生物标志化合物地球化学.ppt

各位同学各位同学 你们好！你们好！ 第三章第三章 生物标志化合物地球化学生物标志化合物地球化学 生物标志化合物来源于陆地植物、海洋和生物标志化合物来源于陆地植物、海洋和 湖泊中水生生物，特别是藻类，此外是细菌。湖泊中水生生物，特别是藻类，此外是细菌。 就像地质学家经常利用的古生物化石一样就像地质学家经常利用的古生物化石一样 。可以用生物标志化合物来追溯古生态环境，。可以用生物标志化合物来追溯古生态环境， 探讨原始有机质的生源构成，利用其对映体的探讨原始有机质的生源构成，利用其对映体的 异构化变化，判断有机质的热演化程度，根据异构化变化，判断有机质的热演化程度，根据 生物标志化合物具有稳定碳骨架的特点，建立生物标志化合物具有稳定碳骨架的特点，建立 油气与源岩的亲缘关系，利用地质色层作用原油气与源岩的亲缘关系，利用地质色层作用原 理探讨油气运移等。理探讨油气运移等。 生物标志化合物结构复杂，具高分子量，生物标志化合物结构复杂，具高分子量， 易于同生物体某些组分联系；另一方面也明显易于同生物体某些组分联系；另一方面也明显 区别于后期干酪根热裂解形成的低区别于后期干酪根热裂解形成的低 中分子量、中分子量、 结构简单的烃类。结构简单的烃类。 在成岩、成熟阶段中，由生物构型转化为在成岩、成熟阶段中，由生物构型转化为 地质构型。地质构型。包括：包括： 消除不稳定的官能团；消除不稳定的官能团； 加氢还原；加氢还原； 芳构化；芳构化； 异构化等。异构化等。 其特点是：其特点是： 仍保留了原始母体的基本格架，使其具有标志仍保留了原始母体的基本格架，使其具有标志 有机质来源及原始环境的作用；有机质来源及原始环境的作用； 结构上的差异或结构上的差异或“ “变异性变异性” ”使其能够用于追溯有使其能够用于追溯有 机质经历的演化过程。机质经历的演化过程。 目前，石油地球化学研究中应用较多的主目前，石油地球化学研究中应用较多的主 要是正构烷烃、异戊二烯型烃、甾烷和萜烷。要是正构烷烃、异戊二烯型烃、甾烷和萜烷。 第一节第一节 生物标志化合物的基本特征生物标志化合物的基本特征 一、基本概念一、基本概念 生物标志化合物生物标志化合物: : 指沉积有机质，原油、油页指沉积有机质，原油、油页 岩、煤中那些来源于活的生物体，在有机质演岩、煤中那些来源于活的生物体，在有机质演 化过程中具有一定稳定性，基本保留了原始生化过程中具有一定稳定性，基本保留了原始生 化组分的碳骨架。受热演化，运移等作用影响化组分的碳骨架。受热演化，运移等作用影响 的。记载了原始生物母质的特殊分子结构信息的。记载了原始生物母质的特殊分子结构信息 的有机化合物。的有机化合物。 二、立体化学及命名二、立体化学及命名 1 1手征性手征性 饱和碳原子通过四个共价健与其取代基相饱和碳原子通过四个共价健与其取代基相 连，每个共价键向四面体各角呈放射状伸展，连，每个共价键向四面体各角呈放射状伸展， 所有四个取代基是不相同的，四面体中心的碳所有四个取代基是不相同的，四面体中心的碳 原子是不对称的或手征性的。原子是不对称的或手征性的。 调换化合物的任意两个取代基的位置就可调换化合物的任意两个取代基的位置就可 以形成两种镜像结构或立体异构体，这种互为以形成两种镜像结构或立体异构体，这种互为 镜像的异构体称为镜像的异构体称为对映体对映体。 姥鲛烷姥鲛烷C-6C-6和和C-10C-10是不对称的碳原子，当碳原子以是不对称的碳原子，当碳原子以6 6R R ，l0Sl0S或或6 6S S，l0Rl0R构型时，两种结构是相同的，称为内构型时，两种结构是相同的，称为内 消旋姥鲛烷；消旋姥鲛烷；6 6R R，10R-10R-姥鲛烷和姥鲛烷和6 6S S，l0S-l0S-姥鲛烷具有姥鲛烷具有 镜像关系，并互为对映体；镜像关系，并互为对映体；两类结构具有不同的物理两类结构具有不同的物理 、化学性质。、化学性质。 严格地讲，手征性不同于不对称。当所有对称分严格地讲，手征性不同于不对称。当所有对称分 子为手征性时，某些手征性分子是不对称的，如子为手征性时，某些手征性分子是不对称的，如 伽马蜡烷，为具有一对称轴的，如果绕该轴旋转伽马蜡烷，为具有一对称轴的，如果绕该轴旋转 180180，旋转后的构型与不旋转分子等同。，旋转后的构型与不旋转分子等同。 2 2立体化学命名立体化学命名 藿烷系列化合物定名藿烷系列化合物定名以含以含3030个碳原子为基个碳原子为基 础，分子中失去碳原子时称降藿烷，其它碳原础，分子中失去碳原子时称降藿烷，其它碳原 子编号不变。子编号不变。 反之，反之，当某一碳位上增加了一个当某一碳位上增加了一个CHCH 2 2 取代取代 基时（指碳原子数多于基时（指碳原子数多于3030个的藿烷，增加的碳个的藿烷，增加的碳 原子多在侧链基上），则为升藿烷。原子多在侧链基上），则为升藿烷。 如如1717 （HH）-30-30升藿烷，就是在升藿烷，就是在C-30C-30位置上增位置上增 加了一个加了一个CHCH 2 2 基。基。 化合物化合物 （2525，2828，30-30- 三降莫烷）具三降莫烷）具 有有2727个碳原子个碳原子 ， 与基本藿烷相与基本藿烷相 比丢失了比丢失了2525和和 2828和和3030位的碳位的碳 原子；原子； 不对称碳原子的两种可能构型不对称碳原子的两种可能构型“ “R”R”和和“ “S”S”是是 基于这样的简单规定。首先确定分子的方向，基于这样的简单规定。首先确定分子的方向， 按最小取代基确定。（如图，氢原子远离观察按最小取代基确定。（如图，氢原子远离观察 者，不对称碳原子相距较近）者，不对称碳原子相距较近） 根据碳数大到小排列其余三个取代基，对根据碳数大到小排列其余三个取代基，对 于同位素应优先选原子量高的同位素，对于不于同位素应优先选原子量高的同位素，对于不 同的取代基，基团越大，优先权越高，然后排同的取代基，基团越大，优先权越高，然后排 列取代基，从大到小如为顺时针方向，不对称列取代基，从大到小如为顺时针方向，不对称 碳原子构型为碳原子构型为“ “R”R”；相反，为逆时针方向为相反，为逆时针方向为“ “S”S” 构型。构型。 R R、S S构型只限于非环部分不对称碳原子的命构型只限于非环部分不对称碳原子的命 名，对于环中不对称碳原子则采用名，对于环中不对称碳原子则采用(位于环平位于环平 面下部面下部) )，(位于环平面上部位于环平面上部) )的命名原则。的命名原则。 在环状体系中以在环状体系中以 或或 表示基团位置。当键指向表示基团位置。当键指向 纸内为纸内为 用虚线表示；键指向纸外为用虚线表示；键指向纸外为 用实线表用实线表 示示。 当当 、 不明或二者均可时，以波纹线表示。另不明或二者均可时，以波纹线表示。另 外也用在碳位上画实心圆代表由纸平面出来的外也用在碳位上画实心圆代表由纸平面出来的 C-HC-H键，即键，即(H)(H)；空心圆代表指进纸面的空心圆代表指进纸面的C-HC-H 键，即键，即(H)(H)。 第二节第二节 正构烷烃正构烷烃 正构烷烃又称为饱和的直链烃，其通式为正构烷烃又称为饱和的直链烃，其通式为 CnHCnH 2 2 n+2n+2。 研究发现研究发现：正构烷烃主要来源于活的生物体，：正构烷烃主要来源于活的生物体， 脂肪酸、蜡质等脂类化合物。脂肪酸、蜡质等脂类化合物。 同生物标志物有关的正构烷烃，碳数分布同生物标志物有关的正构烷烃，碳数分布 广，从广，从nCnC13 13nC nC40 40， ，甚至到甚至到nCnC50 50， ，一般在一般在nCnC15 15 nCnC35 35范围。 范围。 一、具奇碳优势的正烷烃一、具奇碳优势的正烷烃 奇碳优势的特点奇碳优势的特点： 奇碳数分子的丰度大于偶碳数分子，色谱奇碳数分子的丰度大于偶碳数分子，色谱 图构成显著的图构成显著的“ “锯齿状锯齿状” ”OEPOEP、CPICPI值值较高，多较高，多 出现在现代沉积、成熟度低的页岩、原油、泥出现在现代沉积、成熟度低的页岩、原油、泥 炭之中。炭之中。 据生源物不同分两部分：据生源物不同分两部分： 1 1高分子量（高分子量（nCnC25 25nC nC33 33） ）奇碳数正烷烃奇碳数正烷烃 多与陆生高等植物有关，多与陆生高等植物有关，nCnC23 23nC nC35 35奇碳优 奇碳优 势明显，主峰碳位置多在势明显，主峰碳位置多在nCnC27 27， ，nCnC29 29和 和nCnC31 31 （据（据M.DastillungM.Dastillung等）等） （据王启军等）（据王启军等） 2 2中分子量（中分子量（nCnC15 15 nC nC21 21） ）奇碳数正烷烃奇碳数正烷烃 主要分布在海相沉积中，来源于海相浮游主要分布在海相沉积中，来源于海相浮游 植物、藻类。植物、藻类。 主峰碳位置主要分布在主峰碳位置主要分布在nCnC15 15和 和nCnC17 17上； 上； 当陆源和水生来源同时存在时，表现为双当陆源和水生来源同时存在时，表现为双 峰型，它们一般都随热演化程度而降低。峰型，它们一般都随热演化程度而降低。 二、具偶碳优势的正烷烃二、具偶碳优势的正烷烃 特点特点：偶碳数分子丰度高，：偶碳数分子丰度高，CPICPI、OEPOEP1.01.0， 多出现在碳酸盐岩和蒸发岩系中，盐湖或多出现在碳酸盐岩和蒸发岩系中，盐湖或 高含盐地层中。高含盐地层中。 a. a.前峰型前峰型 b.b.双峰型双峰型 形成原因形成原因： 在强还原环境中，由腊水解形成的偶数碳酸在强还原环境中，由腊水解形成的偶数碳酸 和醇以及植烷酸或植醇的还原作用超过了脱羧和醇以及植烷酸或植醇的还原作用超过了脱羧 基作用，同时形成偶奇优势与植烷优势；基作用，同时形成偶奇优势与植烷优势； 在不同催化剂存在条件下，脂肪酸分解机理在不同催化剂存在条件下，脂肪酸分解机理 不同。不同。 蒙脱石催化条件下，脂肪酸蒙脱石催化条件下，脂肪酸少一个碳原少一个碳原 子的奇碳数正烷烃；子的奇碳数正烷烃； 三、偶奇碳数忧势的正烷烃三、偶奇碳数忧势的正烷烃 碳酸盐岩和蒸发岩系中常常出现偶碳数优碳酸盐岩和蒸发岩系中常常出现偶碳数优 势。还原条件下，由蜡水解形成的正脂肪酸和势。还原条件下，由蜡水解形成的正脂肪酸和 醇以及植烷酸或植醇的还原作用比含氧条件下醇以及植烷酸或植醇的还原作用比含氧条件下 的脱羧作用更重要，造成了偶碳数相对于奇碳的脱羧作用更重要，造成了偶碳数相对于奇碳 数的优势。数的优势。 CaCO CaCO 3 3 催化条件下，脂肪酸催化条件下，脂肪酸少两个碳原少两个碳原 子的正烷烃；子的正烷烃； 泥岩、页岩中主要是奇碳数正烷烃；碳酸泥岩、页岩中主要是奇碳数正烷烃；碳酸 盐岩主要是偶碳数正烷烃。盐岩主要是偶碳数正烷烃。 （据江继纲）（据江继纲） 四、奇偶相当的正烷烃四、奇偶相当的正烷烃 此类正构烷烃主要出现在古代沉积物中，此类正构烷烃主要出现在古代沉积物中， 可能来源于细菌和其他微生物的蜡，或被细菌可能来源于细菌和其他微生物的蜡，或被细菌 强烈再改造的高等植物的蜡，是许多高蜡原油强烈再改造的高等植物的蜡，是许多高蜡原油 的主要组成部分。奇碳和偶碳优势相当的正构的主要组成部分。奇碳和偶碳优势相当的正构 烷烃的主要特征是长链烃，其碳链可一直延续烷烃的主要特征是长链烃，其碳链可一直延续 到到nCnC 4 4 nCnC50 50。 。 分布曲线平滑，分布曲线平滑，CPICPI、OEPOEP近似于近似于1.01.0，主，主 要出现在古代沉积，成熟度高的原油中，来源要出现在古代沉积，成熟度高的原油中，来源 于细菌和其它微生物的腊。于细菌和其它微生物的腊。 （据（据TissotTissot等等 ） （据（据TissotTissot等）等） 第三节第三节 异构和反异构支链烷烃异构和反异构支链烷烃 异构和反异构支链烷烃也是生物合成的异构和反异构支链烷烃也是生物合成的 烃，其主要特征是烃，其主要特征是2-2-碳位上含甲基取代基碳位上含甲基取代基( (异构异构) ) 和和3-3-碳位上含甲基取代基碳位上含甲基取代基( (反异构反异构) )。 低分子量的异构及反异构脂肪酸也见于海低分子量的异构及反异构脂肪酸也见于海 洋有机体的类脂化合物中。在近代沉积物和古洋有机体的类脂化合物中。在近代沉积物和古 代沉积物以及石油中，都见有异构和反异构支代沉积物以及石油中，都见有异构和反异构支 链烷烃存在，被认为是生物成因的特征。链烷烃存在，被认为是生物成因的特征。 第四节第四节 无环的类异戊二烯烃类无环的类异戊二烯烃类 异戊二烯型烃具特殊结构。其中按异戊二异戊二烯型烃具特殊结构。其中按异戊二 烯单元连接的顺序可分规则和不规则的两类。烯单元连接的顺序可分规则和不规则的两类。 不规则的类异戊二烯烷烃是指头头相连和尾不规则的类异戊二烯烷烃是指头头相连和尾 尾相连的链状分子，也就是在头尾相连的链状分子，也就是在头尾系列中有尾系列中有 一个头一头相连的键，两端有时带有饱和环或一个头一头相连的键，两端有时带有饱和环或 芳香环。芳香环。 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） 尾尾相连的系列碳数为尾尾相连的系列碳数为30403040，常见的有鱼，常见的有鱼 鲨烯、鲨烯、 蕃茄红素和胡萝卜素。它们的存在一般蕃茄红素和胡萝卜素。它们的存在一般 可以指示藻菌的成因以及强还原环境。可以指示藻菌的成因以及强还原环境。 头头相连的异戊二烯烃碳数可为头头相连的异戊二烯烃碳数可为32403240，在，在 烃源岩和原油中多见到它们降解的产物，碳数为烃源岩和原油中多见到它们降解的产物，碳数为 15301530，一般这类烃来自古细菌膜的类脂组分。，一般这类烃来自古细菌膜的类脂组分。 规则的类异戊二烯烷烃是指各单元规则的类异戊二烯烷烃是指各单元头尾相接头尾相接成成 的链状分子。的链状分子。 C C C C CCCC CCCC 加加 CCCCCCCC 头头 尾尾 头头 尾尾 这类化合物常以烯、酸、醇的形式广泛地这类化合物常以烯、酸、醇的形式广泛地 存在于各种生物体及现代沉积物中。在古代沉存在于各种生物体及现代沉积物中。在古代沉 积岩、原油和煤中以饱和烃形式存在。现已检积岩、原油和煤中以饱和烃形式存在。现已检 出出C C 9 9 CC25 25系列。 系列。 一、异戊二烯型烃的基本特征一、异戊二烯型烃的基本特征 据研究：地质体最丰富的异戊二烯烃类，已据研究：地质体最丰富的异戊二烯烃类，已 检出检出iCiC 9 9 -iC-iC25 25系列，其间系物高达 系列，其间系物高达iCiC40 40-iC -iC45 45； ；角鲨角鲨 烷（烷（C C30 30） ）丛粒藻烷（丛粒藻烷（C C34 34） ）蕃茄红烷（蕃茄红烷（C C40 40） ） 其中含量最多，分布最广的是其中含量最多，分布最广的是iCiC19 19的老鲛烷 的老鲛烷 和和iCiC20 20的植烷；此外，降姥鲛烷 的植烷；此外，降姥鲛烷iCiC18 18、异十六烷 、异十六烷 iCiC16 16、法泥烷 、法泥烷iCiC15 15也是常见的。 也是常见的。 植烷（植烷（2 2，6 6，1010，1414四甲基十六烷四甲基十六烷） 姥鲛烷（姥鲛烷（2 2，6 6，1010，1414四甲基十五烷四甲基十五烷） 二、异戊二烯型烃的相对丰度二、异戊二烯型烃的相对丰度 研究表明，研究表明， 无环异戊二烯烃成因不是单一的，无环异戊二烯烃成因不是单一的， 尤其是规则型的异戊二烯烃不仅来自叶绿素的尤其是规则型的异戊二烯烃不仅来自叶绿素的 植醇侧链，而且还与细菌有关。植醇侧链，而且还与细菌有关。 有关研究认为有关研究认为： （1 1）实验结果：高温高压下直接加热植醇得到）实验结果：高温高压下直接加热植醇得到 了了iCiC20 20， ，iCiC19 19， ，iCiC18 18， ，iCiC16 16， ，iCiC15 15， ，及可能有及可能有iCiC14 14 的饱和类异戊二烯烃。的饱和类异戊二烯烃。 （对叶绿素加热，获得有关的产物）（对叶绿素加热，获得有关的产物） （2 2）叶绿素植醇侧链是异戊二烯烃的主要来源）叶绿素植醇侧链是异戊二烯烃的主要来源 叶绿素、藻菌素在微生物作用下分解、游离叶绿素、藻菌素在微生物作用下分解、游离 出植醇；出植醇； 在成岩过程中植醇进一步转化形成植烷和姥在成岩过程中植醇进一步转化形成植烷和姥 鲛烷；鲛烷； A A强还原条件下形成植烷为主（强还原条件下形成植烷为主（Pr/PhPr/Ph1 1） B B弱氧化条件下形成姥鲛烷为主（弱氧化条件下形成姥鲛烷为主（Pr/PhPr/Ph1 1） （3 3）来源于细菌隔膜来源于细菌隔膜 指来源于古细菌的细胞膜。指来源于古细菌的细胞膜。 三、姥鲛烷和植烷形成的机理三、姥鲛烷和植烷形成的机理 在异戊二烯型烃中，浓度较高，应用较多在异戊二烯型烃中，浓度较高，应用较多 的是，的是，姥鲛烷和植烷姥鲛烷和植烷。成为最常用的标志化合。成为最常用的标志化合 物之一，用于油源对比和恢复环境。其形成机物之一，用于油源对比和恢复环境。其形成机 理有两种具代表性的解释：理有两种具代表性的解释： 1 1植醇热或热催化分解植醇热或热催化分解生成姥鲛烷，植烷生成姥鲛烷，植烷 沉积有机质中的植烷，姥鲛烷是几种立体沉积有机质中的植烷，姥鲛烷是几种立体 异构体的混合物，姥鲛烷可以下几种异构体；异构体的混合物，姥鲛烷可以下几种异构体； 天然产物和不成熟沉积物中含天然产物和不成熟沉积物中含6(6(R),10 R),10 ( (S)S)型；型； 随着有机质成熟，随着有机质成熟， 6( 6(R),10 R),10 ( (S)S)型逐渐转为型逐渐转为 6(6(S),10 S),10 ( (S)S)型及型及6(6(R),10 R),10 ( (R)R)的混合物，含量比约的混合物，含量比约 为为2 2 1 1 1 1。 2 2基于沉积时环境的氧化、还原状态不同，具基于沉积时环境的氧化、还原状态不同，具 有不同的反应机理：有不同的反应机理： （1 1）弱氧化条件下，植醇被氧化为植烯（烷）弱氧化条件下，植醇被氧化为植烯（烷） 酸，随埋深增加，植烯酸脱羧基（成姥鲛烯）酸，随埋深增加，植烯酸脱羧基（成姥鲛烯） 最后加氢形成姥鲛烷；最后加氢形成姥鲛烷； （2 2）还原条件下，植醇加氢还原成二氢植醇，）还原条件下，植醇加氢还原成二氢植醇， 二氢植醇经过脱水，加氢形成植烷。二氢植醇经过脱水，加氢形成植烷。 KK、E E彼得斯等认为：对热成熟度低的样品，建彼得斯等认为：对热成熟度低的样品，建 议不用议不用Pr/PhPr/Ph来描述古环境对生油窗内的样品，来描述古环境对生油窗内的样品， 高高Pr/PhPr/Ph比（比（3.03.0）指示着氧化条件下陆源有机）指示着氧化条件下陆源有机 质输入，低比值（质输入，低比值（0.6 0.6 ）代表缺氧的通常是超）代表缺氧的通常是超 盐度环境。对盐度环境。对Pr/PhPr/Ph比在比在0.82.50.82.5范围内，建议如范围内，建议如 无确切的资料不要把无确切的资料不要把Pr/PhPr/Ph作为古环境的标志。作为古环境的标志。 据我国各大油田资料，据我国各大油田资料，Pr/PhPr/Ph确与原始沉积确与原始沉积 环境有关，梅博文等统计认为：环境有关，梅博文等统计认为： 咸水深湖相，强还原咸水深湖相，强还原,Pr/Ph,0.20.8,Pr/Ph,0.20.8,植烷优植烷优 势；淡水势；淡水- -微咸水深湖相，还原，微咸水深湖相，还原，Pr/PhPr/Ph，0.82.80.82.8 姥植均势；姥植均势； 淡水湖相淡水湖相 弱氧化弱氧化- -弱还原弱还原 2.84.0 2.84.0，姥鲛烷，姥鲛烷 优势优势, ,另外：另外：随成熟度增大，随成熟度增大，Pr/PhPr/Ph增大；增大； 随成熟度增大，随成熟度增大，Pr/nCPr/nC17 17， ，Ph/nCPh/nC18 18降低等。 降低等。 第五节第五节 萜类和甾类化合物萜类和甾类化合物 一、萜类化合物一、萜类化合物 现已从石油和岩石中检出多种类型的三环现已从石油和岩石中检出多种类型的三环 二萜和五环三萜化合物。目前应用较广的主要二萜和五环三萜化合物。目前应用较广的主要 是五环三萜中的霍烷系列的化合物。是五环三萜中的霍烷系列的化合物。 近代沉积物中，生物藿烷（近代沉积物中，生物藿烷（型）占优型）占优 势。在成岩作用中，势。在成岩作用中，型生物藿烷逐渐变为型生物藿烷逐渐变为 型莫烷，最终变为更稳定的型莫烷，最终变为更稳定的型藿烷。型藿烷。 藿烷系列，各种不同类型沉积有机质五环三萜藿烷系列，各种不同类型沉积有机质五环三萜 中已检出中已检出150150种多种（细分），非藿烷系列，种多种（细分），非藿烷系列， 种类较多，目前普遍应用的有伽玛蜡烷、奥利种类较多，目前普遍应用的有伽玛蜡烷、奥利 烷、羽扇烷等；烷、羽扇烷等；（热稳定序列）（热稳定序列） 近代沉积物中，生物藿烷（近代沉积物中，生物藿烷（型）占优型）占优 势。在成岩作用中，势。在成岩作用中，型生物藿烷逐渐变为型生物藿烷逐渐变为 型莫烷，最终变为更稳定的型莫烷，最终变为更稳定的型藿烷。型藿烷。 热稳定序列是：热稳定序列是： 藿烷藿烷莫烷莫烷生物藿烷；生物藿烷； 2222R R构型构型2222S S构型，形成构型，形成2222R+22SR+22S的混合物；的混合物； 当当2222S S 22R=322R=3 2 2或或2222S/S/（22R+22S22R+22S）=0.6=0.6时，时， 达到异构化终点。达到异构化终点。 五环三萜化合物，以酸、烯、醇出现。五环三萜化合物，以酸、烯、醇出现。 由五个六元环或四个六元环和一个五由五个六元环或四个六元环和一个五 元环组成，一般含有元环组成，一般含有3030个碳原子，除分布个碳原子，除分布 于植物中外，在动物中也有分布，其中藿于植物中外，在动物中也有分布，其中藿 烷最为典型，属五环三萜系列化合物。烷最为典型，属五环三萜系列化合物。 通常稳定性序列通常稳定性序列: : 1717212117211721 17211721； 通常稳定性序列是：通常稳定性序列是： 171721211721172117211721； 藿烷的立体异构化主要发生在藿烷的立体异构化主要发生在C-17C-17，C-21C-21和和 C-22C-22上；当上；当C-17C-17和和C-21C-21位上的位上的HH均为均为 型时，型时， 可写成可写成1717 （HH），），2121（HH）藿烷；藿烷； 当某碳位置减少一个当某碳位置减少一个CHCH 2 2 基时，为降藿烷；基时，为降藿烷； 如：如：1717 （HH）-22-22，2929，3030三降藿烷即是在三降藿烷即是在2222 ，2929，3030三个位置上各失去一个三个位置上各失去一个CHCH 2 2 基。基。 其特点其特点：在：在C-4C-4，C-8C-8，C-10C-10，C-14C-14和和C-18C-18碳位碳位 均有甲基取代基，均有甲基取代基，C-21C-21碳位上为异丙基取代基。碳位上为异丙基取代基。 立体异构化主要发生在立体异构化主要发生在C-17C-17，C-21C-21和和C-22C-22上；上； 当当C-17C-17和和C-21C-21位上的位上的HH均为均为 型时，可写成型时，可写成 17 17 （HH），），2121（HH）藿烷；藿烷； 当某碳位置减少一个当某碳位置减少一个CHCH 2 2 基时，为降藿烷；基时，为降藿烷； 如：如：1717 （HH）-22-22，2929，3030三降藿烷，即是在三降藿烷，即是在 2222，2929，3030三个位置上各失去一个三个位置上各失去一个CHCH 2 2 基。基。 化合物化合物 （2525，2828，30-30- 三降莫烷）具三降莫烷）具 有有2727个碳原子个碳原子 ， 与基本藿烷相与基本藿烷相 比丢失了比丢失了2525和和 2828和和3030位的碳位的碳 原子；原子； 化合物化合物 （2828，30-30-二降二降 藿烷）失去了藿烷）失去了 2828和和3030位的碳位的碳 原子，其原子，其C-17C-17 和和C-21C-21位的构位的构 型也不同于化型也不同于化 合物合物； 化合物化合物 （25-25-降藿烷）降藿烷） 见于强烈生物见于强烈生物 降解的原油与降解的原油与 沥青中；沥青中； 化合物化合物 （1818 （HH）- - 三降新藿烷），三降新藿烷）， C-28C-28甲基不是在甲基不是在 碳碳1818位而是在位而是在C-C- 1717位上，且碳位上，且碳2121 位缺失烃基。位缺失烃基。 二、甾类化合物二、甾类化合物 甾烷是从甾醇和甾酸衍生而来的，在现代甾烷是从甾醇和甾酸衍生而来的，在现代 生物体和近代沉积物中，甾族化合物常以醇、生物体和近代沉积物中，甾族化合物常以醇、 酮、酸等形式存在。酮、酸等形式存在。 在成岩作用早期，甾族化合物经过脱羟基在成岩作用早期，甾族化合物经过脱羟基 （OHOH），），脱羧基（脱羧基（COOHCOOH），），脱氧，转化成脱氧，转化成 5 5 或或5 5 甾烯；甾烯； 成岩作用中期，甾烯获得氢而转化成甾烷。成岩作用中期，甾烯获得氢而转化成甾烷。 甾烷的热稳定序列甾烷的热稳定序列 甾烷的热稳定序列是：甾烷的热稳定序列是： 甾烷甾烷甾烷甾烷甾烷甾烷 它们的异构化终点是：它们的异构化终点是：甾烷甾烷 ：甾烷甾烷 =3=3 1 1，或，或/（+）=0.75=0.75 20R20S20R20S转变，当转变，当2020S S 20R=120R=1 1 1或或 2020S/S/（20S+20R20S+20R）=0.5=0.5时，达到异构化终点；时，达到异构化终点； 甾族化合物是具有四个环（三个六元环一个五甾族化合物是具有四个环（三个六元环一个五 元环）的化合物。元环）的化合物。 共同特征共同特征是包含有一个四环的碳环结构，可以是包含有一个四环的碳环结构，可以 看成是一部分氢化或完全氢化的菲与一个环成看成是一部分氢化或完全氢化的菲与一个环成 稠合的碳环，同时还具有三个侧链。稠合的碳环，同时还具有三个侧链。 碳数范围一般在碳数范围一般在C C27 27C C30 30 部分来自动物、 部分来自动物、 部分来自植物。胆甾醇的构型一般为部分来自植物。胆甾醇的构型一般为5 5 、 1414、1717、20R20R型；重排甾烷是由正常甾烷型；重排甾烷是由正常甾烷 C C 1010、 、C C13 13位的甲基经重排变化转移到 位的甲基经重排变化转移到C C 5 5 和和C C14 14位 位 上形成（重排甾烷，角甲基在上形成（重排甾烷，角甲基在C C 5 5 和和C C14 14位）， 位）， 重排胆甾烷的构型一般为重排胆甾烷的构型一般为1313 、1717、20R20R型。型。 甾族化合物结构复杂，手征性碳原子多，甾族化合物结构复杂，手征性碳原子多， 主要在主要在C-5C-5，C-17C-17，C-20C-20和和C-24C-24位置上发生立位置上发生立 体异构化。体异构化。 1 1立体异构化立体异构化( (有三种分配趋势有三种分配趋势) )： （1 1）链状型：）链状型：生物构型生物构型绝大多数为绝大多数为R R型型，地质地质 异构化异构化转化为转化为S S型型； （2 2）环状烃：）环状烃：生物构型生物构型多数为多数为 型型，地质构地质构 型型转化为转化为 型型； （3 3）分子重排：分子中的氢原子或烷基从一）分子重排：分子中的氢原子或烷基从一 个碳原子转移到另一个碳原子上，由正常构型个碳原子转移到另一个碳原子上，由正常构型 转为重排构型；转为重排构型； 2 2芳构化芳构化 据研究，随着温度增加，甾族化合物的饱据研究，随着温度增加，甾族化合物的饱 和环发生芳构化，主要由和环发生芳构化，主要由C C环的单环经二芳环环的单环经二芳环 到到A A、B B、C C三芳环的甾族化合物。三芳环的甾族化合物。 3 3侧链断裂侧链断裂 随温度增高，甾族环上侧链发生断裂，失随温度增高，甾族环上侧链发生断裂，失 去烷基，由高碳数甾类转化为中等碳数甾类。去烷基，由高碳数甾类转化为中等碳数甾类。 （据黄第藩修改）（据黄第藩修改） 芳构化的顺序是芳构化的顺序是C C环环 B B环环 A A环。另一种芳构环。另一种芳构 化的顺序是化的顺序是A A环环 B B环环 C C环，此反应在环，此反应在C C19 19上 上 仍保留着，由于重排作用由原来的仍保留着，由于重排作用由原来的C C10 10位移到 位移到C C 1 1 位、位、C C 4 4 位或其他碳位上（据位或其他碳位上（据MackenzieMackenzie）。 图上图上、V V出现在成出现在成 岩作用早期阶段，这岩作用早期阶段，这 三种化合物可进一步三种化合物可进一步 芳构化成三芳甾烷芳构化成三芳甾烷 ( (、) )。 （据（据MackenzieMackenzie修改修改 ） 古代沉积物和原油古代沉积物和原油 中存在另一种三芳甾中存在另一种三芳甾 烷系列。这种三芳甾烷系列。这种三芳甾 烷上仍保留着两个核烷上仍保留着两个核 上的甲基，是通过上的甲基，是通过A A 环环 B B环环 C C环顺序环顺序 演化的结果演化的结果( (、) )。 （据（据MackenzieMackenzie修改）修改） 甾族化合物温度作用下，发生芳构化，随甾族化合物温度作用下，发生芳构化，随 着温度持续增高，发生侧链断裂，失去烷基，着温度持续增高，发生侧链断裂，失去烷基， 由由C C27 27、 、C C28 28的甾烃转化为 的甾烃转化为C C20 20和 和C C21 21的甾烃。 的甾烃。 第六节第六节 芳香烃化合物芳香烃化合物 生物体和近代沉积物中，芳烃的浓度很低。生物体和近代沉积物中，芳烃的浓度很低。 在石油和古代沉积物中低分子芳烃浓度较高。在石油和古代沉积物中低分子芳烃浓度较高。 大致可分为两大类大致可分为两大类: : （1 1）分烷基和环烷基苯，烷基和环烷基菲，）分烷基和环烷基苯，烷基和环烷基菲， 即低芳环数的取代芳烃即低芳环数的取代芳烃; ; （2 2）芳环数在三环之上的非取代多环芳烃，）芳环数在三环之上的非取代多环芳烃， 种类多十分复杂，在沉积物中相对较为丰富。种类多十分复杂，在沉积物中相对较为丰富。 芳烃一般至少具有芳烃一般至少具有1010个碳原子，前身物可个碳原子，前身物可 能是类胡萝卜素甾类和五环三萜类。目前用于能是类胡萝卜素甾类和五环三萜类。目前用于 油油 油和油源对比、热成熟度评价的辅助证据，油和油源对比、热成熟度评价的辅助证据， 常用的数据有：常用的数据有： A AC C27 27C C28 28C C29 29 C C环单芳甾烃类，环单芳甾烃类， 作为真核生物输入的标志，用作为真核生物输入的标志，用m/z 253m/z 253碎片检测；碎片检测； B B重排重排/ /（重排（重排+ +规则）规则）C-C-环单芳甾类烃，环单芳甾类烃， 与源岩沉积古环境有关，用与源岩沉积古环境有关，用m/z 253m/z 253检测；检测； C C苯并藿烷，用来判断蒸发盐或碳酸盐沉积苯并藿烷，用来判断蒸发盐或碳酸盐沉积 环境（高浓度苯并藿烷）用环境（高浓度苯并藿烷）用m/z 191m/z 191。 单芳甾烷类，用单芳甾烷类，用m/z 253m/z 253碎片检测；碎片检测； 三芳甾烷类，用三芳甾烷类，用m/z253m/z253碎片检测；碎片检测； 第七节第七节 卟啉化合物卟啉化合物 卟啉是稳定而分布广泛的生物标志化合物。卟啉是稳定而分布广泛的生物标志化合物。 基本结构是由甲基桥联结的四个吡咯环组成，基本结构是由甲基桥联结的四个吡咯环组成， （- -CH=CH=次甲基桥）连结而成的共轭环系。次甲基桥）连结而成的共轭环系。 由于卟啉是一种带色物质，常称为卟啉色素。由于卟啉是一种带色物质，常称为卟啉色素。 卟啉化合物种类极多，碳数范围很广，已知的卟啉化合物种类极多，碳数范围很广，已知的 碳数范围为碳数范围为C C23 23C C53 53多数 多数C C27 27C C32 32， ，卟啉结构中卟啉结构中MM 表示金属，多数卟啉以金属络合物形式存在。表示金属，多数卟啉以金属络合物形式存在。 按其结构特征，可有几种基本类型：按其结构特征，可有几种基本类型： （两个主要系列，三个次要系列）（两个主要系列，三个次要系列） （1 1）脱氧叶红初卟啉（）脱氧叶红初卟啉（DPEPDPEP） R R 6 6 为五元环为五元环 （2 2）初卟啉（）初卟啉（ETIOETIO） R R 6 6 为乙基为乙基 （3 3）玫红卟啉（）玫红卟啉（RHODORHODO） R R 3 3 为为- -苯环苯环 （4 4）二环脱氧叶红初卟啉）二环脱氧叶红初卟啉 （5 5）玫红脱氧叶红初卟啉）玫红脱氧叶红初卟啉 其它各类卟啉都是由这几种类型衍生的。其它各类卟啉都是由这几种类型衍生的。 沉积岩和石油中卟啉化