1、第二章第二章 有机沉积作用有机沉积作用一、有机圈及有机碳的地化循环一、有机圈及有机碳的地化循环二、有机质来源与有机沉积环境二、有机质来源与有机沉积环境三、不同环境中有机质沉积特征三、不同环境中有机质沉积特征1、生物圈生物圈：活的生物分布、发育的空间。2、有机圈有机圈：地球上古今生物及以生物为来源的有机物分布、演变的 空间。它与生物圈并生并存，而内含生物圈，范围比生物圈大。有机圈还包括生物死后，有机质沉积、埋藏、演变、分布的地下 广大空间沉积岩石圈。所以，生物的繁衍和死亡，有机质的沉积和深埋、煤、石 油、天然气等有机矿产的形成都是在有机圈中进行的自然过程。一、有机圈及有机碳的地化循环一、有机圈及
2、有机碳的地化循环保存下来的生物有机质平均保存下来的生物有机质平均仅为其原始产量的仅为其原始产量的0.8%左右左右氧化分解氧化分解生化分解生化分解生物吞食生物吞食3、有机碳的地化循环有机碳的地化循环：一、有机圈及有机碳的地化循环一、有机圈及有机碳的地化循环在整个有机圈中，有机碳及其构成的有机质处于不断的演化之中，在整个有机圈中，有机碳及其构成的有机质处于不断的演化之中，具有明显的循环性质。地壳上有机碳的两个主要循环系统，一个是具有明显的循环性质。地壳上有机碳的两个主要循环系统，一个是在在生物圈中的小循环生物圈中的小循环，另一个是在，另一个是在有机圈中的大循环有机圈中的大循环。土壤沉积物中有机物，
3、出露、开采至地表的有机矿产沉积岩中有机物、煤、干酪根等光合作用植物和细菌 石油石油天然气天然气交交换换库库储储存存库库生物圈生物圈变质沉积岩中的有机物死亡的动植物细菌动物 岩石圈岩石圈分解呼吸分解水体中分散有机质1：动物呼吸放出CO22-3：细菌分解成CO24-5-6：自然抬升氧化 和人工开采燃烧。生物圈中有机碳的循环途径生物圈中有机碳的循环途径COCO2 2光合作用光合作用植物和自养细菌植物和自养细菌动物动物COCO2 2呼吸呼吸COCO2 2光合作用光合作用植物和自养细菌植物和自养细菌动物动物COCO2 2菌解、氧化菌解、氧化死亡有机体死亡有机体COCO2 2光合作用光合作用植物和自养细菌
4、植物和自养细菌动物动物COCO2 2菌解、氧化菌解、氧化死亡有机体死亡有机体水中分散有机质水中分散有机质一、有机圈及有机碳的地化循环一、有机圈及有机碳的地化循环岩石圈中有机碳循环途径岩石圈中有机碳循环途径水体中分水体中分散有机质散有机质沉积物中沉积物中有机质有机质沉积岩中有沉积岩中有机质（煤、机质（煤、干酪根）干酪根）沉积沉积埋藏埋藏成岩成岩COCO2 2上升氧化上升氧化开采燃烧开采燃烧石油和天然气、中牌号煤石油和天然气、中牌号煤上升氧化上升氧化开采燃烧开采燃烧COCO2 2石油和天然气、煤石油和天然气、煤及变质岩中有机质及变质岩中有机质上升氧化上升氧化开采燃烧开采燃烧COCO2 2一、有机圈
5、及有机碳的地化循环一、有机圈及有机碳的地化循环沉积有机质的概念 活体生物的遗体及其分泌物和排泄物直接或间接进入沉积物、或经过生物降解作用和沉积埋藏作用被掩埋在沉积物中、或经过缩聚作用演化生成新的有机化合物及其衍生物的那部分有机质称为沉积有机质。在这一概念中包含了三个层次：一是活体生物活动所产生的有机质以及生物死亡后的尸体被保存在沉积物中的有机质，包括烷烃、脂肪酸、甾、萜、卟啉等生标物 二是活体生物活动所产生的有机质以及生物死亡后的尸体经过生物作用而产生的新有机质以及经过生物作用而残存的有机质被保存在沉积物中 三是有机质在埋藏演化过程中所新生成的有机质，如石油、天然气、煤、沥青等。二、有机质来源
6、与有机沉积环境二、有机质来源与有机沉积环境二、有机质来源与有机沉积环境二、有机质来源与有机沉积环境（一）有机质来源（一）有机质来源沉积物中有机质的数量和性质不仅取决于生物的发育，还取决于有机质的来源和有机沉积环境。原地原地沉积有机质：指原地生成并沉积埋藏于该地的有机质；异地异地沉积有机质：指通过各种地质营力搬运后而沉积埋藏的有机质。按地域进行划分，大致可分为来自沉积盆地的有机质、来自沉积盆地以外的有机质和混合来源的有机质三种。1、水盆地内水生生物来源水盆地内水生生物来源：并不意味着是原地来源，因有机质以分散状态在水中沉积下来的。以浮游植物来源最重要，其次是浮游动物和细菌。2、水盆外陆源高等植物
7、来源水盆外陆源高等植物来源：并不是陆地生物都能被搬运到水盆沉积的，只有产量最高的生产者，又由抗氧耐腐的生化组分组成的高等植物残体，才可能大量被带到水盆地中参与有机质的沉积。陆源有机质对水盆地都是异地来源。只是在沼泽环境，高等植物多是原地来源。陆源有机质，主要通过河流搬运到水盆地。3、两者兼有的混合来源两者兼有的混合来源：在湖泊环境、海陆过渡环境及浅海大陆架环境中，有机质部分来源于盆地内水生生物，部分来源于盆地外高等植物。这种有机质来源的二元性，不仅影响有机质的数量，而且影响有机质的性质。陆源有机质一方面参与沉积，另一方面是水生生物的营养物。二、有机质来源与有机沉积环境二、有机质来源与有机沉积环
8、境（一）有机质来源（一）有机质来源1、水体环境的物理参数水体环境的物理参数 物理参数指沉积物和有机质沉积介质的动态和静态物理性质。（二）控制有机沉积作用的因素（二）控制有机沉积作用的因素 沉积速度与沉降速度对有机质的影响较为复杂，一般说，过快沉积有“稀释作用”，而过慢有机质会被“暴露氧化”，都不利于有机质的保存。水体深度水体过深，不利有机质保存，因在有机质经过很深水体时，常被其它生物或氧气所消耗。粘土矿物与有机质的絮凝作用分泌物与粘土结合形成大颗粒而加快沉积；在生物体内与粘土结合，以粪便形式排出而加快沉积。水流流速沉积物颗粒在水体中的沉降速度，可用斯托克斯公式计算：gd92V212不适合有机质
9、沉积控制有机质沉积作用的因素包括水体环境的物理参数、化学参数和生物参数。沉积速度与有机质含量的关系沉积速度与有机质含量的关系过快速堆积造成的过快速堆积造成的“稀释作用稀释作用”有机物供应恒定时，有机物供应恒定时，无机物稀释了有机物无机物稀释了有机物2、水体环境的化学参数水体环境的化学参数 氧化氧化-还原电位还原电位(Eh)：当Eh=0为中性，Eh0为氧化环境，Eh0为还原环境。有机质只有沉积在还原条件下才能保存持久，否则会“缓慢燃烧”。含铁自生矿物是氧化-还原环境的常用标志：褐铁矿赤铁矿海绿石鳞绿泥石菱铁矿白铁矿、黄铁矿 （氧化环境）（弱氧化弱还原环境）（还原环境）（强还原环境）氧化带 弱氧化
10、带 中性带 弱还原带 还原带 强还原带（氧化铁）（海绿石）（Fe3+、Fe2+）（菱铁矿）（碳酸铁）（硫化物）（氢氧化铁）（富铁绿泥石）（蓝铁矿）（硫化铁）有机质主要保存在强还原带弱还原带，沉积物中有机质含量丰富，本身就指示了处于良好的还原环境。在强还原环境，零位面在水中；在氧化环境，零位面在泥中。（二）控制有机沉积作用的因素（二）控制有机沉积作用的因素 酸碱度酸碱度(pH值值)：酸性介质pH7，中性介质pH7，碱性介质pH7。当pH7.8时，有机质常与碳酸盐一起沉积，有机质含量较高，就形成碳酸盐岩生油岩。这种环境缺乏陆源沉积物补给，有机质多为腐泥型。在pH7的强酸沼泽环境，堆积了以腐植型为主
11、的有机质。盐度盐度：在淡水、微咸水和正常咸水环境，水生生物都可大量发育。超咸水环境不利于生物发育，只剩下少数喜盐生物。咸度周期性变化的环境，可造成不同生物群落的周期性繁殖和死亡，提供十分丰富的有机质沉积 化学沉积一般顺序：氧化物硅酸盐碳酸盐硫酸盐卤化物。温度温度：水生生物的发育与水体温度有关。生物礁生活在热带海洋中；显微粒状灰质藻，主要生长在温暖地区；硅藻大量发育在寒冷地区。对有机质沉积和保存最有影响的是热带、温带水盆地内温跃层的存在。（二）控制有机沉积作用的因素（二）控制有机沉积作用的因素（二）控制有机沉积作用的因素（二）控制有机沉积作用的因素3、水体环境的生物参数水体环境的生物参数 提供有
12、机质和沉积物来源：生物的初生产率提供大量的有机质来源。改变沉积环境：生物活动引起CO2含量的变化可以影响碳酸盐的沉淀或溶解搬运。加速沉积过程：有机质与粘土的絮凝作用会加速有机质的沉积作用。消耗、改造有机质：对于大量的高等植物有机质，细菌的分解，还原作用更是主要的。富集稀有微量元素：有机质对许多元素的成矿都起着重要的作用。1、沉积场所最大2、远洋水域有机质来源是单一的，近陆海域是混合的3、有机质的有利沉积条件：表层生物产量高、下层缺氧还原，持续较快沉降、絮凝作用加速沉积。4、高能滨岸带(滨海)不利于有机质沉积保存5、大陆架是海洋内有机质的主要沉积区6、远洋盆地是生物钙质、硅质丰富沉积区和有机质贫
13、乏沉积区，以化学沉积为主。7、“堰塞”小洋盆和毗邻大陆架的深海盆是有机质重要沉积区三、不同环境有机质沉积特征三、不同环境有机质沉积特征三角洲、河口湾和泻湖位于陆地和海洋之间，兼有两者特点。1、有机质来源的二元性：淡水生物、半咸水、咸水生物并存。陆源搬运而来的高等植物。2、低能缓流还原环境，有利于有机质沉积。3、干旱泻湖环境，富有机质泥岩常与蒸发岩组成旋回。蒸发盐岩盆地沉积分四个阶段：静海相阶段旋回开始，盐度升高，底水缺氧，生物发育，腐泥型有机质浓缩阶段海水浓缩，表层出现早期盐类沉积，动物群稀少。稳定蒸发阶段蒸发盐岩依次大量沉积，表层出现石盐和石膏沉积。终结阶段盐充填盆地，最后形成钾盐。4、过渡
14、带以陆相淡水与海相咸水环境交替为特征，有机质来源更复杂。2、低能缓流还原环境，有利于有机质沉积3、干旱泻湖环境，富有机质泥岩常与蒸发岩组成旋回。四个阶段：A.旋回开始，海水盐度开始升高，底水停滞缺氧，生物发育，沉积了富有机质腐泥岩相，常为油源岩；B.海水浓缩，表层出现早期盐类沉积，动物群稀少；C.蒸发盐岩依次大量沉积，表层出现石盐和石膏沉积。D.盐充填盆地，最后形成钾盐。4、过渡带以陆相淡水与海相咸水环境交替为特征，使有机质生物来源更复杂。水盆地中心以腐泥型为主。水盆地边缘和河流三角洲处以混合型和腐植型为主。说明过渡性环境有机质来源的二元性和复杂性。1、有机质来源也具有二元性，并具有多向性。2
15、、营养型湖的浪基面以下的还原环境是有机质的富集区。3、湖泊环境差异大，沉积的有机质差异也大。4、营养型淡水湖泊的较深深湖及前三角洲亚环境沉积富。有机质泥质岩5、盐湖中富有机质的油页岩、泥质岩常与蒸发岩组成旋回。6、单断式“箕状”断陷不对称湖盆，有机质亦呈不对称展布。0.10.20.30.40.50.00.060.110.160.230.30.40.50.60.7干酪根生烃潜量样品个数样品总数226617159 1、有机质来源的原地单一性：原地大量繁殖的植物就地堆积，异地碎屑和有机质稀少。2、温和潮湿的气候和长期停滞的水体有利于沼泽发育和泥炭沉积：在地表浅层，死亡的有机体是处在氧化弱氧化环境中，
16、而在停滞水体的下层，随着氧被消耗，逐渐转化成还原环境，使部分有机质堆积保留下来。一般来说，泥炭的形成率(即泥炭的堆积量与植物的生产量之比)不到10%，即只有不到植物总产量的10%可以形成泥炭。3、沼泽沉积的有机质丰度最高、类型单一。沼泽环境可划分为、和3种类型4、沼泽煤系常与湖泊、泻湖生油层系交替：形成沼泽一条重要途径是湖泊，泻湖的淤积陆化。湖泊相或泻湖富有机质沉积常组成剖面下部，向上逐渐过渡为煤系沉积。1、地球上古今生物机器死亡后有机物展布、演变的空间有机圈。地球化学家最感兴趣的碳循环。2、原始有机质来源可分为：水盆内水生生物来源、陆地高等植物来源和混合来源。水盆内生物来源并不意味着是原地来
17、源。3、沉积环境控制有机质的沉积。环境是具有一套特定的物理、化学和生物学变量，形成的岩层具有专门特征的地理单元。有机相是有机质数量和类型、来源和沉积环境的有规律的综合。4、有利于有机质沉积的物理参数水流缓慢、粘土絮凝、水能低、水深中等、适当的沉积速率和沉降速率，等。5、有利于有机质沉积的化学参数水体保持还原环境、温度、酸碱度、盐度适当。盐跃层、温跃层对形成还原环境、生物发育和有机质沉积都有利。6、生物既是有机质来源，又是有机质沉积的重要环境参数。自身耗氧造成还原环境；与粘土絮凝加速沉积；微生物对有机质有重要的改造作用；富集稀有微量元素。7、最大的有机质沉积空间；远洋盆地有机质来源单一，近陆海具有二元性；有利的环境表层生物高产、下层缺氧还原、持续较快沉降、絮凝加速沉积。8、有机质来源的二元性，多为混合型有机质；有利于有机质沉积，主要是前三角洲亚环境、河口湾滨外亚环境、海湖、泻湖浪基面以下环境。干旱泻湖环境，富有机质的泥岩常与蒸发岩组成旋回。9、有机质来源的二元性和多向性，湖泊亚环境及其有机质数量、类型多呈环带状分布。深湖-半深湖、湖湾、湖泊三角洲、水下扇扇端等都是有利的有机质沉积区。10、有机质来源的原地单一性，温和潮湿气候和长期停滞的水体、植物持续繁盛是沼泽泥炭沉积的良好环境
