有機地球化學

有機地球化學是主要研究天然有機質的組成、結構和性質，以及它們在地質體中的分布、轉化和參與地質作用時的行為等的學科。

基本介紹

• 中文名：有機地球化學
• 外文名：organic geochemistry

發展簡史

開發利用可燃礦產的長期過程中,對石油和煤的化學組成與性質逐步積累了豐富的知識，從而促進了有機地球化學的萌芽與發展。

有機地球化學

20世紀20年代蘇聯的В.И.維爾納茨基 先後發表了《生物圈》、《地球化學概論》等專著,系統總結和論述了地殼中碳與活質的地球化學。

1927年他領導籌建了世界上第一個專業實驗室──活質實驗室。

1934年德國化學家A.特賴布斯從原油、煤和頁岩中分離鑑定出了色素──金屬卟啉化合物，並證明了石油是生物成因的。

60年代以來開始盛行乾酪根降解成油的石油成因新觀點，並在生油岩評價與油源對比方面成功地採用了許多新方法、新技術。由於採用了各種色譜技術、色譜-質譜-電子計算機、核磁共振、高分辨電子顯微鏡等，已能從分子水平研究地質類脂物，並已深入研究和新發現了許多重要的生物標誌化合物或分子化石；對高分子量有機質，如腐殖酸與乾酪根等的研究也正在開始取得突破。

分布類型

地殼岩圈中的有機質約共有3.8×1015噸，主要呈分散狀態產於細粒沉積物中，頁岩有機質達 3.6×1015噸，而煤和石油有機質分別僅為6×1012噸和0.2×1012噸。

地質體中的有機質主要有3類：

地質類脂物　指沉積有機質（含煤、石油）中能夠溶於醚、苯、氯仿等有機溶劑而不溶於水的一大類有機化合物。包括烴類、醇類、有機酸(如脂肪酸)、甾族化合物及其衍生物。地質類脂物直接來源於生物脂類，能夠較好地反映原始母質、沉積與成岩環境。因其分子量較低,易於研究,是目前研究得最深入的一類有機質。其中一部分已成為有廣泛意義的生物標誌化合物或分子化石。生物標誌化合物是沉積地層中檢測到的有機化合物，其基本骨架類似於天然產物中某種已知結構的化合物。例如氧釩脫氧葉紅初卟啉與其生物的天然產物──葉綠素a相聯繫,具有相類似的分子骨架。生物標誌化合物為可燃礦產成因與評價提供了大量行之有效的信息與指標，在油氣勘探評價中具有重要意義。

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腐殖酸　可溶於無機鹼的沉積有機質。包括兩大類，鹼抽提液用無機酸處理後,沉澱的部分叫胡敏酸,不沉澱的部分稱富啡酸。腐殖酸是原始有機物腐爛分解後，進一步聚合為乾酪根的中間產物,分子量約為700～300000，廣泛分布於土壤以及湖沼、海洋和泥炭等近代沉積物中。

乾酪根　在沉積有機質中，既不溶於無機鹼又不溶於有機溶劑的一部分有機聚合物。乾酪根占岩石有機質的80%以上,按原始母質性質可劃分為3類:①腐泥型，主要由動物與低等植物遺體組成，富含類脂化合物與蛋白質的分解產物，以脂肪烴結構為特徵,H/C比高；②過渡型，腐泥型與腐殖型之間的過渡型；③腐殖型，主要由高等植物遺體組成，富含木質素與碳水化合物分解產物，以芳烴結構為特徵,H/C比低。採用H/C比和O/C比可將乾酪根劃分為與上述分類大致相當的Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ類乾酪根。3類乾酪根的H/C原子比與O/C原子比分別為：Ⅰ型>1.25，≤0.8；Ⅱ型1.25～0.85,0.8～1.5；Ⅲ型≤0.85,≥1.5。乾酪根因分子量太大，難於研究。最近人們採用了各種物理測試方法和降解技術，試圖通過鑑定降解產物來建立可靠的乾酪根結構模式，並探索乾酪根的成因和評價。

有機地球化學

起源演化

包括有機質演化和有機碳演化。有機質的演化是指生物死亡埋藏後，有機體的生物降解以及有機大分子的熱降解與聚合，並最終轉化為甲烷、水、二氧化碳和石墨等無機物的演化全過程。

現已建立起初步的有機質演化模式，這一模式已為石油成因的現代觀點奠定了理論基礎。

有機碳演化則是天體（包括地球）演化過程中，無機物質（如甲烷、水、二氧化碳和氨等）逐步演化產生簡單有機化合物和生物大分子，以及在生物圈出現後，這些有機質的進一步演化。

套用領域

除石油地球化學與煤地球化學外，主要套用於下述幾個方面。

許多沉積金屬礦床的成因與有機質有著十分密切的聯繫。有機質在成礦元素的遷移和富集過程中起著十分重要的作用，如吸附作用、化學沉積作用和形成較穩定的有機－金屬絡合物。有機質與鈾、鍺、釩、鉬、銅、鐵、錳、鈷、鎳、金、銀、汞、鋁、鋅、鎘等成礦元素的遷移和富集有著密切的聯繫。層控礦床和層狀硫化物礦床的有機地球化學研究，特別是層控礦床成因與油氣礦藏成因、演化關係的研究，是有機金屬成礦理論研究的重要新領域。

有機地球化學

研究現代沉積物與水體（包括沉積物孔隙水）中有機質的組成與分布。這一研究有助於闡明沉積岩的成因以及石油、天然氣與煤的早期形成作用。深海沉積物中已發現許多屬於陸源的生物標誌化合物，如芘、高碳數烷烴、二萜類，證明了濁流沉積物來源於大陸邊緣。在湖沼方面，對比研究了不同湖泊沉積物的有機地球化學特徵，例如形成於大型淡水湖泊、微鹹水湖泊、鹽湖和火山碎屑岩湖泊相的生油岩的有機地球化學特徵各不相同。

人類活動，如使用農藥，大量消耗化石燃料（石油、煤等），工廠廢物和海上油輪事故等都可能產生大量有毒的有機化合物，如含氮化合物、含磷化合物、含氯化合物，以及苯、酚和各種稠環芳烴化合物,從而嚴重污染環境。稠環芳烴(PHA)及其烷基同系物是一類致癌物質（如3-4-苯並芘）也是一類生物標誌物。它們的產出與分布與人類和大自然燃燒利用石油、煤和森林木材有關。

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20世紀50年代模擬原始大氣環境合成了眾多的胺基酸，證明從原始大氣中的簡單分子可以合成在生物學上有重要意義的有機分子，同時也證明隕石等宇宙物質和地球古老岩石中發現的有機化合物是生命前期化學演化的物質基礎和直接證據。至今已從隕石中鑑定出52種胺基酸（主要是非蛋白胺基酸）及其他有機質，如烴類、雜環化合物、脂肪酸等。用這些分子化石，並結合非洲南部大陸岩層中發現的類細菌和類藻化石，可以證明生命在地球上至少已存在30億年。

未來展望

沉積岩有機質，特別是生物標誌化合物及其成因機理研究，以及乾酪根的組成與結構研究，將會取得重要進展。

有機地球化學

地球形成早期階段的碳循環屬於前生期化學演化，化學演化是解決生命起源的一把鑰匙，將會受到相當的重視。

石油成因現代理論的產生，促進了石油資源的遠景評價和地質勘探工作。

油氣地球化學等套用領域將會相應地獲得重要進展。