沉积有机质的喇曼光谱研究

本文用激光喇曼光谱显微探针研究了选自广西、湖南和New Caldeonin（澳大利亚）的11个有代表性沉积变质岩样品中的沉积有机质。有机质有两个主要喇曼频率振动区域:1600cm-1峰和1350cm-1峰。文中对这两个特征喇曼谱峰的归属进行了说明,讨论了不同类型沉积有机质特征喇曼谱峰的差异和不同变质演化阶段有机质产生的喇曼光谱系统性变化规律,指出激光喇曼光谱显微探针技术是一种研究沉积有机质特征十分便利、有效的方法。     

从生物脂类化合物到沉积有机质的变化及其对正演烃源岩有机质形成的启示

现代海洋生物有机组分的动态变化过程是利用正演法评价海相优质烃源岩的重要中间环节, 可以为估算沉积过程中有机质的损耗提供参考.从化学组成来看, 生物体的脂类与原油成分最为接近, 而且与其他生化组分相比, 脂类的化学性质相对稳定, 可以长期保存在地层中, 因此脂类是最重要的生油母质.温度、盐度、CO2等环境条件以及生物的种类和生长阶段对生物脂类组成有重要影响, 不同环境条件和不同种类的生物对烃源岩有机质的贡献也不同.海水中的有机质在沉积过程中受原始生产力和氧化还原条件的影响.在特定生境中, 在一定的生产力范围内, 沉积有机质的通量与生产力有正相关关系.超过此范围, 沉积有机质通量与生产力关系不大.氧化条件下有机质降解速度快, 而还原条件则有利于沉积有机质的保存.生物膜的形成不仅使有机质更容易沉积, 而且降低了有机质被降解的机会.地质历史时期生物膜的识别对研究烃源岩有机质的保存具有重要意义.      

从水体到沉积物:探寻有机质的沉积过程及其意义

自然界中有机质分布广泛、类型多样且性质各异,不论在水体还是在沉积物(岩)中都扮演着重要的角色。因此,探讨各类型有机质聚集和沉积过程的差异性,对深化认识有机质沉积特征和演化规律具有重要的意义。生物体在生长过程中产生了许多有机质,包括生物体自身、生物残体、动物排泄物以及生物分泌的有机分子等,各类型有机质的性质差异极大。由于研究方法的不同,可将海洋中有机质划分为颗粒有机质(particulate organic matter,POM)和溶解有机质(dissolved organic matter,DOM),而DOM又可划分为胶体有机质(colloidal organic matter,COM)和真溶解有机质;从聚合体形式上看,又有海雪和悬浮体等存在形式。进一步分析发现有机质的形态包括生物体、生物残体、排泄物和有机质聚合体等,并且各类型有机质与无机矿物以不同的形式共存。此外,DOM与POM间存在一定的转化关系。这些性质和特征架起了不同类型有机质间聚集和沉积的桥梁。在沉积物(岩)中通过粒度或密度分级分离及孢粉相分析,也发现不同类型的有机质,如生物体、生物残体和无定形等,它们常与特定的无机矿物共生,如无定形多富集在黏粒级颗粒中,而生物体和生物残体多富集在粗颗粒中。进一步溯源发现沉积物(岩)中的各类有机质与生物有机质或海洋中有机质的类型极具相似性,这些特征展现各类型有机质在沉积过程中的差异性。综合有机质的形态、性质以及与矿物共生关系,认为有机质可通过机械沉积、化学沉积和生物沉积等3种不同的方式沉积保存,其中机械沉积的有机质以惰性的生物残体为主,化学沉积的有机质以活性极强的无定形为主,生物沉积有机质以活性较强的微生物和粘附物为主。有机质沉积方式及有机质特征、矿物—有机质间关系和保存条件的差异,决定了有机质的演化命运的不同,进而对有机质生烃以及碳循环产生重要的影响,因而应引起人们的高度关注。     

磷酸三丁酯减压微色谱柱分离锡的研究和应用

研究了磷酸三丁酯（ＴＢＰ）减压微色谱柱分离富集Ｓｎ的条件和性能。选定３ｍｍ×７０ｍｍ的微色谱柱，树脂粒度１２０～１４０目，测得静态吸附容量为２７ｍｇ／ｇ，吸附反应速率常数为３６８×１０－３；减压条件下，在１ｍｏｌ／ＬＨＣｌ介质中Ｓｎ被萃取在ＴＢＰ微色谱柱上，用２ｍＬ２ｍｏｌ／ＬＨ２ＳＯ４洗脱后即可用邻氯苯基荧光酮Ｔｗｅｅｎ２０分光光度法测定Ｓｎ含量。经标准样品验证，分离效果好，适于矿样中微量Ｓｎ测定     

饱和细粒土固结过程中矿物组分与有机质的三维表征

饱和细粒土颗粒细小, 比表面积大, 易与土体中的孔隙水、有机质相互结合形成团聚体, 这种结合形式对土体的物理力学性质有着重要影响。本文从三维微观结构角度探讨饱和细粒土的多物质结构特征对其固结演化性质的作用。土样分成4种组分:孔隙, 有机质, 多矿物组分和伊利石为主的矿物组分。通过同步辐射显微CT技术联合数据约束模型, 获取多物质三维结构表征。伊利石为主的矿物组分, 与孔隙呈共存结构, 即使在1600kPa高压作用下仍不易排出孔隙水。有机质与伊利石为主的矿物组分易结合形成有机黏土颗粒, 有机质不仅吸附在组分表面, 而且嵌入组分结构内部; 在土体固结过程中, 有机质存在富集特征, 40~400μm直径的有机质总体积逐渐增大, 削弱土颗粒间的连结强度。本研究采用定性与定量分析相结合, 获取了固结过程中矿物组分与有机质的结构表征, 为特殊土体的微宏观性质分析提供一种可行性研究方法。     

夏威夷玄武岩中同位素亏损的组分来自于地幔柱内部北大核心CSCD

洋岛文式岩(OIB)和洋中脊玄武岩(MORB)的组成能够用来了解地球的内部演化。亏损强不相容元素的M0RB被认为起源于上地幔。而一些来自地做柱的0IB被认为起源于下地慢,这为我宿了解地球长期的地球化学分异以及下地幔的组成提供了难得的机会。     

金属矿床成矿流体有机质的一种新来源: 烃源岩晶胞有机质

金属矿床有机质的来源问题是探讨生物成矿作用的重点和难点之一.赋存于石炭系的南京栖霞山多金属矿床, 其成矿流体中的有机质与下扬子区上、下古生界烃源岩吸咐有机质以及海相原油均存在较大差异.特别是表现在有机质族组成、三环萜的w(C₂₃)/w(C₂₁)比值、三萜w(Ts)/w(Tm)比值、w(γ-蜡烷)/w(C₃₁αβS-升藿烷)比值以及甾烷系列的不同上.相反, 流体中的有机质在诸多方面与寒武系碳酸盐岩(矿床的矿源层之一)的晶胞有机质类似, 两者存在渊源关系.      

TBP萃淋树脂微色谱柱分离富集钼的研究及应用

研究了ＴＢＰ萃淋树脂微色谱柱分离富集微量钼的柱性能,确定了分离钼的最佳条件。在减压条件下,运用零空床体积洗脱技术,以３ｍｏｌ／ＬＨＣｌ为上柱介质,０．５ｍｏｌ／ＬＨＣｌ洗脱,可使钼（ＶＩ）与钨（Ⅵ）、铁（Ⅲ）、锡（Ⅳ）等干扰离子快速分离,采用邻氯苯基荧光酮胶束增溶光度法,测定矿石中微量钼,结果满意。     

金属矿床成矿流体有机质的一种新来源:烃源岩晶胞有机质

金属矿床有机质的来源问题是探讨生物成矿作用的重点和难点之一.赋存于石炭系的南京栖霞山多金属矿床,其成矿流体中的有机质与下扬子区上、下古生界烃源岩吸咐有机质以及海相原油均存在较大差异.特别是表现在有机质族组成、三环萜的w(C     

离子强度对苝与溶解有机质疏水性组分相互作用的影响

自然界水体(如地下水、湖泊、河流及海洋)中的溶解有机质(DOM)因具有显著的生态及环境功能而受到人们的广泛关注:DOM能够影响环境中污染物的命运,比如疏水性有机污染物(HOCs)与天然有机质结合后,其迁移途径、生物可利用性和毒性受到明显的控制,其对环境中生物的危害性减弱。本文运用荧光猝灭法测定了多环芳烃苝(perylene)与提取自红枫湖天然水体的DOM有机组分,计算了苝与DOM有机组分相互作用的分配系数(KDOC),探讨了影响相互作用的因素以及水体离子强度对分配系数的影响。研究认为,红枫湖DOM有机组分对多环芳烃苝的吸附能力与其芳香结构单元有很强的相关性,log KDOC值与有机组分在280 nm处的摩尔吸收(ε280)和分子质量有线性度较高的正比关系。一般而言,离子强度对分配系数的影响比较复杂,就总体趋势而言,增加离子强度有利于对PAHs吸附能力的提高。     

不同土壤有机质组分对憎水有机物的吸附机理研究

采用完全混合一步平衡反应实验方法，选择菲、萘、三氯苯和二甲苯作为憎水有机物(HOCs)的探针，研究了它们在土壤及其中的胡敏酸、胡敏素等有机质组分中的等温平衡吸附行为，探讨了非线性吸附的机制。结果表明，HOCs在水与土壤体系中表现为非线性吸附，其非线性的吸附行为主要受到土壤有机质(SOMs)的控制。SOMs具有高度不均匀的性质，HOCs表现出非线性吸附行为是其在不同的SOMs相扩散转移以及在相对聚结的胡敏素和“黑炭”的表面吸附的结果。     

东海陆架泥质区沉积有机质的物源分析

色谱和色谱／质谱分析表明，济州鸟西南泥质区正构烷烃、姥鲛烷、植烷、藿烷和甾烷等生物标志物的特征与现代长江口、老黄河口和新黄河口的河流沉积物均区别很大，该泥质区的沉积有机质主要来源于海洋低等生物（如细菌和藻类等）以及陆源高等植物的输入，表现为不同来源和成熟度的生物标志物的混合，同时该泥质区沉积有机质与矿物碎屑沉积物来源不尽相同。长江口泥质区正构烷烃高相对分子质量部分与长江口沉积物相似，正构烷烃和藿烷所反映的有机质成熟度高于现代长江和老黄河口沉积物，甾烷的成熟度与长江相仿而明显高于老黄河口沉积物。长江口泥质区的沉积有机质主要来源于长江输入的陆源高等植物碎片和海洋源的低等生物。东海陆架近岸与远端泥质区沉积有机质的物源很不相同。     

Stable carbon isotopic analysis of sedimentary organic matter by stepped combustion

A stepped combustion technique, incremental heating in oxygen, has been used to study the carbon isotopic composition of carbonaceous sediments. This technique can afford data on the organic matter of the sediment and can give information on the structure, namely the variations in the isotopic composition of different portions, of the kerogen. Green River shale has been used as a model material and results indicate that it contains two distinct carbonaceous components, a carbonate and kerogen. Isotopic compositions for the kerogen measured by stepped combustion closely match those obtained by normal methods following preconcentration of the kerogen by mineral removal and solvent extraction.The variation in isotopic composition with combustion temperature has been used to investigate relationships with maturity and to look at its use as a possible correlation tool.     

37 ka以来日本海沉积物有机质碳和氮稳定同位素变化及其古海洋学意义

海洋沉积物有机质碳氮稳定同位素(δ¹³C、δ¹⁵N)广泛用于有机质来源示踪、古生产力和古海洋环境重建。日本海沉积物δ¹³C和δ¹⁵N值一个显著特征是在末次冰盛期(LGM)同步负偏,但是对这一现象产生的原因以及他们的演化过程的认识仍然存在明显不足。在本研究中,我们详细调查了37 ka以来日本海中部LV53-23-1岩心沉积物δ¹³C和δ¹⁵N演化历史。结果显示,沉积物δ¹³C和δ¹⁵N分别介于-26.3‰至-22.5‰和1.6‰至6.1‰,低值出现在LGM(26.5~17 ka)暗色层状泥发育时期,指示较强的陆源输入贡献。在Heinrich冰阶1时期(17~14.5 ka),δ¹³C和δ¹⁵N快速正偏,表明日本海海洋环境发生了明显的转换,对应于对马海峡淹没及对马暖流入侵。14.5 ka之后,沉积物δ¹⁵N值恢复到5‰,与开阔大洋海水硝酸盐的δ¹⁵N值近似。我们采用二端员混合模型粗略地估算了有机质来源的相对贡献。LGM时期陆源有机质贡献介于65%至80%,14.5 ka以后海源有机质贡献介于60%至80%。除了增加的陆源有机质贡献以外,LGM时期沉积物δ¹⁵N亏损还涉及如下过程:(1)较高的含Fe沙尘供给提高日本海表层海洋生物固氮效率;(2)缺氧环境盛行减弱成岩作用对沉积物δ¹⁵N影响。37 ka以来,日本海沉积物δ¹³C和δ¹⁵N变化与有机质来源、营养盐的供给、表层生产力和沉积物氧化还原条件相关,实际受海平面和全球气候制约。     

Precise indices based on n-alkane distribution for quantifying sources of sedimentary organic matter in coastal systems

Precise indices based on n-alkane signatures were developed in order to determine the sources and composition of sedimentary organic matter (SOM) in coastal systems. The Arcachon Bay (France), a well-studied temperate lagoon, was used as an example of a complex coastal system sheltering a wide diversity of OM sources. Three main groups of sources were well discriminated from their n-alkane signatures: seagrass (Zostera sp.) produced mainly n-C₁₇, n-C₁₉, n-C₂₁, n-C₂₃ and n-C₂₅ alkanes, algae (Rhodophyta, Chlorophyta) produced n-C₁₅ and n-C₁₇ and the terrigenous input [Quercus sp., Spartina sp. and river suspended particulate OM (SPOM)] was characterized by n-C₂₅, n-C₂₇, n-C₂₉, n-C₃₁ and n-C₃₃. From the above and literature n-alkane fingerprints, we developed a set of indices (n-alkane ratios) to quantify the contribution of these three major sources of the SOM. At the Arcachon Bay scale, they indicated that SOM was composed mainly of seagrass (ca. 53 ± 19%) and terrestrial (ca. 41 ± 17%) material, followed by algae (ca. 6 ± 9%). Moreover, the new n-alkane indices exhibited more relevant spatial patterns than classical ones – the TAR (C₂₇ + C₂₉ + C₃₁/C₁₅ + C₁₇ + C₁₉; terrestrial to aquatic ratio) and the P_aq (C₂₃ + C₂₅/C₂₃ + C₂₅ + C₂₉ + C₃₁; aquatic plant %) – with a greater contribution from marine sources in the central part of the lagoon where a high density of Zostera seagrass was observed. Therefore, the development of precise indices adapted to the local diversity of OM sources is needed when using n-alkanes for quantifying the source composition of SOM in complex coastal systems.     

未熟有机质发酵后

采用对未熟有机质富集培养本源菌再进行类发酵(Eh>-300mV)的模拟实验方法,重点研究了发酵样品中某些生物标志化合物的变化,探讨了在低演化阶段,由于细菌对有机质的参与和改造,液态烃类形成的地球化学特征。样品发酵后,烃类,尤其是低相对分子质量烃类含量增加,CPI和OEP值接近或略高于1。族组成中,沥青质含量减少,烃类和非烃增加。饱和烃中,C-13位上带有正烷基侧链的三环萜烷出现;高含量的伽马蜡烷被检出;生物构型藿类化合物向地质构型藿烷转化,C-22位上立体异构化平衡参数明显增大,接近或达到异构化终点值;单芳甾类烃与三芳甾类烃共存;甾体化合物含量的总体趋势是相对贫乏,平衡参数较低。     

Chemical variation from biolipids to sedimentary organic matter in modern oceans and its implication to the geobiological evaluation of ancient hydrocarbon source rocks

Understanding the dynamics of organic matter in modern marine water columns greatly favors the geobiological evaluation of hydrocarbon source rocks. Biolipids could make great contribution to petroleum hydrocarbons due to their comparable chemical components and the slightly refractory characteristics of biolipids during the microbial/thermal degradation. A variety of environmental factors such as temperature, CO₂ and salinity could affect the biochemical contents in microorganisms. As a result, microorganisms living in a changing environmental condition might have a different contribution to the petroleum formation. Organic carbon flux is shown to bear a positive correlation with the primary productivity only within a certain range of biomass volumes in a specific biohabitat. Furthermore, organic matter is degraded much quickly in a water column with oxic conditions. Therefore, the anoxic condition, along with the enhanced biological productivity, would be one of the significant factors in the formation of high-quality hydrocarbon source rocks. The formation of biofilms and microbial mats favors the preservation of sedimentary organic matter by decreasing the degradation rate of organic matter. Identification of biofilms and microbial mats in sedimentary rocks will thus greatly help to understand the depositional processes of organic matter finally preserved in hydrocarbon source rocks. __________ Translated from Earth Science—Journal of China University of Geosciences, 2007, 32(6): 748–754 [译自: 地球科学—中国地质大学学报     

有机质对海相软土物理力学特性的影响效应分析

有机质是海相软土的重要组成部分,其对土体物理力学性质的影响有待深入研究。以连云港地区全新世海相软土为例,进行百组土体有机质物理力学试验。结果表明,研究区软土有机质含量平均值为0.98%,在0.90%~1.00%这个区间分布最为广泛。有机质含量在空间上分布不均,平行海岸线较垂直海岸线土体有机质含量变化小,自上向下变化规律复杂,但随着深度的增加有机质含量有增加的趋势;有机质含量与土体天然含水率、塑限、液限在0.01水平上显著正相关,与土体天然密度、干密度和比重在0.01水平上显著负相关,与土体粉粒含量在0.05水平上显著正相关,与土体黏粒含量相关性差;有机质含量与固结压力≤400 kPa阶段的孔隙比在0.01水平上显著正相关,与固结压力>400 kPa时的孔隙比相关性变差,这与有机质形成的复合体被破坏有关;海相软土黏土矿物、含盐量及含水率高,有机质与黏土矿物在碱性环境多通过阳离子键桥的方式来结合,形成有机复合体,可能参与千年及万年尺度的碳循环;研究土层最大埋深达30 m,符合有机质深埋的演化规律,而研究土体沉积时间距今最高才约8000 a,推测研究土体有机质还未达到平衡状态,还在进一步的循环演化过程当中。上述相关研究成果对海相软土分布区工程建设具有一定的参考价值。     

有机质含量对淤泥固化效果影响的试验研究

淤泥固化技术是淤泥资源化利用的一个重要方法,而有机质对淤泥固化效果的影响是淤泥固化技术研究中的重要课题。在淤泥固化的试验研究中发现有机质含量对淤泥固化的效果有着显著影响。通过对不同有机物含量的固化试验揭示了该种影响的规律,发现淤泥中的有机质存在着一个极限含量4.3 %,当超过这一极限含量后,有机质量的增加不再对固化效果产生更大的影响。根据这一研究结果,提出了对于高有机质淤泥采用水泥-石膏进行固化的方法。     

金羊盆地SZK01井下侏罗统北票组沉积相及其有机质特征

对金羊盆地SZK01井岩芯的详细观察、系统取样及有机地球化学测试分析,研究该井下侏罗统北票组的沉积相类型及其有机质特征。在该井岩芯中主要识别出湖泊相沉积,自下而上可进一步识别为滨浅湖-半深湖-滨浅湖沉积,说明金羊盆地在北票组沉积时期沉积水体经历过一个由浅变深、再由深变浅的阶段。SZK01井北票组烃源岩总体属于差-中等级别,有机质丰度主体上呈现出自下而上先增加后减少的趋势;有机质类型主要为Ⅲ型和Ⅱ2型,即有机质主要来源于陆源有机质输入;有机质热演化处于高成熟-过成熟阶段。