第二章地球化学有机质类型与研究方法课件.ppt

第三章第三章 地质体中有机质类型和研究方法地质体中有机质类型和研究方法第一节第一节 地质体中有机质的分布和类型地质体中有机质的分布和类型一、地球上有机质的丰度和分布一、地球上有机质的丰度和分布 地质体中的有机质是地壳中所有含碳链化合物的总称，不包括碳酸盐、二氧化碳、金刚石、石墨等含碳物质。有机质中的碳为还原型的，而无机质中的碳则为氧化型的。沉积岩中有机质总量接近3.81015吨，其中页岩含3.61015吨，占95%以上；煤和石油分别为61012吨和0.21012吨。绝大部分有机质呈分散状态存在于沉积物中，其余则分布于生物圈、水圈和大气圈中。有人认为，百分之六十至七十的有机质是由浮游生物和细菌提供的。保存下来的有机质多少则取决于沉积环境的保存条件，如沉积速率、氧化还原性、生物降解等。二、地质体中有机质类型二、地质体中有机质类型 地质体中的有机质是生物体有机组分，在成岩作用过程中的残留物及演化产物。残留物是动植物中稳定的化合物，其碳骨架不变，只是发生脱官能团、氢化等作用，如色素（如卟啉等）；而新产生的有机物则破坏了原始碳骨架，形成了不同结构的有机化合物。在有机地球化学中将地质体中有机质划分为五类：1、类脂化合物 在生物化学中中指能溶于醚、苯、氯仿等有机溶剂而不溶于水的一类有机合物，包括烃类、醇类、脂肪酸等及其衍生物。烃类：主要有烷烃、烯烃、炔烃、萜烯、芳香烃、环烷烃及类异戊二烯等；醇：自然界产出的醇主要C14C34脂肪醇；脂肪酸：C10C35脂肪酸2、氨基化合物 包括胺、氨基酸、含氮环状化合物。胺：是氨分子中的一个或多个氢原子被烃基取代的化合物；氨基酸：组成蛋白质的基本单元；一些含氮环状化合物：3、色素 包括叶绿素、血红素、叶黄素等及它们的演化产物卟啉等。4、碳水化合物 各种糖类和纤维素等，易在成岩作用被降解。5、干酪根 岩石中不溶于一般有机溶剂的那部分有机质，占沉积物总有机质含量的95%以上。干酪根的镜下干酪根的镜下(透射光透射光)照片照片 干酪根显微组分干酪根显微组分藻类体（荧光）藻类体（荧光）干酪根显微组分干酪根显微组分孢子体（荧光）孢子体（荧光）三、有机质的地球化学演化三、有机质的地球化学演化 在成岩作用早期：大部分生物大分子，如蛋白质、多糖类将在细菌作用下，迅速分解小分子化合物，如氨基酸、单糖等；然后这些化合物相互作用，聚合成腐殖酸等物质；最后形成干酪根。在成岩作用后期：干酪根在温度作用下，相继裂解成石油和天然气；最终转变成石墨。有机质的地球化学演化有机质的地球化学演化第二节第二节 地质体中有机质的研究方法地质体中有机质的研究方法一、样品的采集、保存和预处理 1、原油样品 用棕色玻璃瓶在低温下保存，防止氧化和轻组分挥发；2、天然气样品 用钢瓶采集、保存；3、岩石样品 用稀盐酸和清水清洗表面，清除表面污染物、油漆等，不用塑料袋包；4、现代沉积物 用冷冻干燥法保存；二、有机质的抽提（萃取）二、有机质的抽提（萃取）岩石中的有机质大多呈分散状态存在，且含量通常较低，利用有机溶剂将这些分散态的有机质从岩石基质提取出来的过程称有机质的抽提。1、岩石（土壤）样品索氏抽提法 利用加热有机溶剂在抽提器中反复回流，通过干净溶剂不断与样品接触，使有机质逐渐溶解出来，直至全部溶解于有机溶剂中，达到与矿物质相分离的目的。溶剂：二（三）氯甲烷碎样：粉碎至100目脱硫：加活性铜片过程：连续抽提72小时2、油砂、沥青样品的冷泡法 将油砂、沥青样品破碎后，在玻璃器具中，用有机溶剂（如二氯甲烷）浸泡，一定时间后用过滤法分离有机萃取物。3、大气飘尘样品超声波抽提法 将附有大气飘尘的滤纸翦成碎片，放入磨口玻璃瓶中，加入有机溶液剂，用超声波水浴中；一定时间后，用离心、过滤方法分离有机萃取物。4、水样有机质萃取法 将一定量水样放入分液漏斗中，再加入有机溶剂，不断摇晃使两者混合，让水中有机质进入有机相，静止后放出下部水相，获得溶有有机质的有机相。三、有机质的分离和纯化三、有机质的分离和纯化 通过抽提获得的有机质是混合物，必须加以分离和纯化，才能进一步分析和鉴定。1、柱层析法 利用硅胶和氧化铝的吸附性和冲洗剂的不同极性，分步将抽提物分离成几个组分：脱沥青质：加过量石油醚沉淀去除沥青质；制柱：活化填柱润湿加样；冲洗剂：正已烷或石油醚饱和烃组分；二氯甲烷芳烃组分；三氯甲烷/乙醇非烃组分；2、薄层色谱法（TLC）利用硅胶G薄层板的吸附性和冲洗剂的溶解性，将抽提物展离成几个组分：制板：制板活化洗板点样；展开：正已烷或石油醚将饱和烃、芳烃和非烃组分展离成带 将不同条带刮下 冲洗、过滤 收集组分；3、液相色谱法（TC）利用液相色谱仪分离混合有机质。4、络合法 利用分子筛和尿素络合法，将饱和烃分离成正构烷烃和异构/环烷两个组分。5、干酪根制备 岩石抽提残渣 加稀HCl去除碳酸盐矿物加稀HF去除硅酸盐矿物 用物理法或化学法去除黄铁矿。具体流程：条件：T=6070；N2保护，不断搅拌用水浸泡6NHCl处理6NHCl+40%HF(2:3)处理6NHCl处理烘干氯仿抽提脱黄铁矿干酪根岩样残渣4h4h2hZn还原沥青C脱碳酸盐脱水溶盐脱硅酸盐脱新生矿物60三、有机质的分析和鉴定三、有机质的分析和鉴定 经分离后的不同类型有机质，用不同的仪器进行分析、鉴定。饱和烃、芳烃：气相色谱（GC）、气相色谱/质谱联用仪（GC/MS）、同位素；非烃、沥青质：红外光谱（IR）、同位素、核磁共振（NMR）等；干酪根：元素分析、显微有机颗粒、红外光谱、同位素、核磁共振等；未经分离的样品分析：原油：全油气相色谱、碳同位素等；岩石：有机碳含量（TOC）、岩石热解（OSA）、无机元素；天然气：气相色谱、同位素等。10.0020.0030.0040.0050.0060.0070.0080.0090.00100.00保留时间(min)相对强度C18C8C12C30全油气相色谱图全油气相色谱图10152025303540455055606570753540455055606570总离子流图总离子流图(TIC)m/z 191 质量色谱图质量色谱图保留时间保留时间相相对对强强度度GC/MS质量色谱图质量色谱图02004006008001000400450500550600Tmax(C)A BRo=1.3Ro=1.0Ro=0.502004006008001000400450500550600Tmax(C)ABRo=1.3Ro=1.0Ro=0.50.00.51.01.52.00.00.10.20.30.4O/CH/C四、有机质的分析流程四、有机质的分析流程 岩石样品清洗粉碎抽提分离组分分析、鉴定；原油样品分离组分分析、鉴定；大气飘尘样品超声波抽提分离组分分析、鉴定；水样 有机组分萃取 分离组分分析、鉴定；天然气样品预处理分析。岩石、原油样品具体分析流程：岩样抽提沥青A族组分分离沉淀沥青质芳烃组分可溶部分饱和烃组分非烃组分络合正构烷烃异构/环烷烃不同环数芳烃分离有机酸、醇分离粉碎至100目氯仿索氏抽提岩石残渣干酪根分离原油分离沥青质柱层析、薄板层析正已烷或石油醚氯仿/乙醇二氯甲烷石油醚GC、同位素GC、GC/MSGC、GC/MSGC、GC/MS岩石、原油样品具体分析流程：岩石、原油样品具体分析流程：