)質(zhì)的來源。不同碳數(shù)的正構(gòu)烷烴相對(duì)豐度可以反映沉積物中有機(jī)質(zhì)的來源。陸源高等植物抽提物中正烷烴的碳數(shù)較高，一般大于23，主峰碳位置在 nC27、nC29 和 nC31。低等水生生物，如海藻類正烷烴的碳數(shù)較低，一般小于C23。主峰碳位置在 nC15 和 nC17，為單峰型。正烷烴高碳數(shù)中奇數(shù)碳分子與偶數(shù)碳分子相對(duì)豐度也有重要的成因指示意義。這個(gè)比值可用碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)（CPI）和奇偶優(yōu)勢(shì)指數(shù)（OEP）來表示。,應(yīng)用：,不同碳數(shù)

57、的正構(gòu)烷烴相對(duì)豐度可以反映沉積物中有機(jī)質(zhì)的來源。根據(jù)有機(jī)質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)可確定有機(jī)質(zhì)的生物來源（高等植物、低等植物、微生物、動(dòng)物）,,巖石抽提物中奇、偶碳原子正烷烴的相對(duì)豐度，稱為正烷烴奇偶優(yōu)勢(shì)比，有兩種表示方法：碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)（CPI）和奇偶優(yōu)勢(shì)指數(shù)（OEP）. CPI：以C29H60為中心，將C24H50到C34H70的百分含量Ci代入下式計(jì)算：,,,,現(xiàn)代沉積物中奇碳正烷烴遠(yuǎn)大于偶碳正烷烴，有明顯奇碳優(yōu)勢(shì)； CPI一般在2.4－5.5

58、，巖石有機(jī)質(zhì)抽提物中CPI值<2.1，表示奇數(shù)正烷烴略占優(yōu)勢(shì)，說明巖石中有機(jī)質(zhì)向石油轉(zhuǎn)化程度高。古代沉積物中奇碳正烷烴略大于偶碳正烷烴。只有在還原性很強(qiáng)的、碳酸鹽巖、蒸發(fā)巖或含鹽層多的地層中有時(shí)出現(xiàn)偶碳優(yōu)勢(shì)。 OEP是取主峰碳前后5個(gè)相鄰之正烷烴的重量百分?jǐn)?shù)。二者計(jì)算結(jié)果差不多。,,指示沉積物來源：,（2）指示沉積物有機(jī)質(zhì)成熟度成熟度是表示沉積有機(jī)質(zhì)向石油和天然氣轉(zhuǎn)化的熱演化程度。它是評(píng)價(jià)生油巖生烴能力的重要指標(biāo)。常用

59、的指標(biāo)：TTI、鏡質(zhì)組反射率、熱變指數(shù)、孢粉碳化程度、熱解參數(shù)、可溶抽提物化學(xué)組成。此外，還有飽和烴組成、自由基含量、干酪根顏色、H/C—O/C原子比關(guān)系、生物標(biāo)志物等。古代沉積物中正烷烴的CPI值隨熱成熟增高逐漸減小到1左右。奇偶優(yōu)勢(shì)消失。,,,（3）指示環(huán)境的氧化－還原條件。姥鮫烷、植烷及其比值Pr/Ph常作為判斷原始沉積環(huán)境氧化—還原條件及介質(zhì)鹽度的標(biāo)志。一般認(rèn)為，植烷、姥鮫烷主要來源于光合植物基側(cè)鏈所形成的植醇。植醇在弱氧

60、化弱還原介質(zhì)條件下，易形成植醇酸，然后進(jìn)一步脫羧形成姥鮫烷，在還原偏堿性介質(zhì)條件下，植醇則經(jīng)過脫水作用而形成植烷。因此，高的Pr/Ph值（一般大于1）指示有機(jī)質(zhì)形成于氧化環(huán)境，而低的Pr/Ph值指示有機(jī)質(zhì)形成于還原環(huán)境。偶碳優(yōu)勢(shì)與低的Pr/Ph值相伴出現(xiàn)。,,,（二）、常見的生物標(biāo)志物1、正構(gòu)烷烴正構(gòu)烷烴是碳和氫組成的飽和直鏈烴。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

61、源。正構(gòu)烷烴的碳數(shù)分布范圍、主峰碳數(shù)、分布曲線峰型以及奇偶碳數(shù)分子的相對(duì)豐度都具有指示成因的意義。碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)（CPI）和奇偶優(yōu)勢(shì)指數(shù)（OEP）是表示奇偶碳數(shù)分子的相對(duì)豐度的兩個(gè)參數(shù)。,,,（二）、常見的生物標(biāo)志物。1、正構(gòu)烷烴,,,1、正構(gòu)烷烴,,,單峰態(tài),雙峰態(tài),常具有一定的峰態(tài)分布特征 由于不同來源的正構(gòu)烷烴的碳數(shù)范圍存在差別，使得原油或烴源巖可溶有機(jī)質(zhì)的正構(gòu)烷烴存在峰態(tài)分布特征。此時(shí)通常表示有機(jī)質(zhì)的雙重輸入特征：前峰C1

62、5-C21范圍的正構(gòu)烷烴為低等生源的貢獻(xiàn)，后峰C23-C35范圍的正構(gòu)烷烴為高等生源的貢獻(xiàn)。當(dāng)成熟度較高時(shí)，均表現(xiàn)為單峰態(tài)分布特征。,,,正構(gòu)烷烴的碳數(shù)分布范圍常與生源輸入特征和成熟度有關(guān),,,正構(gòu)烷烴常存在碳優(yōu)勢(shì)分布現(xiàn)象,,,造成碳優(yōu)勢(shì)分布現(xiàn)象的原因：與生物有機(jī)質(zhì)中直鏈脂肪酸、醇的碳優(yōu)勢(shì)特征有關(guān)。成巖作用中，在一般的還原環(huán)境條件下直鏈酸、醇向烴類轉(zhuǎn)化的過程中，當(dāng)脫羧（或脫羥）基作用超過還原作用時(shí)，烴類出現(xiàn)比生物有機(jī)質(zhì)中少一個(gè)碳的

63、碳優(yōu)勢(shì)分布現(xiàn)象。在強(qiáng)還原的碳酸鹽巖和鹽湖相沉積環(huán)境，這些直鏈酸、醇類以還原作用為主，常形成與生物有機(jī)質(zhì)相同的碳優(yōu)勢(shì)分布現(xiàn)象，即常呈現(xiàn)偶碳優(yōu)勢(shì)，CPI、OEP<1，相應(yīng)的Pr/Ph(姥/植)也小于1。隨成熟度的升高，碳優(yōu)勢(shì)分布現(xiàn)象逐漸消失，CPI、OEP接近1。當(dāng)原油或烴源巖的正構(gòu)烷烴存在偶碳優(yōu)勢(shì)時(shí)，表明烴源巖形成鹽湖或弱堿性的還原性很強(qiáng)的。此時(shí)的Pr/Ph常明顯低于1。,2、無環(huán)的類異戊二烯型烴無環(huán)的類異戊二烯是一類具有規(guī)則

64、甲基支鏈、由多個(gè)異戊二烯為基本結(jié)構(gòu)單元的脂肪烴類（鏈狀萜類），分子通式C nH 2n+2。根據(jù)異戊二烯結(jié)構(gòu)單元的鏈接方式，可以區(qū)分為頭對(duì)尾型（規(guī)則型）、頭對(duì)頭型、尾對(duì)尾型（不規(guī)則型）、和其它特殊類型四種類型。,,頭,頭,尾,尾,（二）、常見的生物標(biāo)志物,頭對(duì)尾型（規(guī)則型）、頭對(duì)頭型、尾對(duì)尾型（不規(guī)則型）、和其它特殊類型四種類型。這類化合物常以烯、酸、醇的形式廣泛存在各種生物體中，在古代沉積巖中，原油及煤中則以飽和烴形式存在，其中姥鮫

65、烷Pr與植烷Ph最為常見，含量也最高。,（1）、頭對(duì)尾型（規(guī)則型）類異戊二烯烷烴,該類化合物化合物的碳數(shù)范圍一般為C15-C26，其中，碳數(shù)低于C20的化合物稱植烷系列化合物，主要與高等植物或光合細(xì)菌的色素生源有關(guān)。這類化合物主要來源于是植醇的成巖作用過程。高等植物的葉綠素、具有光合作用的菌藻類色素在微生物的作用下會(huì)分解出植醇。,2、無環(huán)的類異戊二烯型烴,前人對(duì)植醇的成巖作用途徑產(chǎn)和物進(jìn)行了大量的研究。研究認(rèn)為，在強(qiáng)還原條件下，植醇通過

66、還原作用形成植烷（Ph），而在還原條件相對(duì)較差時(shí)則通過植烷酸或植醇的氧化脫官能團(tuán)作用形成姥鮫烷（Pr）。這一特征與正烷烴的碳優(yōu)勢(shì)分布現(xiàn)象具有一定的成因關(guān)系：在Pr/Ph〈〈1的烴源巖中，正構(gòu)烷烴常呈偶碳優(yōu)勢(shì)。,（1）、頭對(duì)尾型（規(guī)則型）類異戊二烯烷烴,（二）、常見的生物標(biāo)志物,2、無環(huán)的類異戊二烯型烴,C21-C26規(guī)則型類異戊二烯烷烴常存在于鹽湖相烴源巖中，常與古細(xì)菌的的成因特征有關(guān)。,（1）、頭對(duì)尾型（規(guī)則型）類異戊二烯烷烴,,（2

67、）、不規(guī)則型無環(huán)類異戊二烯烷烴,不規(guī)則型無環(huán)類異戊二烯烷烴的化合物類型較多，但通常含量均較低,尾尾相連系列的碳數(shù)為30－40，常見的有角鯊?fù)?、番茄紅素、胡蘿卜素等。這類化合物常與細(xì)菌類的生源有關(guān)，指示強(qiáng)還原環(huán)境。,2、無環(huán)的類異戊二烯型烴,,,3、萜類化合物環(huán)狀異戊二烯型化合物，分子通式（C 5H8)n10個(gè)碳原子為1萜。萜類化合物包括單萜C10、倍半萜C15、二萜C20、三萜C30、四萜C40等，其中三環(huán)二萜、五環(huán)三萜類在地質(zhì)體

68、中最為常見.三環(huán)二萜主要來自陸生高等植物，五環(huán)三萜類普遍存在各種沉積物中。,五、生物標(biāo)志化合物,（二）、常見的生物標(biāo)志物,（1）、倍半萜類,來源于高等植物倍半萜的骨架類型較多，如：杜松烷型、桉葉油烷型、雪松烷型、花側(cè)柏烯型等。烴源巖和原油的飽和烴餾份中普遍存在的是補(bǔ)身烷系列化合物，是倍半萜中的優(yōu)勢(shì)成份。只有在煤系地層和以高等植物生源為主的湖相烴源巖或原油中存在松烷型、桉葉油烷型、雪松烷型、花側(cè)柏烯等倍半萜類。,由三個(gè)異戊二烯結(jié)構(gòu)單元