沉积有机质

发布时间: 2022-03-25       分类:  油气成因 石油地质学

沉积有机质是通过沉积作用进入沉积物中并被埋藏下来的那部分有机质。

从前寒武纪到泥盆纪,沉积有机质的唯一来源是海洋浮游植物(藻类)和细菌,泥盆纪以后,高等植物也开始变的重要起来。尤其是在成煤作用方面起特别重要的作用,但就对沉积有机质的贡献而言,则远不及海洋浮游植物和细菌。

沉积有机质组成

沉积有机质主要有碳水化合物、木质素、蛋白质、脂类组成,主要元素组成见表1。

表1 沉积有机质的原始生化组成

沉积有机质的组成 元素组成(质量百分数)
C H S N O
碳水化合物 44 6 50
木质素 63 5 0.1 0.3 31.5
蛋白质 53 7 1 17 22
脂类 76 12 12
干酪根 79 6 5 2 8
沥青 84 10 3 1 2
石油 84.5 13 1.5 0.5 0.5

沉积有机质的原始生化组成—脂类

狭义的理解主要是动植物的油脂。

广义的理解包括油脂、固醇类、萜类、烃类和色素,所以有人也称其为类脂。

它们的共同特性是不溶于水,但溶于极低性的有机溶剂如氯仿、四氯化碳、乙醚、苯和丙酮。

脂类的特点:一是抗腐能力强;二是化学成分和结构都最接近石油。

沉积有机质的原始生化组成—碳水化合物

碳水化合物是单醣或单醣的聚合体的总称,通式可写为C n(H2O)m,包括葡萄糖、淀粉、纤维素、几丁质等,他们是植物的主要组成,动物中数量较少。但是碳水化合物大多容易被喜氧细菌消耗或被水解,难以保存下来。

沉积有机质的原始生化组成—蛋白质

蛋白质是组成细胞的基础物质,在动物组织中含量最高,低等植物中的含量高于高等植物。蛋白质只要经过去羧基和去氨基后便可形成烃类。

蛋白质构成了生物体中大部分含氮化合物。

蛋白质容易受喜氧细菌破坏,不利保存。

沉积有机质的原始生化组成—木质素

木质素仅存在高等植物中,是一种贫氢、富碳、富氧、富含芳环结构的高分子聚合物。

木质素具有比纤维素还强的抗腐能力,是成煤的重要母质,也可生成天然气,也可能是石油中芳烃的母质之一。

沉积有机质的形成

沉积有机质是随无机质点一起沉积并保存下来的生物残留物质,它主要是生物的遗体也包括其生命过程的排泄物和分泌物。

进入沉积物中的有机质,主要部分是新生成的复杂分子,他们在生物体中找不到对应物。

从生物物质的发源地说,沉积有机质一方面来源于水盆地本身的所谓原地有机质,另一方面来自由河流从周围陆地携带的异地有机质,其中有少量的是来自剥蚀更老的沉积层中有机质即再沉积的物质。

沉积有机质的分布和丰度

丰度用有机碳含量表示。
绝大多数沉积有机质呈分散状态与泥质沉积物相伴生。
沉积岩中有机质分布的另一特点是不同地质时代是不均衡的。
不同沉积环境或者不同岩性岩相条件下沉积物中的有机碳含量差别很大。
沉积有机质分布主要的影响因素:
生物物质的产量:主要取决于阳光、温度、湿度、含盐度和营养。在海洋,温湿带的浅海区有良好的透光性和营养条件,在大陆以湿热带最重要。
原始有机质的保存条件:指生物死亡后的沉降、沉积和埋藏过程中的氧化还原条件。
沉降、沉积速度:有机、无机质点的绝对速度;有机、无机质点的相对速度。
沉积物的粒度:粒度越细所含有机质越多。

 

沉积有机质中的干酪根

干酪根是沉积岩中不溶于碱、非氧化型酸和有机溶剂的分散有机质。干酪根的元素组成中以C为主,其次为H和O,还有N、S等。它们一般分布范围C:70-90%,H:3-10%,O:3-19%,N:0.4-4%,S:0.2-5%(据Tissot,1984)

干酪根的成分和结构

近年来,通过对干酪根进行高温热解或低温降解,揭示出它们含有活的有机体的全套有机结构,包括萜类、卟啉、氨基酸、羧酸、酮、醇、烯烃和醚桥等,说明干酪根系由生物转变而成。通过电子衍射和X射线、红外吸收光谱、核磁共振、波谱分析等物理方法,发现干酪根在结构上是一种复杂的三维大分子,它有很多结构单元(核)。由环状化合物组成(芳香环、杂环),多个核通过桥键相连接,在桥和后上都有可能具有官能团。

干酪根的类型

干酪根是分散的有机质的主体,它的类型基本代表岩石中分散有机质的类型。
根据元素分析将其分为3大类:Ⅰ型是分散有机质干酪根中经细菌改造的极端类型。Ⅱ型是生油岩中常见的干酪根,又称腐泥型。
Ⅲ型是由陆生植物组成的干酪根,又称腐植型。Ⅳ是残余型。

Ⅰ型未成熟干酪根
Ⅱ型未成熟干酪根
Ⅲ型未成熟干酪根
藻腐泥型干酪根
腐植—腐泥型干酪根
腐植型干酪根

干酪根的光学分类

孢粉学家用HCL和HF除去无机矿物质后,将有机残渣(干酪根)放在显微镜透射光下观测,划分出藻质、无定形、絮质、草质、木质和媒质五种组分。随着埋深加大,地温升高,上述组分的生油潜能按藻质—无定形—草质—木质—媒质顺序依次降低,(H/C)原子比也降低。

煤岩学家在显微镜在用25-50倍油浸镜头,通过反射光观察煤或干酪根的显微组分,其划分如下:

  • 壳质组/脂质组:孢质体、角质体、藻质体、树脂体
  • 镜质组:前镜质体、真镜质体及其变种
  • 惰性组:碎质体、菌质体、丝质体、半丝质体

目前,测镜煤的反射率已经成为判断有机质成熟度的主要标志。这三组的反射率是顺序增加的,而生油潜能却是顺序降低的。