第八章--有机地球化学

1、有机地球化学Organic Geochemistry,张展适,主要内容,自然界中的有机质 可燃类矿床的有机地球化学 金属成矿过程中生物和有机质的作用,有机地球化学概述,有机地球化学：有机地球化学主要研究地球和天体中各种有机物质的组成、结构、性质以及它们发生、发展和演化的规律。 有机地球化学的研究领域 基础研究：1）探讨无计物质逐步演化产生简单有机化合物和生物大分子的过程，有机他们随生物进化的进一步演化。2）有机体的生物降解即有机大分子的热降解与聚合、并最终转化为无机物的演化过程。3）为了判别沉积岩有机质来源、沉积和成岩作用的物理化学条件，进行生物标志化合物的研究 应用研究：1）可燃性矿产成因和

2、远景评价的有机地球化学研究；2）U、Cu、Pb、Zn、Mn、Fe、Au、Hg等金属元素富集成矿的有机地球化学研究；3）在环境中的有机地球化学研究,自然界中的有机质,各类地质体中的有机质 环境中的腐殖物质 水体中的有机质的存在形式、组成和分布,各类地质体中的有机质,地质体中的有机质是有机地球化学的研究对象，它们主要来源于生物及其新陈代谢作用的产物，少部分是岩石中残存的稳定性较高的有机物。 自然界中组成植物和动物的有机质主要是 蛋白质和氨基酸(protein and amino acid) 脂类(lipids) 碳水化合物(carbonhydrate) 色素及其衍生物(pigments) 木质素(

3、lignin) 腐殖酸与干酪根(kerogen),腐殖酸与干酪根(kerogen),腐殖酸：有机质分解后形成腐殖质，腐殖酸是腐殖质中能溶于碱溶液中的部分。 干酪根是沉积物和沉积岩中的不溶性有机质。 干酪根(kerogen)来源于希腊语，意为能生成油或蜡状物的物质，是地球上有机碳的最重要形式，按有机质数量统计，干酪根是沉积岩有机质中分布最普遍、最重要的一类，约占地质体总有机质的95 （其余的是沥青）。,不同的学者对干酪根的定义存在差异： Tissot和welte(1978)将沉积岩中既不溶于含水的碱性溶剂，也不溶于普通有机溶剂的有机组分，称为干酪根。它泛指一切成油型、成煤型的有机物质，但不包括现

4、代沉积物中的腐殖物质 Durand(1980)将干酪根定义为一般不溶于有机溶剂的沉积有机质组分，它包括了年轻沉积物或现代沉积物中的不溶有机质，即被土壤学家称做腐殖质的有机物质。 多数学者采用了Tissot和Welte(1978)对干酪根的定义，将干酪根限定为沉积岩中的有机质，不包括可以用有机溶剂抽提出来的可溶沥青。而将腐殖酸作为干酪根的前躯物或早期形式，两者的主要区别是前者中含有大量可水解的有机组分。,环境中的腐殖物质,腐殖物质是地球表面分布很广的天然物质，存在于土壤、湖泊、河流研究海洋中，它的存在不仅能改变环境的物理性质，使营养物质（特别是微量元素）易于传递和有效地被生物吸收，而且具有强烈的

5、吸附能力，能与金属元素形成稳定的络合物，从而对结束元素和人为释放的污染物质在地表的迁移和富集有重要意义。,环境中的腐殖物质,腐殖质的组成和分类： 腐殖酸通常呈黑色、棕色、黄色胶体状态，具有很强的吸附性和吸水性，其分子式为：C68H53O40CH3(OH)4(COOH4) 按照腐殖物质在酸和碱中的溶解度分类： 胡敏素（humin）:不溶与碱，能溶于乙酰溴 胡敏酸（Humin acid）：在碱提取液中能被无机酸沉淀的部分 富里酸（Fulvic acid）：为碱提取液中用酸处理后留在溶液中的部分 胡敏酸和富里酸总称为腐殖酸 腐殖酸的物理和化学性质,环境中的腐殖物质,腐殖质的组成和分类 腐殖酸的物理-

6、化学性质 胶体性质:表面积大、粘度较高、吸附能力强，能于铁、同、铝等元素形成腐殖酸络合物及腐殖酸盐类（表8.3） 明显的酸性：pH值约为34 亲水性：,水体中有机质的存在形式、组成和分布,水体中有机质的存在形式： 溶解有机质 颗粒有机质 组成和分布： 用综合参数表示：总有机碳、总有机氮、溶解有机碳、溶解有机氮、溶解有机磷、颗粒有机碳等（表8.4） 水中腐殖质主要以胶体状态存在,干酪根的性质和形成,干酪根是一种高分子聚合物，主要由C，H，O元素组成，含有少量的N，S，P和其他金属元素 据Tissot等(1984)研究，干酪根的 碳含量一般在70一90 氢含量为311 氧含量为324 n(H)/n

7、(C)原子比为0.41.67 n(O)/n(C)原子比为0.030.30 n (C) /n(N)比为40150 干酪根元素组成变化大是由于干酪根的类型和成熟度的差异造成的,干酪根的性质和形成,一般认为，干酪根的是生物有机质沉积埋藏后，通过微生物降解、聚合作用形成腐殖酸(或腐殖质)，再转化成干酪根,干酪根的类型,干酪根研究和类型划分有三种方法： 有机岩石学：根据煤和沉积岩中分散有机质的成因，结合显微镜下的特征降有机质划分为：壳质组（稳定组或类脂组)、镜质组（腐殖组）和惰质组。 地球化学分类：用n(H)/n(C)原子比和n(O)/n(C)原子比表征干酪根分类“范氏图”将干酪根分成四类(图8-24)

8、 综合分类法(表8-11),干酪根分类“范氏图”,干酪根的综合分类法,干酪根的结构,干酪根是一种大分子缩聚物。有机岩石学的研究结果表明，干酪根实际上是各种显微组分组成的复杂的混合物，甚至在光学显微镜下看来是均质的无结构部分，在透射电子显微镜的高倍放大下，有的仍呈现有结构和组织形态。因此，干酪根不可能有一个严格固定的化学结构和单一的化学结构模式。大量的化学和物理学分析结果表明：干酪根是一种具有网状交联三维结构的复杂有机聚合物。它的基本结构大致是由核、桥键、官能团三部分组成，在其结构格架的间隙里可能存在各种类型的游离有机化合物分子,干酪根是一种大分子缩聚物。有机岩石学的研究结果表明，干酪根实际上是各种显微组分组成的复杂的混合物，甚至在光学显微镜下看来是均质的无结构部分，在透射电子显微镜的高倍放大下，有的仍呈现有结构和组织形态。因此，干酪根不可能有一个严格固定的化学结构和单一的化学结构模式。大量的化学和物理学分析结果表明：干酪根是一种具有网状交联三维结构的复杂有机聚合物。它的基本结构大致是由核、桥键、官能团三部分组成，在其结构格架的间隙里可能存在各种类型的游离有机化合物分子(图825)。,金属成矿过程中生物和有机质的作用,有机质对金属的富集作用 生物对金属的富集作用 有