沉积岩中有机碳的测定

引言在沉积岩的形成和变化过程中,特别是在成岩过程中,有机质在促进各种元素的迁移、富集和使它们从一种矿物转变为另一种矿物上,有着很大的作用。近年来,有机地球化学的研究,不仅在可燃性有机岩方面有很大的进展,而且在沉积非金属和金属矿床,特别是在稀有分散元素和放射性元素矿床的研究中,也得到了极大的重视和发展。在一般沉积岩中常或多或少的含有有机质,但目前还没有直接测定其总含量的简便完善的方法。由于碳是有机质的主要组成元素,因此普通采用岩石中的有机碳含量作为有机质总含量的标志。由于工作的需要,我们对测定有机碳的湿烧法进行了试验研究,并在测定方法上作了一些改进。现将该方法报导如下,请批评指正。     

测定有机碳的新方法——电导法

有机碳的含量可直接用来代表地质体中有机质的丰度,是评价生油潜力的重要指标之一。通过测定土壤中蚀变碳,可圈定油气田化学晕,是化探寻找油气田的重要途径。有机质在形成层控矿床中的重要作用也已被证实。测定有机碳还是寻找金矿床的一个重要手段。此外,测定有机碳含量在有色金属地球化学、建筑材料、海洋生物学和海洋地球化学、环境科学以及农业,林业、肥料、土壤等各个领域的研究中都起着重要作用。因此,有机碳的测定受到各个方面专家学者们的重视。然而,有机碳的测定方法本身还有许多问题。目前大多数仍然沿用重量法和容量     

名词解释

1.有机碳丰度——有机碳是地质体中碳链化合物的总称。但不包括一氧化碳、二氧化碳、碳酸盐、金刚石、石墨等无机碳。有机碳丰度即有机碳含量的多少,它可直接用来代表地质体中有机质的丰富程度,也是评价生油潜力的重要指标之一。 2.可溶有机质——指可以用有机溶剂(如氯仿、苯、甲醇等)从沉积岩中抽提出来的那部分有机质。不同的溶剂抽出的可溶有机质的质量可能不同。在有机地化中常将氯仿抽提物称为“氯仿沥青A”,它是衡量岩石中有机质质量的基本参数。     

日本大沼湖沉积物碳氮比值、有机碳同位素特征及其近400年的古气候环境意义

通过对日本大沼湖沉积物样品总有机碳含量(TOC)及其稳定同位素、总氮含量(TN)和C/N值的测定,结合沉积岩芯火山灰和1℃年代,分析了大沼湖沉积物中有机质的来源,探讨了沉积物有机碳同位素的主要影响因素.结果表明:大沼湖沉积物中有机质主要来源于自生藻类,受陆源输入的影响较小;沉积物δ13C值指示了夏季温度的变化.过去400年来,大沼湖地区存在1660～ 1730年和1780～ 1860年两个明显的冷期,与邻近地区冰芯、树轮和湖泊沉积物记录的冷期基本一致,分别对应于Maunder和Dalton太阳黑子极小期.     

沾化凹陷生油岩的裂解色谱、裂解色谱-质谱分析及地球化学意义

有机地球化学研究中,目前大量的报导是对地质样品中可溶有机质的组成、结构的研究。可溶有机质中正烷烃偶奇优势,甾、萜分布等,已广泛用于油、气勘探,评价生油岩有机质母质来源、成熟度和对比油源。但可溶有机质碳含量占生油岩中有机碳不到百分之五,生油岩中大部分有机质是以干酪根形式存在,油、气的成因与干酪根密切相关。近年来,裂解色谱、裂解色谱-质谱已用于研究干酪根中结合烃类的组成、结构,并用于指示沉积岩中有机质的成熟度、母质输入等[1、2、2],我国近年来也开始研究干酪根的裂解色谱1)，本文则报导利用裂解色谱、裂解色谱一质谱研究一个已知地球化学剖面沉积有机质成熟度和沉积环境的尝试，探索建立评价生油岩成熟度的快速、有效的有机地球化学方法。     

有机质演化与沉积矿床成因(Ⅰ)--油气成因与评价

沉积岩石中广泛分布有一定数量的有机质,它们与许多重要的沉积矿产在成因上有着密切的联系。有机体进入沉积物之后,在沉积岩成岩作用的过程中发生了一系列的变化,即有机质演化。有机质演化影响到一些沉积矿产,如石油、天然气、煤、煤成烃类以及某些层控金属矿床的形成与勘探评价。作者试图根据我所有机地球化学与沉积地球化学研究室近年来部分研究结果与兄弟单位的资料,从有机质演化观点出发探讨这些沉积矿产的成因。     

基于贝叶斯判别的页岩气储层总有机碳含量分类预测方法

页岩气属于非常规能源,储量非常丰富,主要赋存于富有机质泥页岩及其夹层中。总有机碳（TOC）含量是页岩气储层评价的重要参数之一,综合利用富有机质泥页岩的典型测井响应特征,提出利用测井曲线预测TOC分类,进而识别富有机质泥页岩的方法,并以江苏南京汤地1井为例,通过相关性分析优选出自然伽马、深侧向电阻率、中子孔隙度、自然电位4个测井参数,建立了总有机碳含量的贝叶斯自动判别分类模型。实际资料的处理结果显示,样品回判正确率为71.43%,表明该方法可有效弥补实验室测定总有机碳含量的不足,能够快速评价富有机质泥页岩层段。     

泥质烃源岩密度分级分离与有机碳分配

选取东营凹陷第三系11 块泥质烃源岩样品,粉碎后按小于1.6 g/cm3,1.6~2.2 g/cm3 和大于2.2 g/cm3 的密度,分离成1,2,3 三个组分,希望可以把烃源岩中游离的有机质、无机矿物与有机黏土复合体分别提取出来。对各组分进行质量、有机碳及扫描电镜分析,探讨不同密度组分中有机质赋存形式及有机碳分配方式的差异性。密度分组后各组分的质量、有机碳量回收率基本上达到100%,表明密度分离方法可信,且对烃源岩的破坏较弱。通过扫描电镜观察发现,1 组分中存在大量的生物碎屑有机质,经盐酸处理后,有机质颗粒表面干净,而2,3 组分中只见有大量的矿物颗粒,但能谱分析显示了C 元素的存在。这些特征表明1 组分为生物碎屑有机质,而2,3 组分中有机质与无机矿物相混合。有机碳分析表明,1 组分有机碳含量平均高达14.24％,但其仅占全岩有机碳量的1.11%;2,3 组分中有机碳含量分别为3.26%,2.77%,两者占全岩有机碳量的90% 以上。由此看来与无机矿物相结合是烃源岩中有机质较为重要的赋存方式,这部分有机质对全岩生烃量的贡献不容忽视。     

现代沉积物中硫、碳含量及其与沉积环境的关系

为了确定全硫,全碳有机碳与沉积环境的关系,分析了267个现代沉积物样品中的这些元素,这些样品取自不同的沉积环境中,即:日本群岛附近的九个湖泊和六个海域。在还原条件下淡水沉积物中的全硫平均含量低于半咸水和海水沉积物中的全硫量。然而,在氧化的海湾沉积物与给养丰富的淡水湖泊沉积物之间,全硫含量不存在明显的差异。有机碳的含量,在湖泊沉积物中比在海相沉积物中高;而碳酸盐碳,在海相沉积物中却比湖泊沉积物中更为丰富。至于硫的化学状态,除深海沉积物(没有测定硫化物硫)外,50％以上的全硫以硫化物状态存在。在多数情况下,在较强氧化条件下形成的沉积物中,全硫和有机碳含量之间表现为一种密切的正相关关系。在现代沉积物中全硫、有机碳和硫酸盐硫似乎比古老沉积岩中更丰富,虽然全硫含量对确定沉积岩的堆积环境是很有用的,但是非碳酸盐碳与全硫的浓度比值为区分海相成因沉积岩与非海相沉积物提供了更好的标志。     

巢湖沉积物有机碳分布变化特征

利用2003年7月用活塞取样器在湖泊靠近河口附近和湖泊内沉积最深区域内布点采集了柱样,对样品进行了有机碳和总氮含量等的测定,并对碳的分布变化特征及其影响因素进行了探讨。结果表明：AC4柱样样品有机碳含量变化整体上呈现出一个波动频繁且幅度较大的特点,AC3柱样整体上为缓慢渐变态势。AC4有机碳与细颗粒、总氮含量的相关性高于AC3柱样。两柱样的C／N比值垂向变化表明沉积物中的内、外源有机质在湖泊有机质中各占有一定比例,同时也反映了它们物质来源上有差异。可见由于位置差异导致的水动力条件、物源变化和降解作用等不同因素对其含量变化及C／N比值具有不同的影响。     

灼烧法中有机质与总有机碳换算关系的重建及其在页岩分析中的应用

有机质与总有机碳(TOC)的换算关系为wo=1.724×wTOC,难以满足当前页岩气开发的现场测定要求,需要作出修正。本文以鄂尔多斯盆地南部页岩样品为研究对象,在传统灼烧法基础上,采用X射线荧光光谱仪测定页岩组成,得出影响烧失量的因素;用热重-差热仪研究页岩灼烧情况,确定了无机盐不分解而有机质分解的最佳灼烧温度和时间。通过线性拟合灼烧法测得的有机质含量与仪器法测得的有机碳含量间的换算关系,建立了一种通过测定烧失量来换算总有机碳含量的新方法。在页岩最佳灼烧温度480℃,灼烧时间1.5 h条件下线性拟合建立了两种新的换算关系,获得TOC测定值与仪器法的标准值相对误差分别为1.691%、0.486%,检出限分别为0.41%、1.60%。综合它们的优缺点,可将测定页岩类样品的换算关系重建为wo=2.125×wTOC。重建的方法通过严格控制灼烧温度,解决了传统灼烧法中烧失量因无机盐高温分解造成有机质代表性不足的问题,可用于精确测定页岩中的有机质或有机碳含量。     

俯冲带中石墨质碳的研究进展

自然界中,石墨质碳可以稳定存在于沉积岩、岩浆岩和变质岩中,由有机质或无机碳酸盐转变而来。随着对俯冲带碳循环研究的不断深入,通常作为副矿物产出在变质岩中的石墨质碳也引起了广泛的关注。相比于碳酸盐矿物和含碳流体,石墨质碳因其低溶解性、低移动性常作为碳汇稳定存在于俯冲带中。然而,在一些特殊的地质条件下(例如流体出现的开放体系中),石墨质碳不再稳定,它会变得活跃并发生迁移。因此,石墨质碳也是俯冲带碳循环研究中的关键载体。本文在综述前人研究成果的基础上,总结了俯冲带中石墨质碳的性质、来源、形成和分解过程,并重点介绍了俯冲带中非生物成因石墨的形成机制、石墨质碳的稳定性以及石墨质碳的释放,全面探讨了石墨质碳在俯冲带碳循环中的重要意义。俯冲带中石墨质碳的成因机制主要有3种:生物有机质石墨化、饱和含碳流体沉淀、碳酸盐矿物的还原反应。俯冲带中石墨质碳可通过分解脱气和溶解的方式释放。俯冲作用和风化侵蚀是石墨质碳全球循环的两个主要过程,其中俯冲作用对石墨质碳的地球内部循环影响较大。     

干酪根碳同位素在成熟和风化过程中变化规律初探

干酪根是沉积岩中的不溶有机质,是油气形成的重要物质基础。通常认为,干酪根碳同位素是相当稳定的,主要与沉积有机质的化学组成或母质类型有关,受其他因素影响很小［１,２］。因此,长期以来干酪根碳同位素一直被视为有机质类型判识的最可靠指标之一。在油气勘探早期...     

藏南白垩系黑-红层沉积岩有机质组成分布特征

对藏南江孜县床得剖面白垩系黑层和红层沉积岩进行的有机地球化学研究表明,黑层有机碳含量高于红层5～10倍,红层和黑层饱和烃主峰碳数分别为nC25和nC23;黑层和红层沉积有机质的母质来源都以水生植物和菌藻类等低等生物为主,陆源有机质的输入非常有限;但饱和烃的分布和主峰碳数的差异可能反映了有机母源物质在种群方面的差异,而这种差异可能主要是水体温度存在差异造成的,即红层发育时期水体温度可能高于黑层沉积时期.而在高温度条件下,水生生物和陆生植物的生长发育受到限制,造成原始有机质产率和有机质沉积保存量低可能是红层沉积岩形成的主要原因.     

黄龙钙华有机碳测定方法的对比研究

中国四川黄龙钙华不仅具有重要的旅游价值,其有机碳含量对确定区内钙华沉积规律和环境生物的作用与贡献也具有重要意义。钙华有机碳测定的前提是有效去除无机碳,较好保留有机组分并测定,才能够准确地为生物参与钙华沉积提供依据。本文采用酸溶法、消解法、容量法对钙华有机碳含量进行了测定,结果表明:酸溶法会改变有机碳在钙华中所占质量分数,测试结果偏高,并且相对标准偏差(RSD)为23.73%~30.95%,精度较差;消解法对黑色、黄色两种钙华有机碳的测试较为准确,但对白色钙华的测试精度不够理想;容量法测试结果的RSD为3.27%~11.11%,在测定时受钙华组分中干扰物质和外界因素影响。通过横向对比这3种方法的优缺点和测试误差来源,认为消解法适用于钙华有机碳测定。     

气相色谱法测定岩矿中有机碳无机碳及石墨碳

介绍了测定岩矿样品中不同形态碳的方法。样品中加入ＭｎＯ２作氧化剂，在气相色谱仪内热解，测定结果是总碳。有机碳、石墨碳是由样品分别除去碳酸盐碳、碳酸盐碳与有机碳后，按总碳测定法测出。无机碳（碳酸盐碳）是在气相色谱仪密封系统内加酸分解碳酸盐，不用附加系统分离Ｈ２Ｏ与ＣＯ２，直接经色谱柱分离测定。也可分别测定总碳、有机碳或无机碳，用差减法计算无机碳或有机碳。     

黄海沉积物岩芯中氨基酸含量与黄海最末一次冰期的关系

在现代和古老的海洋沉积物中, 有机质的含量是变化的, 一般介于0.1和5%之间。这些有机质的主要来源是生物圈内在光合作用过程中固定的碳(初级生产力)。生物化学和地球化学的过程之间的很多变化和相互作用, 把这些生物的有机质转化到沉积物中, 在古老的沉积岩中广泛分布有这种活性的有机质残留物。     

人为土壤有机碳的分布特征及其固定意义

文章在分析不同类型的人为土壤形成过程及其特点的基础上研究了人为土壤有机碳含量、分布年龄与同位素组成特征。结果表明,人为土壤中有机碳的含量分布不同于起源土壤或者相应的非人为土壤,主要体现在有机碳含量降低的缓慢和不规则性以及有机碳含量的相对富集。通过计算证明人为土壤的有机碳密度高于相邻土壤或起源土壤。放射性碳测定表明人为土壤中的有机碳年龄较老,说明了有机碳在这些土壤中存在的相对稳定性。土壤有机碳的稳定同位素组成分析表明,土壤中深层的有机碳与现代有机碳来源不同,也表明了土壤中有机碳的稳定存在。文章还分析了人为土壤中有机碳富集和稳定的可能机制,包括物理、化学和生物学机制,认为就有机碳的固定而言,人为土壤是一种具有最佳管理方式的可持续利用的土壤资源     

大巴山前缘五峰组-龙马溪组干酪根碳同位素特征与有机质类型

大巴山前缘五峰组-龙马溪组有机质类型组成存在较大争议。在万源曹家、城口周溪、巫溪田坝、巫溪白鹿和巴东两河口等地区采集代表性样品进行有机碳含量、成熟度和干酪根碳同位素分析。五峰组-龙马溪组δ13C组成分布为-31.1‰~-28.2‰,田坝地区δ13C最轻,两河口地区δ13C最重。大巴山前缘干酪根类型是碳同位素组成的主要控制因素,有机质成熟度和有机碳含量影响较小。当有机质处于高成熟演化阶段,有机碳含量越高,δ13C组成偏轻;有机质处于过成熟演化阶段,有机碳含量越高,δ13C组成偏重,变化幅度小于1.2‰。按照干酪根碳同位素组成划分干酪根类型原则,大巴山前缘五峰组-龙马溪组有机质类型为I型(腐泥型)和Ⅱ1型(腐殖腐泥型)。     

祁连山区黑河上游俄博岭多年冻土区活动层碳储量研究

为了探索在全球气候变化背景下多年冻土区碳储量现状, 通过野外实地勘探和室内实验, 对黑河上游俄博岭多年冻土区地貌特征及不同海拔活动层内的碳储量进行考察和估算. 结果表明: 黑河上游俄博岭冰缘现象显著, 土壤季节冻融过程活跃, 且活动层中碳储量丰富. 在研究区约2.5×10⁶ m² 的范围内, 活动层平均厚度约为1.1 m, 活动层土壤有机质平均含量约为72.1%, 碳储量估算约为1.57 Mt C. 活动层不同深度处有机质含量呈现不同的变化规律. 随着活动层深度增加, 土壤有机质的含量逐渐降低, 在多年冻土上限附近有机质含量较高. 另外, 活动层有机质含量随着海拔和土壤含水量的不同而变化, 同时多年冻土区微地形和地质条件也对有机质含量具有重要的影响.