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1、生物的化学组成及沉积有机质 2 2、地史时期的沉积有机质来源地史时期的沉积有机质来源浮游植物（浮游植物（phytoplankton）：）：可能是有机质的第一来源可能是有机质的第一来源高等植物：高等植物：提供的有机质与细菌相当提供的有机质与细菌相当细菌：细菌：可能是有机质的第二大来源可能是有机质的第二大来源浮游动物（浮游动物（ZooplanktonZooplankton）：浮游动物为主的浮游动物为主的低等水生生物是有机质的重要来源低等水生生物是有机质的重要来源陆地高等植物始于志留纪。陆地高等植物始于志留纪。中泥盆世经历了一个爆炸性中泥盆世经历了一个爆炸性的发展，到晚石炭世，以蕨的发展，到晚石炭世
2、，以蕨类植物为主的陆生植物群达类植物为主的陆生植物群达到高峰，形成世界第一大成到高峰，形成世界第一大成煤期，晚二叠世煤期，晚二叠世早白垩世称早白垩世称为为“裸子植物裸子植物”时代，以后时代，以后迅速进入迅速进入“被子植物被子植物”时代时代适应性强的被子植物的繁适应性强的被子植物的繁衍是植物界最重要的变革。衍是植物界最重要的变革。寒武纪以后，寒武纪以后，以浮游动物以浮游动物为主的低等为主的低等水生动物才水生动物才成为重要的成为重要的有机质来源。有机质来源。而高动物提而高动物提供有机质始供有机质始终非常有限。终非常有限。以浮游植物为以浮游植物为食，因而浮游食，因而浮游动物高产期往动物高产期往往紧接
3、浮游植往紧接浮游植物高产期而出物高产期而出现。现。在生理方在生理方面具有巨面具有巨大的应变大的应变性，存在性，存在于生命的于生命的整个地史整个地史时期，并时期，并遍及生物遍及生物圈的任何圈的任何地方。地方。浮游植物的浮游植物的4 4个高产期：个高产期：前寒武纪晚前寒武纪晚期期-早泥盆世，早泥盆世，盛产具有机盛产具有机壁的生物。壁的生物。晚古新世晚古新世-始始新世。新世。中新世达到中新世达到高峰，其它高峰，其它时期产量较时期产量较低。低。晚侏罗世晚侏罗世-白白垩纪，盛产垩纪，盛产钙质、硅质钙质、硅质浮游生物。浮游生物。第第三三纪纪晚第三纪晚第三纪早第三纪早第三纪上新世上新世中新世中新世渐新世渐新
4、世始新世始新世古新世古新世在地质历史中，化石浮游植物群和总浮游植物群丰度变化在地质历史中，化石浮游植物群和总浮游植物群丰度变化蓝蓝绿绿藻藻绿绿藻藻陆地植物的演化过程陆地植物的演化过程细菌细菌蓝绿藻蓝绿藻鞭毛虫或其它单细胞生物鞭毛虫或其它单细胞生物霉菌霉菌第第1 1章章 生物的化学组成及沉积有机质生物的化学组成及沉积有机质一、一、生物圈的演变生物圈的演变 二、二、有机碳的地球化学循环有机碳的地球化学循环三、生物有机质的化学组成三、生物有机质的化学组成四、沉积有机质的形成四、沉积有机质的形成五、沉积有机质的埋藏与演化五、沉积有机质的埋藏与演化二、有机碳的地球化学循环二、有机碳的地球化学循环有机圈及
5、有机碳的地化循环有机圈及有机碳的地化循环有机圈有机圈指地球上古今生物指地球上古今生物以及生物为来源的以及生物为来源的有机物分布、演变有机物分布、演变的空间。的空间。生物圈生物圈指地球上活的生物指地球上活的生物 分布、发育的空间。分布、发育的空间。有机圈的范围大于生物圈有机圈的范围大于生物圈所有有机物都是碳化物，研究所有有机物都是碳化物，研究有机物的演化过程，一定意义有机物的演化过程，一定意义上就是研究碳的演化、分布和上就是研究碳的演化、分布和循环的过程。循环的过程。交交换换库库有有机机圈圈岩石圈岩石圈生物圈生物圈储储存存库库在有机圈中有机碳循环示意图在有机圈中有机碳循环示意图石油、天然气石油、
6、天然气变质沉积岩变质沉积岩中的有机质中的有机质沉积岩中的有机沉积岩中的有机物、煤、干酪根等物、煤、干酪根等土壤、沉积物中有机物；出土壤、沉积物中有机物；出露、开采至地表的有机物露、开采至地表的有机物死亡的死亡的动植物细菌动植物细菌动物动物光合作用光合作用植物和细菌植物和细菌CO2 二氧化碳的循环过程和途径（Tissot，1978）第第1 1章章 生物的化学组成及沉积有机质生物的化学组成及沉积有机质 一、一、生物圈的演变生物圈的演变 二、二、有机碳的地球化学循环有机碳的地球化学循环 三、生物有机质的化学组成三、生物有机质的化学组成四、沉积有机质的形成四、沉积有机质的形成五、沉积有机质的埋藏与演化
7、五、沉积有机质的埋藏与演化三、生物有机质的化学组成三、生物有机质的化学组成生物体是沉积有机质的原始母质生物体是沉积有机质的原始母质生生物物植物动物微生物生生物物体体生生物物化化学学组组成成主要主要次次要要蛋白质蛋白质脂类脂类碳水化合物碳水化合物核酸核酸酶酶木质素木质素色素色素维生素维生素丹宁与树脂丹宁与树脂碳水化合物碳水化合物又称糖类。分子通式又称糖类。分子通式Cn(H2O)n。它是含多羟基的醛类或酮类以及由它们聚合而成的高分子它是含多羟基的醛类或酮类以及由它们聚合而成的高分子化合物。其基本的组成单元为：葡萄糖。化合物。其基本的组成单元为：葡萄糖。碳水化合物是分布极广的有机物，是光合作用的产物
8、，它碳水化合物是分布极广的有机物，是光合作用的产物，它将太阳能储存于生物体内，将太阳能储存于生物体内，为为生物的生命活动提供了基本生物的生命活动提供了基本能量能量，构成某些动植物的支撑组织。构成某些动植物的支撑组织。动物动物糖糖细菌细菌植物植物糖占干重的糖占干重的80%糖占干重的糖占干重的1030%动物器官：糖占干重的动物器官：糖占干重的2%OHOHOHOHOHOHHOHOH HH HH HH HH HO OCHCH2 2OHOH糖糖单糖单糖低聚糖低聚糖(210单糖分子单糖分子)多糖多糖（10个以上）个以上）地地球球化化学学意意义义单糖单糖低聚糖低聚糖多糖多糖易溶于水，地质体易溶于水，地质体中
9、保存甚微。中保存甚微。上千个单糖以糖苷键上千个单糖以糖苷键的形式相连成高聚体。的形式相连成高聚体。不易溶于水。不易溶于水。植物的骨架植物的骨架（半）纤维素（半）纤维素最具地球化学意义最具地球化学意义多糖多糖多糖多糖昆虫的甲壳、植物的树胶等昆虫的甲壳、植物的树胶等植物储存的养分植物储存的养分淀粉淀粉动物体内储存的养分动物体内储存的养分糖原糖原纤维素是一种复杂的多糖，其分子纤维素是一种复杂的多糖，其分子量在量在50000400000之间。占植物界之间。占植物界含碳量的含碳量的50%以上。棉花（以上。棉花（90%以上）以上）几丁质几丁质甲壳质甲壳质纤维素不溶于水。纤维素不溶于水。葡萄糖葡萄糖酸、微生
10、物酶酸、微生物酶作用发生水解作用发生水解Cx(H2O)y纤维素纤维素 纤维素糊精纤维素糊精 纤维式糖纤维式糖水解水解水解水解水解水解纤纤维维素素OHOHOHOHOHOHHOHOH HH HH HH HH HO OCHCH2 2OHOH葡萄糖葡萄糖淀粉的结构淀粉的结构糖糖单糖单糖低聚糖低聚糖(210单糖分子单糖分子)多糖多糖（10个以上）个以上）地地球球化化学学意意义义单糖单糖低聚糖低聚糖多糖多糖易溶于水，地质体中易溶于水，地质体中保存甚微。保存甚微。上千个单糖以糖苷键上千个单糖以糖苷键的形式相连成高聚体。的形式相连成高聚体。不易溶于水。不易溶于水。植物的骨架植物的骨架（半）纤维素（半）纤维素最
11、具地球化学意义最具地球化学意义多糖多糖昆虫的甲壳、植物的树胶等昆虫的甲壳、植物的树胶等植物储存的养分植物储存的养分淀粉淀粉动物体内储存的养分动物体内储存的养分糖原糖原纤维素是一种复杂的多糖，其分子纤维素是一种复杂的多糖，其分子量在量在50000400000之间。占植物界之间。占植物界含碳量的含碳量的50%以上。棉花（以上。棉花（90%以上）以上）几丁质几丁质甲壳质甲壳质纤维素不溶于水。纤维素不溶于水。葡萄糖葡萄糖酸、微生物酶酸、微生物酶作用发生水解作用发生水解Cx(H2O)y动物和植物支撑组织中的大分子碳水化合物动物和植物支撑组织中的大分子碳水化合物衍生物衍生物(即纤维素、果胶、藻酸和几丁质即
12、纤维素、果胶、藻酸和几丁质)OH-基分分子子量量小小大大几丁质几丁质藻酸藻酸果胶果胶纤维素纤维素甘油甘油棕榈酸棕榈酸脂肪脂肪动植物的中油脂是最重要的脂类。动植物的中油脂是最重要的脂类。油脂大量分布于动物的皮下组织、植物的油脂大量分布于动物的皮下组织、植物的孢子、种子合果实中。细菌和藻类也含有孢子、种子合果实中。细菌和藻类也含有丰富的脂类。丰富的脂类。脂类是构脂类是构成生物膜成生物膜的重要物的重要物质，并为质，并为机体的新机体的新陈代谢提陈代谢提供必要的供必要的能量。能量。沥青和烃类也具有沥青和烃类也具有脂类的特点，因此脂类的特点，因此有人将其归入脂类有人将其归入脂类注意注意特点特点不溶于水不溶
13、于水易溶于乙醚、易溶于乙醚、氯仿、苯等低极性氯仿、苯等低极性的有机溶剂的有机溶剂脂类脂类脂类脂类化合物化合物类脂类脂化合物化合物油溶性染料、萜烯类化合物、油溶性染料、萜烯类化合物、甾化合物类及磷脂等甾化合物类及磷脂等脂肪、植物油、高级脂肪酸蜡、脂肪、植物油、高级脂肪酸蜡、脂肪酸、醇类及天然蜡等脂肪酸、醇类及天然蜡等真脂真脂地地球球化化学学意意义义脂类脂类脂类酸脂类酸脂肪脂肪不稳定，不稳定，水解成水解成脂肪酸脂肪酸脂肪酸脂肪酸稳定，低稳定，低温缺氧环温缺氧环境易保存境易保存动物动物植物植物土壤土壤沉积岩沉积岩沉积物沉积物地下水地下水分布分布细菌细菌脂类酸脂类酸饱和脂类酸饱和脂类酸不饱和不饱和脂类
14、酸脂类酸硬脂酸硬脂酸软脂酸软脂酸油酸油酸亚油酸亚油酸（1）脂肪酸脂肪酸多数链长多数链长1420个个碳原子，均为偶数碳原子，均为偶数不饱和脂类酸的熔点比同等不饱和脂类酸的熔点比同等链长的饱和脂类酸熔点低链长的饱和脂类酸熔点低高等植物、藻类和低温生活的高等植物、藻类和低温生活的动物中，不饱和脂肪酸的含量高动物中，不饱和脂肪酸的含量高于饱和脂肪酸于饱和脂肪酸油油不饱和脂类酸含量较高的甘油酯不饱和脂类酸含量较高的甘油酯在常温下呈液态，称为油（在常温下呈液态，称为油（oil）脂脂饱和脂类酸含量较高的酯饱和脂类酸含量较高的酯在常温下呈固态，称为脂（在常温下呈固态，称为脂（fat）高等植物中不饱和脂肪酸约占
15、脂肪酸的高等植物中不饱和脂肪酸约占脂肪酸的78%藻类不饱和脂肪酸约占脂肪酸的藻类不饱和脂肪酸约占脂肪酸的73%88%鱼类饱和脂肪酸约占脂肪酸总量的鱼类饱和脂肪酸约占脂肪酸总量的66%不同种类的生物含有不同种类的生物含有不同类型的脂肪酸不同类型的脂肪酸植物植物1622、16、18为主为主藻类藻类16、18为主为主动物动物16、18、14为主为主细菌所含的脂肪酸种类细菌所含的脂肪酸种类比高等动植物少的多比高等动植物少的多在植物类脂中还广泛存在植物类脂中还广泛存在一些含量少的脂肪酸在一些含量少的脂肪酸如如6、8、10、22、24烷酸；烷酸；16：1、16：3、20：4、20：6等烯烃等烯烃碳数碳数蜡
16、是不溶于水蜡是不溶于水的固体，它是的固体，它是高级脂肪酸与高级脂肪酸与高级一元醇或高级一元醇或甾醇形成的脂，甾醇形成的脂，包括长链烷烃包括长链烷烃名称名称分子式分子式虫蜡虫蜡C25H51COOC26H53蜂蜡蜂蜡C15H31COOC30H61鲸蜡鲸蜡C15H31COOC16H33巴西棕榈蜡巴西棕榈蜡C25H51COOC30H61蜡是原油中高蜡是原油中高碳数正构烷烃碳数正构烷烃的主要来源的主要来源OORC（高级脂肪酸）（高级脂肪酸）（甾醇）（甾醇）蜡的结构蜡的结构（2）蜡蜡在皮肤、羽毛、在皮肤、羽毛、树叶、果实表树叶、果实表面以及昆虫的面以及昆虫的外骨骼，外骨骼，防止防止水分过度蒸发。水分过度蒸
17、发。（3）萜类化合物）萜类化合物生物合成的一个重生物合成的一个重要方式就是要方式就是异戊异戊二烯单元的聚合二烯单元的聚合反应。反应。凡是含有成倍的凡是含有成倍的C C5 5单元的天然生物产单元的天然生物产物，通常就是整数物，通常就是整数个异戊二烯单元的个异戊二烯单元的连接。连接。异戊二烯单元中因为存在共轭双键，可以异戊二烯单元中因为存在共轭双键，可以连接成环状，形成种类繁多的化合物。连接成环状，形成种类繁多的化合物。异戊二烯单元构成异戊二烯单元构成的天然环状单萜的天然环状单萜CHCHH H3 3C CCHCH3 3异戊二烯单元异戊二烯单元H H3 3C CH HC CH H2 2C CH H2
18、 2C CC C单萜单萜2 2个异戊二烯单元个异戊二烯单元C C1010倍半萜倍半萜3 3个异戊二烯单元个异戊二烯单元C C1515双萜双萜4 4个异戊二烯单元个异戊二烯单元C C2020二倍半萜二倍半萜5 5个异戊二烯单元个异戊二烯单元C C2525三萜三萜6 6个异戊二烯单元个异戊二烯单元C C3030四萜四萜8 8个异戊二烯单元个异戊二烯单元C C4040根据根据异戊二烯异戊二烯单元的数目对萜类的分类单元的数目对萜类的分类环状的萜：双环、三环、五环等环状的萜：双环、三环、五环等单萜主要出现在高等植物香精油中的单萜单萜主要出现在高等植物香精油中的单萜柠檬油、松节油、樟脑中有丰富的单萜。柠檬
19、油、松节油、樟脑中有丰富的单萜。单萜为挥发性物质不易保存在地质体中。单萜为挥发性物质不易保存在地质体中。玫瑰油玫瑰油香叶烯香叶烯香茅醇香茅醇非兰醛非兰醛香芹酮香芹酮萜品烯萜品烯法呢醇结构法呢醇结构 链状，单环和双环的倍半萜广泛存在与高等植物中。链状，单环和双环的倍半萜广泛存在与高等植物中。如链状的法呢醇就含在玫瑰油，茉莉花油中。如链状的法呢醇就含在玫瑰油，茉莉花油中。倍半萜：倍半萜：高等植物中普遍生物化学成分高等植物中普遍生物化学成分叶绿素的侧基叶绿素的侧基植物的树脂植物的树脂叶绿醇叶绿醇松香酸松香酸COOH几种重要的双萜几种重要的双萜海松酸海松酸COOHHO三萜类是环状异戊二烯类中非常重要的
20、一类。三萜类是环状异戊二烯类中非常重要的一类。大部分三萜类为五环化合物，有的是大部分三萜类为五环化合物，有的是五个六元环五个六元环，有的是四个五元环和一个六元环。它们共同的生化先质体有的是四个五元环和一个六元环。它们共同的生化先质体是自然界中广泛分布的是自然界中广泛分布的角鲨烯角鲨烯。酵母、鲨鱼肝油中都含有。酵母、鲨鱼肝油中都含有。C30H50绝绝大大部部分分都都分分布布在在高高等等植植物物中中角鲨烯及其衍生物的重要五环三萜类角鲨烯及其衍生物的重要五环三萜类角鲨烯角鲨烯奥利烷型奥利烷型乌索烷型乌索烷型羽扇烷型羽扇烷型甾族化合甾族化合物前生物前生C30四膜虫醇（原生动物）四膜虫醇（原生动物）伽码
21、蜡烷系列伽码蜡烷系列活有机体中主要的三萜是化石三萜类的质体活有机体中主要的三萜是化石三萜类的质体四萜四萜是重要的色素是重要的色素特点：特点：含有较长的含有较长的碳碳碳碳共轭双键共轭双键体系，在链端有一体系，在链端有一个或两个六元环。个或两个六元环。多带由黄至红的多带由黄至红的颜色，葫萝卜素、颜色，葫萝卜素、番茄红素、和叶番茄红素、和叶黄素。它们广泛黄素。它们广泛分布于植物的叶、分布于植物的叶、花、果实中，动物花、果实中，动物的乳汁和脂肪中也的乳汁和脂肪中也有。有。几种重要的四萜几种重要的四萜叶黄素叶黄素番茄红素番茄红素（4）甾族化合物甾族化合物又称为类固醇化合物又称为类固醇化合物特点：特点：含
22、有一个由含有一个由4 4个环组成个环组成环戊稠全氢化菲（甾环）。环戊稠全氢化菲（甾环）。这类化合物在这类化合物在A A、B B环之间和环之间和C C、D D环之间环之间都有一个甲基（都有一个甲基（R R1 1，R R 2 2）角甲基角甲基烷基侧链烷基侧链甾族化合物的甾族化合物的4 4个环，两两个环，两两之间可以顺位或反位稠合。之间可以顺位或反位稠合。环上有取代基时，还可以环上有取代基时，还可以产生新的手征碳原子。产生新的手征碳原子。因此，甾族化合物立体异因此，甾族化合物立体异构体很多，立体化学十分构体很多，立体化学十分复杂。复杂。R1R3R2ACBD甾族化合物骨架平面图甾族化合物骨架平面图AB
23、CDABCDABCDCH3CH3R4321151412118765171610139C、D反式反式RCH3CH3ABCDA、B顺式顺式甾族化合物构型甾族化合物构型A A、B B反式反式A、B顺式顺式反式为胆甾烷构型反式为胆甾烷构型顺式为粪甾烷构型顺式为粪甾烷构型自然界的甾烷自然界的甾烷B与与C都是反式稠合；都是反式稠合；C与与D大多是反位。大多是反位。C、D顺式顺式甾族化合物的结构分类甾族化合物的结构分类甾醇甾醇甾族甾族激素激素胆汁酸胆汁酸天然甾醇在天然甾醇在C3位上位上含有羟基含有羟基D环上带烷基侧链环上带烷基侧链R3甾族甾族生物硷生物硷C27，胆甾醇（动物、植物），胆甾醇（动物、植物）自然
24、界重要的甾族化合物结构自然界重要的甾族化合物结构自然界重要的甾族化合物结构自然界重要的甾族化合物结构甲基已经消失甲基已经消失甲基已经消失甲基已经消失（5）生物烃生物烃烃烃开链烃开链烃闭链烃闭链烃二烯烃二烯烃烯烃烯烃烷烃烷烃炔烃炔烃脂肪烃脂肪烃环烃环烃芳烃芳烃脂环烃脂环烃异构烷烃异构烷烃正构烷烃正构烷烃碳原子连接碳原子连接成闭合的碳环成闭合的碳环生物烃生物烃异戊二烯烃异戊二烯烃支链烷烃和烯烃支链烷烃和烯烃直链烷烃直链烷烃芳香烃芳香烃一般指头尾一般指头尾规则相连的规则相连的开链饱和异开链饱和异戊二烯烃戊二烯烃生物合成的正生物合成的正构烷烃具有明构烷烃具有明显的奇偶优势显的奇偶优势生物烃的一个特征生
25、物烃的一个特征是异构烃中主要为是异构烃中主要为2-2-甲基异构烷烃和甲基异构烷烃和3-3-甲基反异构烃，甲基反异构烃，两者总和可达石蜡两者总和可达石蜡烃的烃的303040%40%。高等植物：碳数多为高等植物：碳数多为25253131，具奇偶优势；，具奇偶优势；微生物：碳数多为微生物：碳数多为20203030，无奇偶优势。，无奇偶优势。海相浮游植物含烯烃海相浮游植物含烯烃超过饱和烃，碳数为超过饱和烃，碳数为151521 21，淡水藻以，淡水藻以C C2929、C C3131、C C3333烃为主。烃为主。烃类中芳烃烃类中芳烃仅次于烷烃仅次于烷烃生物体类别生物体类别脂类干重（脂类干重（%）烃干重（
26、烃干重（%）陆地植物叶陆地植物叶1150.0410水边草类水边草类120.010.07浮游植物浮游植物4280.010.5浮游动物浮游动物3570.011细菌细菌6350.013不同生物体内脂类和烃含量不同生物体内脂类和烃含量C15C16C18C19C20在古代沉积物和原油中规则异戊间在古代沉积物和原油中规则异戊间二烯化合物烃类的主要分子二烯化合物烃类的主要分子头头头连接型头连接型尾尾尾连接型尾连接型葡萄藻烷（丛粒藻烷）葡萄藻烷（丛粒藻烷）褐藻褐藻褐藻和绿藻褐藻和绿藻浮游生物浮游生物沉积的浮沉积的浮游生物游生物大麦大麦玉米玉米藻类和某些高等植物的正构烷烃分布图藻类和某些高等植物的正构烷烃分布图
27、后峰型原油饱和烃色谱特征后峰型原油饱和烃色谱特征前峰型原油饱和烃色谱特征前峰型原油饱和烃色谱特征双峰型原油饱和烃色谱特征双峰型原油饱和烃色谱特征昌斜昌斜312井井 原油原油 孔二段孔二段 1700m昌昌64-3井井 孔二段孔二段 原油原油昌昌67(4)-3井孔二段原油井孔二段原油昌昌16井孔二段井孔二段 原油原油 3666.003673.00m昌昌1井井 孔二段孔二段 3520.03538.0m昌昌67(1)-2井井 孔二段孔二段 原油原油潍北凹陷孔店组原油饱和烃色谱图PrPhPrPhnC17nC17nC16nC17nC17nC16PrPhPrPhPrPhPhPh陆源植物陆源植物细菌细菌海藻海
28、藻每个分子的碳原子数每个分子的碳原子数不同成因正构烷烃碳数分布图不同成因正构烷烃碳数分布图0 03030202010104040碳碳 数数碳碳 数数碳碳 数数碳碳 数数碳碳 数数碳碳 数数低成熟烃源岩正构烷烃碳数分布特征低成熟烃源岩正构烷烃碳数分布特征峰峰值值峰峰值值峰峰值值峰峰值值峰峰值值峰峰值值芳芳 烃烃烃类中芳烃仅次于烷烃烃类中芳烃仅次于烷烃芳烃的碳氢比大于烷烃芳烃的碳氢比大于烷烃生物体中生物体中木质素木质素、丹宁丹宁含有含有芳环结构，含有含有芳环结构，甾萜类、树脂、色素化合物中也存在芳环。甾萜类、树脂、色素化合物中也存在芳环。游离的芳烃生物体中极为罕见游离的芳烃生物体中极为罕见几种常见
29、的聚环芳烃几种常见的聚环芳烃萘萘蒽蒽菲菲萤蒽萤蒽芘芘北屈屈匹匹(pi)（6）树树 脂脂树脂是萜类的混合物，分子量大小从树脂是萜类的混合物，分子量大小从C C1515倍半萜倍半萜C C4040的四萜，的四萜，主要为双萜和三萜的衍生物主要为双萜和三萜的衍生物天然树脂中的主要成分天然树脂中的主要成分贝壳松酸贝壳松酸信息酸信息酸松香酸松香酸COOHCOOHCOOHCOOH生生物物植物动物微生物生生物物体体生生物物化化学学组组成成主要主要次次要要蛋白质蛋白质脂类脂类碳水化合物碳水化合物核酸核酸酶酶木质素木质素色素色素维生素维生素丹宁与树脂丹宁与树脂借肽键首尾相连而成借肽键首尾相连而成分子量：分子量：60
30、00600010000001000000以上，含氮量平均以上，含氮量平均16%16%。分子量分子量60006000以下称之为肽。以下称之为肽。蛋白质分解后可形成氨基酸，氨基酸对石油的形成有一定的意义。蛋白质分解后可形成氨基酸，氨基酸对石油的形成有一定的意义。蛋白质结构示意图蛋白质结构示意图NHHHR1NNNR3R2R4HHNHHHHCOCCCCOCOCCO氨基酸氨基酸氨基氨基羧基羧基氨基酸是既包含有酸基又包含有碱基的两性物质。氨基酸是既包含有酸基又包含有碱基的两性物质。稳定性高，熔点稳定性高，熔点200200300300度。氨基酸同时脱去氨基和羧基就能形成烃类。度。氨基酸同时脱去氨基和羧基就能
31、形成烃类。这些烃类大部分为这些烃类大部分为C C1 1C C7 7。烃烃氨基酸分子结构图氨基酸分子结构图CH3CH2CH2CH2CH3CHCOOHCOOHCOOHCH2HNH2NH2NH2CHCH2NH2COOHCR碱基氨基酸：氨基碱基氨基酸：氨基 羧基羧基酸基氨基酸：氨基酸基氨基酸：氨基 羧基羧基酶酶酶蛋白结构同蛋白质相似。酶蛋白结构同蛋白质相似。酶是是生物催化剂酶是是生物催化剂酶的作用具有高度专一性，一种酶只对一酶的作用具有高度专一性，一种酶只对一类或一种特定的物质作用类或一种特定的物质作用微生物通过酶起作用，对有机质进行改造。微生物通过酶起作用，对有机质进行改造。酶催化反应的速度比酶催化
32、反应的速度比非催化反应高非催化反应高10108 810102020倍倍一般在常温、一般在常温、常压和中酸碱常压和中酸碱性条件下进行性条件下进行反应。条件改反应。条件改变就失去活性。变就失去活性。需要量少，需要量少，催化效率高，催化效率高，可以降低反可以降低反应的活化能，应的活化能，使反应速率使反应速率加大。加大。主要由氨基主要由氨基酸组成，并酸组成，并非所有的蛋非所有的蛋白质都是酶，白质都是酶，只有具有催只有具有催化作用的蛋化作用的蛋白质才能称白质才能称为酶。为酶。生物体是沉积有机质的原始母质。生物体是沉积有机质的原始母质。生生物物植物动物微生物生生物物体体生生物物化化学学组组成成主要主要次次
33、要要蛋白质蛋白质脂类脂类碳水化合物碳水化合物核酸核酸酶酶木质素木质素色素色素维生素维生素丹宁与树脂丹宁与树脂木质素是植物细胞木质素是植物细胞壁的主要成分，它壁的主要成分，它包围着纤维素并充包围着纤维素并充填其间隙形成了支填其间隙形成了支撑组织。撑组织。功能：功能：木质素在植木质素在植物组织中具物组织中具有增强细胞有增强细胞壁，粘合纤壁，粘合纤维的作用。维的作用。特点：特点：木质素性质木质素性质十分稳定，十分稳定，不易水解，不易水解，但可被氧化但可被氧化成芳香酸和成芳香酸和脂肪酸。在脂肪酸。在缺氧水体中，缺氧水体中，在水和微生在水和微生物的作用下，物的作用下，木质素分解，木质素分解，与其它化合与
34、其它化合物生成腐殖物生成腐殖质。质。芳香族植物醇芳香族植物醇木质素分子木质素分子（的一部分）（的一部分）脱水缩合脱水缩合松柏醇松柏醇芥子醇芥子醇对香豆醇对香豆醇两者都具有芳香结构的特点两者都具有芳香结构的特点丹宁的组成和特点介于木质素和纤维素之间，丹宁的组成和特点介于木质素和纤维素之间，主要出现在高等植物中。藻类含少量丹宁。主要出现在高等植物中。藻类含少量丹宁。丹宁的主要单元，五倍子酸和鞣花酸的结构丹宁的主要单元，五倍子酸和鞣花酸的结构丹宁主要丹宁主要出现在高出现在高等植物中。等植物中。例如，红例如，红树科树皮树科树皮中丹宁含中丹宁含量达量达2158%。树叶达树叶达6.5%。丹宁的组丹宁的组成
35、和性质成和性质接介于木接介于木质素和纤质素和纤维素之间。维素之间。主要有几主要有几种羟基芳种羟基芳香酸如五香酸如五倍子酸、倍子酸、鞣花酸的鞣花酸的衍生物缩衍生物缩合而成。合而成。沉积有机质中芳烃的主要来源，成煤的重要有机组分。沉积有机质中芳烃的主要来源，成煤的重要有机组分。五倍子酸五倍子酸鞣花酸鞣花酸COOHOHOOHOHOHOHHOOHOOO叶绿素叶绿素血红素血红素葫萝卜素、叶黄素等葫萝卜素、叶黄素等Fe沉积物中未见有叶绿素沉积物中未见有叶绿素a a分布，只有叶绿素分布，只有叶绿素b b（脱镁）（脱镁）Mg通过其连接吡咯通过其连接吡咯环形成卟吩核环形成卟吩核核叶黄素叶黄素番茄红素番茄红素C
36、CH HO ON NH/CH/CO/CO/C蛋白质蛋白质53.053.07.07.023.023.016.016.01.581.580.330.33纤维素纤维素44.444.46.26.249.449.41.681.680.830.83木质素木质素62.062.06.26.231.931.91.181.180.390.39脂肪脂肪77.577.512.012.010.510.51.861.860.100.10蜡质蜡质81.081.013.513.55.55.52.002.000.050.05角质角质61.561.59.19.129.429.41.78(1.4)1.78(1.4)0.36(0.2
37、)0.36(0.2)树脂树脂80.080.011.511.59.09.01.731.730.080.08孢粉质孢粉质59.359.38.28.232.532.51.661.660.41(0.3)0.41(0.3)色素色素76768.48.49.19.11.331.330.090.09丹宁丹宁51.351.34.34.344.444.41.011.010.650.65藻类、浮游生物藻类、浮游生物68.068.09.89.820202.22.21.731.730.220.22细菌、酵母细菌、酵母50.050.06.76.712.430.512.430.512.412.41.611.610.190.
38、460.190.46浮游动物浮游动物57.057.08.58.533.033.01.791.790.430.43陆生植物陆生植物54.054.06.06.037.037.02.752.751.331.330.510.51植物木质部植物木质部50.050.06.06.044.044.01.441.440.660.66泥炭泥炭55556.56.536.036.02.52.51.411.410.490.49褐煤褐煤68686.06.024.024.02 21.051.050.260.26烟煤烟煤88884.54.56.56.51 10.610.610.060.06无烟煤无烟煤93933.53.53
39、30.50.50.440.440.0160.016石油石油848413.013.02 20.50.51.841.840.0040.004油页岩油页岩6785678571371321721703031.251.751.251.750.020.200.020.20藻煤藻煤76.976.910.410.47.67.61.51.51.611.610.070.07平均元素组成平均元素组成123生生物物的的平平均均组组成成第第1 1章章 生物的化学组成及沉积有机质生物的化学组成及沉积有机质 一、一、生物圈的演变生物圈的演变 二、二、有机碳的地球化学循环有机碳的地球化学循环 三、生物有机质的化学组成三、生物
40、有机质的化学组成四、沉积有机质的形成四、沉积有机质的形成五、沉积有机质的埋藏与演化五、沉积有机质的埋藏与演化沉沉积积有有机机质质来来源源的的生生物物种种类类浮游植物浮游植物细菌细菌高等植物高等植物浮游动物浮游动物水盆内水生生物来源水盆内水生生物来源水盆外陆源高等植物来源水盆外陆源高等植物来源混合来源混合来源有有机机质质主主要要来来源源影响沉积有机质影响沉积有机质丰度的主要因素丰度的主要因素 水体环境的物理参数水体环境的物理参数 水体环境的化学参数水体环境的化学参数 水体环境的生物参数水体环境的生物参数 水体环境的物理参数水体环境的物理参数是指沉积物和有机是指沉积物和有机质从中降落的沉积介质从中
41、降落的沉积介质的动态和静态的物质的动态和静态的物理环境。理环境。水流速水流速粘土矿物与有机粘土矿物与有机质的絮凝作用质的絮凝作用水体深度与浪基面深度水体深度与浪基面深度沉积速度与沉降速度沉积速度与沉降速度上图表明上图表明：（1 1）颗粒被侵蚀的始动流速大于搬运流速；）颗粒被侵蚀的始动流速大于搬运流速；（2 2）无粘着力无涡流的情况下，搬运粒度大小与流速成正比；）无粘着力无涡流的情况下，搬运粒度大小与流速成正比；（3 3）粉砂、粘土、分散有机质颗粒的始运流速与沉积临界流速相差很大。）粉砂、粘土、分散有机质颗粒的始运流速与沉积临界流速相差很大。均一物质的侵蚀曲线与沉积作用曲线均一物质的侵蚀曲线与沉
42、积作用曲线沉积作用作运搬用侵蚀作用沉积物颗粒的搬运方式沉积物颗粒的搬运方式C C 滚动搬运滚动搬运B B 跳跃搬运跳跃搬运A A 悬浮搬运悬浮搬运水流方向水流方向水体环境的化学参数水体环境的化学参数水体环境的化学参数水体环境的化学参数氧化氧化还原电位还原电位（Eh）酸碱度（酸碱度（PH）盐度：水的盐度是其盐度：水的盐度是其中所溶解的固体物质中所溶解的固体物质的质量百分比。的质量百分比。温度影响许多矿物温度影响许多矿物和气体的溶解度，和气体的溶解度，故对化学沉淀有故对化学沉淀有重大影响。重大影响。温度与蒸发作用对盐类矿物的沉积有特殊作用，温度与蒸发作用对盐类矿物的沉积有特殊作用，钙、镁、硫酸盐及
43、钾、钠的碳酸盐、氯化物等，钙、镁、硫酸盐及钾、钠的碳酸盐、氯化物等，都需要一定的封闭环境、气候炎热干燥、蒸发都需要一定的封闭环境、气候炎热干燥、蒸发作用强烈的水盆中才能形成。浅海碳酸盐沉积作用强烈的水盆中才能形成。浅海碳酸盐沉积主要分布在北纬及南纬主要分布在北纬及南纬2030度的温暖气候区。度的温暖气候区。现代鲕粒岩和海滩岩水温标准为现代鲕粒岩和海滩岩水温标准为1530度。生物礁度。生物礁生活在大于生活在大于18度的热带海洋中。度的热带海洋中。正常海水含有质量正常海水含有质量35/1000的可溶物，其含氯量为的可溶物，其含氯量为19.4/1000。盆地内盐度的大小对有机质的保存有关。盆地内盐度
44、的大小对有机质的保存有关。有机质的来源与盐度有关。（图有机质的来源与盐度有关。（图2-5）PH=7（中性介质）（中性介质），PH 7（碱性介质）。（碱性介质）。水介质是决定某些水介质是决定某些矿物会沉淀下来的一个重要原因。（图矿物会沉淀下来的一个重要原因。（图2-4）Eh=0为中性为中性,Eh0为氧化环境为氧化环境,Eh0为还原环境对氧化还原极为为还原环境对氧化还原极为敏感的是价元素（敏感的是价元素（Fe,Mn等）。常用的标志是含铁自生矿物：等）。常用的标志是含铁自生矿物：褐铁矿褐铁矿赤铁矿赤铁矿海绿石海绿石鳞绿泥石鳞绿泥石磷铁矿磷铁矿白铁矿和黄铁矿白铁矿和黄铁矿氧化氧化还原还原PHEh有机质
45、有机质 有机质有机质有机质有机质有机质有机质有机质等有机质等有机质有机质有机质有机质 有机物质有机物质在不同的在不同的Eh-pHEh-pH值条件下矿物值条件下矿物 -0.30.00.17.08.0生物的耐盐性与盐度的关系生物的耐盐性与盐度的关系水环境的生物参数水环境的生物参数水环境的生物参数水环境的生物参数提供有机质的来源提供有机质的来源改变沉积环境改变沉积环境加速沉积过程加速沉积过程消耗、改造有机质消耗、改造有机质生物既是沉积有机质的提供者，又是影响有机质和沉积物沉积的生物既是沉积有机质的提供者，又是影响有机质和沉积物沉积的重要环境因素，生物至少有以下几方面的影响：重要环境因素，生物至少有以
46、下几方面的影响：生物高的出产率，提供大量的有机质来源。生物高的出产率，提供大量的有机质来源。珊瑚、苔藓虫、放射虫、颗石藻等。珊瑚、苔藓虫、放射虫、颗石藻等。生物活动引起生物活动引起CO2的变化可以影响碳酸盐的沉淀和溶解的变化可以影响碳酸盐的沉淀和溶解搬运。特别重要的是生物消耗氧气的呼吸作用和部分搬运。特别重要的是生物消耗氧气的呼吸作用和部分有机质分解消耗氧气、生成大量有机质分解消耗氧气、生成大量CO2、H2S、NH3、CH4等气体，造成下部水体和沉积物的缺氧还原作用，等气体，造成下部水体和沉积物的缺氧还原作用，有机质的保存创造了条件。有机质的保存创造了条件。有机质与粘土的絮凝作用，既是物理过程
47、，又是生化过程。有机质与粘土的絮凝作用，既是物理过程，又是生化过程。沉积有机质以溶解的形式和微粒的形式存在于水盆中，可沉积有机质以溶解的形式和微粒的形式存在于水盆中，可通过黏土矿物和碳酸盐颗粒产生絮凝作用或通过动物形成通过黏土矿物和碳酸盐颗粒产生絮凝作用或通过动物形成粪粒作用，大大加速有机质、黏土、碳酸盐矿物的沉积。粪粒作用，大大加速有机质、黏土、碳酸盐矿物的沉积。生态系统中的消费者和还原者都是以生物有机质为食。生态系统中的消费者和还原者都是以生物有机质为食。特别是细菌，既大量消耗各种有机质，本身又提供了特别是细菌，既大量消耗各种有机质，本身又提供了更富类脂物的有机质更富类脂物的有机质。四、不
48、同环境中的沉积特征四、不同环境中的沉积特征1 1）海洋环境的有机质沉积）海洋环境的有机质沉积（1）沉积场所大；）沉积场所大；（2）远洋水域有机质来源单一）远洋水域有机质来源单一；（3）有机质的有利沉积条件：表层生物产量高、下层）有机质的有利沉积条件：表层生物产量高、下层 缺氧还原、持续较快沉积、絮凝作用加速沉积；缺氧还原、持续较快沉积、絮凝作用加速沉积；（4）高能带（滨海）不利于有机质沉积保存）高能带（滨海）不利于有机质沉积保存；（5）大陆架是海洋内有机质的主要沉积区）大陆架是海洋内有机质的主要沉积区 ；（6）远洋盆地是生物钙、硅质丰富沉积区和有机质）远洋盆地是生物钙、硅质丰富沉积区和有机质
49、贫乏沉积区；贫乏沉积区；（7）“堰塞堰塞”小洋盆和毗邻大陆架的深海盆是有机质小洋盆和毗邻大陆架的深海盆是有机质 重要的沉积区。重要的沉积区。浮游植物浮游植物(藻类藻类)和浮游动物和浮游动物细菌细菌高等植物高等植物(较高进化阶段较高进化阶段)高等植物高等植物(较低进化阶段较低进化阶段)斜坡斜坡水水海平面海平面陆棚沉积物陆棚沉积物地质有史期间有机物质的主要天然组合地质有史期间有机物质的主要天然组合寒武寒武-志留纪志留纪泥盆泥盆-侏罗纪侏罗纪白垩纪白垩纪-近代近代细菌细菌,藻类和浮游动物藻类和浮游动物+高等高等植物植物降解降解,部分氧化部分氧化,由微生物再加工由微生物再加工0 0+很少到适中的变化很
50、少到适中的变化0 0+(+(三角洲三角洲,大陆边缘大陆边缘)在黑海中生命物体的组成与每年的产量在黑海中生命物体的组成与每年的产量有机体类型有机体类型生命体，干重（生命体，干重（103t）年产量，干重（年产量，干重（103t）浮游植物浮游植物650200000细菌细菌32080000浮游动物浮游动物50015000水底动物水底动物450018000水底植物水底植物375375鱼鱼1800900近近20002000年来黑海中有机碳估算。大约有机碳总输入量的年来黑海中有机碳估算。大约有机碳总输入量的4%4%固定在沉积岩中固定在沉积岩中有机质的来源有机质的来源有机质的归宿有机质的归宿100805103