全 文 ：z夕5 7 年 3月
地 球 化 学
G E O C HIM C A I第 l期
一种可能的煤成油母质— 泥炭醉煤的有机地球化学特征 *
傅家漠 盛国英 陈德玉 刘德汉
(中国科学院地球化学研究所 )
5
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C
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B ra e s s lA l
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G ow a rG
.
E 君 li n to n
(英国布里斯托尔大学化学系 )
内容提要 形成于贫营养型高地沼泽的云南金所泥炭醉软褐煤的链烃主要由正烷烃组
成 , 异戊二烯类烃含量甚低 , 含少量陆源三菇烯 。 芳烃馏分主要由三芳 、 四芳三菇类和两个未
知化合物组成 。 前者具典型陆源输入的奥利烷或乌散烷分子骨架 。 褐煤 卿。 。 仅 。 . 24 % , 但
芳构化作用已十分强烈 , 且芳烃主要由芳构化陆源三菇类组成 。
主题词 泥炭鲜褐煤 二菇类烃 芳构化三菇类烃 云南金所盆地
泥炭鲜 ( SP h o g , “ 。 ) 是鲜类植物 (价 y ap 人y , 。 ) 的一个属 , 是温带或冷湿气候条件下
贫营养沼泽的常见特征植物 。 泥炭醉泥炭也是泥炭的重要类型之一 , 在国内外第四纪沉积
中均有分布 (韩德馨 , 杨起 , 19 8 0 ) 。 最近陆杰和张秀仪在我国云南第三纪褐煤中首次发
现了泥炭鲜煤 ( s P人。 g 。 。 。 C oa l ) , 俗称白泡煤 ` , 。 这种泥炭鲜煤是生产褐煤蜡的重要原
料 ,其含蜡量很高 , 因而推测它也应是一种可能的良好成油母质 。 研究这种煤的有机地球
化学特点无疑对了解其成因与性质 , 以及对丰富陆相生油与煤成油理论均具有重要的意
义。 19 8 5 年 ,我们采集了三块泥炭辞煤样 , 分别在英国布里斯托尔大学和中国科学院地
球化学研究所深入研究了这些样品 , 结果完全吻合 , 初步查明了这种陆源成烃母质的地球
化学特征 ,特别是其生物标志化合物组成特征 。
一 、 实 验 方 法
泥炭鲜煤样经氯仿淋洗去污染后 , 粉碎至 < 80 目 , 用甲苯 : 甲醇 ( 9 : l) 进行索氏抽
提至抽提液无色。 抽提物经硅胶 G 薄层层析法分离成烷烃及芳烃馏分 。
样品 85 一 0抽提物经硅胶 G 薄板展开后 , 在紫外荧光灯下发现一天蓝色色 带 (凡 值
约为 。 . 2 ) , 刮下此带 , 并溶于二氯 甲烷中 , 即得具有三芳环和四芳环的几个化合物 。
烷烃 、 芳烃以及蓝色荧光带化合物均进行色谱及色谱 一质谱分析 , 鉴定条件见傅家漠
第一作者简介 : 傅家漠 男 53 岁 研究员 有机地球化学和沉积学
l) 陆杰 、 张秀仪 ( 1 9 8 5) 云南金所第三纪褐煤盆地泥炭鲜煤的发现和研究 。
乖 中国科学院基金资助的课题 ( 8 50 30 3 o)
一
2等 ( 19 8 5 )。
地 ’球 一 } , 化从 学 1 9 8 7 年
一二 : 娜质产状与煤岩特征
泥炭醉煤产于云浦寻甸单金所盆地和曲靖的漆浒盆地 , 分别位于昆明东 北 约 ” 5“ m和 1 1 , km 。 二盆地均为山间内陆向斜盆地 。 金所盆地南北长 g k m , , 东西宽 1 . ,一 4 . ok m ,
上新世中 、 晚期内陆湖沼含煤沉积厚约 60 一 1 30 m , 褐煤层出露厚度达 2 6m 。 泥炭薛煤
成薄层分层产出于褐煤层的中 、 上部 ; 8一 9 c3 m 厚泥炭鲜煤分层共计有 19 层 。 泥炭鲜 煤
形成于贫营养型高位沼泽 ,其 C a O +
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泥炭醉煤主要由泥炭鲜结构体 ( s p汤ag 称“ m t瞬xit i面。 , 达 72 一 85 务 ) 和极少量 泥 炭醉
丝质体 ( sP 石ag 、 。 加咖iet ) 组成 , 次要组分尚有主要由木本植物形成的腐植组 一 (主要为结
构体 ) 、丝质体 、 菌类体 、 抱粉体和沥青质体 。 蜡含量甚高 , 为 13 一 1 5外 (毛基卜腐植组反
射率 又几。 为 0 . 24 务 , 属年轻褐煤或软褐煤 1) 。
三 、 元素组成与可溶有机组分
泥炭醉煤的有机元素分析结果列于表 1。 根据 H / C 原子比和 。 / C 原子比判断 , 纯
的泥炭醉煤属典型的 n 型干酪根 , 为较好的未成铡生油母质 。 8 5一 。样苯 一甲醇抽提物远
1 6
.
3: 务 , 抽提物 /。 有机 为 。 . 3 1 , 8。一 1 ’样的族组成为烧烃 1。外 , 芳烃有务、 非连千渝臀猛
73 多。 可见泥炭醉煤的成熟度虽然很低 , 但其可溶组分告量和烃产率仍较嘴石一 丁
卜 ~
表 f 泥炭醉煤的有机元亲组成 .
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一
0样在英国布里斯托尔大学分析 ; 8 , ; 1 , 压5 一 2 样分析在贵阳完成。
四 、 烷 烃 组 分
泥炭鲜煤的烷烃部分主要由正构烷烃组成 (图 l a) 。 正烷烃分布基本上呈单峰型 ,即
主要由 几一 q 3 正烷烃组成 , 主峰为正三十一烷与正二十九烷 。奇偶优势十分明显 , 8 5 ~ o 、
8 5一 样品测得的 O E P 值分别为 3 . 63 与 5 . 1 0 。 异戊二烯烷烃含量十分低 , 仅检出植烷以
下异戊二烯烷烃 ,且含量较低 , rP n/ q 7 与 P h n/ q 。 比值小于 1 或接近于 1 , 如 8 5一 l 和 8 5 -
l) 陆杰 、 张秀仪 ( 1 9 8 5 ) 云南金所第三纪褐煤盆地泥炭醉煤的发现和研究 。
第 l 期 傅家漠等 : 一种可能的煤成油母质— 泥炭蓟煤的有机地球化学特征
…
翼粪 天曰汉欠 )以头仪
( b )
4 5
a
. 烷烃 : 1
b
. 芳烃 : l
图 1 8 5一 0 烷烃 、 芳烃组成相对丰度
.正烷烃 2. 类异戊二烯烷烃 .3 蕾烷类 .4 三菇类 .5 二菇类 6. 倍半菇类 7 .幽烷
.四芳五环菇类 2 .二芳五环菇类 .3 二芳四环菇类 4 ·芳构化二菇类 5 .芳构化葫类
6
.未知化合物 .7苯 , 茶和菲的甲基衍生物
2煤样测定结果分别为 1 . 4 与 0 . 5 和 0 . 6 与 o · 7 。 p r / p h 比一般小于 1 , 为 0 . 3 5 与 0 . 7 1 ,
但 85一 O样品高达 3 . 3 3。
环烷烃是烷烃组成中较重要的次要成分 (图 1。 ) , 包括三菇类与二菇类 。 8 5一 l 样中
已检出二个 c 加 二菇烯 , 一个 lC , 降二菇烷和二个 q 。 二菇烷 , 以及一 个 可 能 的 松 香 烷
( P hilp
,
19 5 , )
, 在其他二样中还检测出异降海松烷 ( C ; , ) 和朽松 木 烷 ( lC , ) ( L i r s e y , e ,
al
. ,
19 8 4 ) (图 2一 I , 11) 。 三菇类主要由 q 7一 C 3 2 霍烷组成 , 其特点 是存在 q : 蕾 烷 ,
C 3。一 C 3: 蕾烷以 即 构型为主 , 缺少 C 3: 以上升蕾烷 。 值得注意的是 , 还检出了奥利一 1 2一烯
与蒲公英一 14一烯 (图 2一 111 , VI ) ( K im b l e e ` a l . , 19 7 4 ) 。
泥炭鲜煤正烷烃分布显示出陆源植物输人的基本特征 。 表征陆源输人的生物标志化
合物尚有二菇类和陆源三菇烯 (奥利一 1 2一烯与蒲公英一 1 4一烯 ) ( P hi 卜 19 B哆沁 胆是表 r脸
测出一般含煤沉积中特征的苯并蕾烷 (盛国英等 , 1 9 8 5 ) 与断蕾烷 ( H u s l e : ct al . , 19 8 4 ) 。
低含量达异戊二烯烷烃和低分子正烷烃及蕾烷分布可能与弱还原一弱氧化环境的 微 生 物
活动有关 。 这显然不同于茂名地区强还原环境成因的腐植凝胶体 (傅家漠等 , 19 8 5 ) 。 蕾
烷 /幽烷比值高是含煤沉积特征之一 ( H of fm an n et al . , 198 4 ) , 泥炭鲜煤中检测不 出 当
烷 , 其原因也可能相似 , 但也可能是幽烷在成岩过程中丢失了 ( C ha f e an d Jho sn , 1 9 8 3 ) 。
蕃烷以朋 构型为主 , 陆源三菇类均为烯烃以及二菇类含二菇烯说明 , 此泥炭辞煤仍
处于低演化阶段 , 与其反射率测定结果吻合 。
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煤中生物标志化合物质谱图
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4 a , 9一五甲基一 1 , 2 , 3 , 4 , 4 a , 14 b 一六氢化一 5 -
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续图 2 煤中生物标志化合物质谱图
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2 , 2 , 9
一三甲基 一 1 , 2 , 3 , 4一四氢化西 .X 未知化合物
12 a
一四甲基 1 ,
环芳构化产物
2 , 3 , 斗 , 斗 a ,
撇 v . 5 , 3 , 7 ,
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一八氢化窟的异构体
1 2 a 一四甲基 1 , 2 , 3 , 4 , 4 a ,
X l
· 未知化合物 X l l . 3 , 3 , 7 ,
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. 羽扇醇的脱 A 环及 B 十 C
11 , 1 2 , 1 2 a 一八氢化苗 X V · 4一甲
基 2 4一乙基一 19 降胆幽 3 , , ( 10 ) 三烯 x v l
· 单芳蕙路烷
1 9 5 7年
五 、 芳 烃 组 分
泥炭鲜煤的主要芳烃组分是三芳 、 四芳五环菇烷与两个未知化合物 (图 l b )。 图 2 是
用T L C分离之具有蓝色荧光的三芳 、 四芳混合物 ,经气相色谱 一质谱分析 ,并与文献对比
( C h
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,
19 5 3 : W
a k e h
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. ,
19 8 0 : L a f l
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a n d H it
e e , 19 7 9 ) 确认 , 这
五个芳烃化合物是 : ( l ) 2 , 2 , 4 a , 9一四 甲基一 l , 2 , 3 , 4 , 4 a , 5 , 6 , 14 b一八氢化茜 (图
3 一 A 。 图 2一 V ) ; ( 2 ) l , 2 , 2 , 4 a , 9 一五甲基一 1 , 2 , 3 , 4 , 4 a , 1 4 b一六氢化一 5一烯茜 (图 3 一 B ,
图 2一 V l ) ; ( 3 ) 7一甲基一 3 , 一乙基 一 l , 2一环戊烷并窟 (图 3一 C , 图 2一 V l l ) ; ( 4 ) 1 , 2 , 9一三甲
基 一 1 , 2 , 3 , 4一四氢化茜 (图 3一 D , 图 2一 V l l l ) 和 ( 5 ) 2 , 2 , 9一三 甲基一 l , 2 , 3 , 4一四氢化茜
(图 3一 E , 续图 2一 Ix ) 。 上述蓝色荧光带混合物经紫外一可见分光光度计扫描表 明 : 混
合物在 2 4 5 n m 和 2 5 0n m 处具有明显的三芳环和四芳环吸收峰 。 这些三芳 、 四芳五环菇类
构成研究样品的主要组分 , 如 8 5一 1样芳烃 IR C 图中 , 四个主要组分即为三芳 、 四芳五环
菇烷 (图 4 ) 。 另外两个未知化合物〔图 4 中 U , 、 认 ) 的基峰为 m / 2 15 8 (m / 2 14 5 ) , 分
子峰 m / 2 3 7 6 (续图 2一 X 、 x l ) 。
此外 , 芳烃馏分中尚含有少量常见的烷基苯 、 烷基蔡和烷基菲 , 芳构化二菇烷和倍半
菇等 , 如脱氢松香亭。
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铆描盯 }刊
图 3 85 一 。 样三芳 、 四芳五环菇类
A一 F : 见正文
第 1 期 傅家模等 :一种可能的煤成油母质— 泥炭鲜煤的有机地球化学特征
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85 一 1 芳烃
U, 、 U
Z 见正文
值得注意的是在芳烃馏分中还检 出了一些四环的芳香烃化合物 :
1
. 三个分子量为 29 2 的益系等化合物 。 根据化合物的质谱图与 W ak he 咖 等 ( 1 9 8。 )
在现代湖沉积物中所检出的谱图对比 , 这些化合物很可能是 : ( l ) 3 , 3 , 7 , 12 a一四甲基一 1 ,
z , 3 , 4
,
4 a
,
1 1
,
12 , 1 2 a一八氢化窟的异构体 (续图 2一 X l l , m / 2 2 0 7 , M+ 2 9 2 ) : ( 2 ) 羽扇
醇的脱 A 环及 B + e 环芳构化产物 (续图 2一 X l l , m / 二 2 0 7 , M + 2 9 2 ) ; ( 3 ) 3 , 3 , 7 , 1 2。 -
四甲基一 l , 2 , 3 , 4 , 4 a , 1 1 , 1 2 , 1 2 a 一八氢化窟 (续图 2一 X IV , m / 2 2 9 2 , M + 2 9 2 ) 。
2
. 基峰为 m / 2 Z H 的两个芳香幽烷 : 两个化合物的基峰均为 m / 2 21 1 , 且 M 十
394 。 质谱图与 R ul lk 6 t er 等 ( 19 8 3 ) 的结果对比 , 并根据质谱特征碎片峰推测其可能
的结构为: ( 1) 4一甲基 一 2 4一乙基 一 19 降胆幽 1 , 3 , 5 ( 1 0) 三烯 (续图 2一 X V ) ; ( 2) 单芳蕙
街烷 (续图 2一X v x ) 。
上述芳烃化合物多与陆源输入有关 , 包括各种芳构化的三环 、 四环 、 五环菇类 , 五个
芳构化五环菇类化合物中 (图 3 A一 E ) 。 A 、 B 、 D 、 E 来源于陆源三菇类 , 根据色谱上流出
顺序 ,推测 A 、 E具有奥利烷的骨架 , 而 B , D 具乌散烷骨架 。 c 则来源于霍烷类 ( C ha f e
an d Jho sn
,
19 8 3 )
。 三个意系化合物来源于高等植物富含的 价香树精 ( E 环为六元环的
益系化合物 )和羽扇醇 ( E 环为五元环的苍系化合物 ) 。 芳香幽烷则来源于胆幽醇 ( L afl -
~
e : dn H it t e e
,
197 ;9 H
o
f m an n
,
1 9 8 4 )
。 这些芳烃化合物广泛分布于现代沉积物 或
年轻的低成熟度沉积物中 ( e h a f f e 。 a n d J o h n s , 19 5 3 ; W a k e h a m e ` a l . , 1 9 8 0 ; L a fl a m m e
an d H it e e
,
19 79 ; R u l l k o t e r a n d W el t 。
,
19 8 3 : H
o
f fm
a n n , 1 9 8 4 ; B r a s s el l e t 0 1
. ,
19 8 0 )
。 因
地 球 化 字 1 98 7年
此它们应该是在早期成岩阶段 ,甚至沉积作用阶段天然形成的 , 即经芳构化 ,异构化以及
裂解生成的产物 ( Ch a f f e e a n d J o h n s , 19 8 3 ; L a fl am m e , 1 9 7 9 ; H o f frn a n n , 19 5斗) 。
六 、 结 论
泥炭鲜煤形成于贫营养型高地沼泽 , 主要由泥炭醉植物富集而成 。云南金所盆地泥炭
鲜煤属典型的 1 型干酪根 , 含蜡量 13 一 1多多 (干基 ) , 纯的泥炭薛煤主要由泥炭鲜结构体
(即加 gn u , , xe it 沁 。 ) 组成 ,抽提沥青 / C 有机达 0 . 3 1 , 烷烃与芳烃含量分 别 为 10 务 和 17 并 ,
是良好的成油母质 。
泥炭醉煤的链烃主要由正烷烃组成 , 异戊二烯类烃含量甚低 。 正烷烃分布属单峰型 ,
主峰 C 3 , 或 C Z, , 具锯齿状奇偶优势分布 ( O E P 一 3 . 6 3 , 5 . 10) 环烷烃主要由蕾 烷 和 少 量
二菇类 、陆源三菇烯 (奥利一 1 2一烯 、 蒲公英一 1 4一烯 )组成 , 缺少幽类烃 。 这些特征说明 ,陆源
输入显著 , 同时也说明早期阶段的弱还原一弱氧化环境下的细菌活跃 。 芳烃馏分主要 由三
芳 、 四芳三菇类和二个未知化合物 ( M + 3 7 6 , 基峰 m / 2 15 8 或 m / 2 1 4 5) 组成 , 含
少量常见苯 、 蔡和菲的烷基衍生物 , 以及芳构化倍半菇 、 二菇类与二芳化三菇类 (四环三
菇 ) 。 值得注意的是这些三芳 、 四芳三菇类和其他次要组分多属典型陆源输人标志物 , 如
具奥利烷骨架的三芳 、 四芳菇类 ,具松香烷骨架的脱氢松香亭等 。
泥炭鲜煤成熟度甚低 , 反几。 仅 0 . 24 多 , 属软褐煤 。 脂肪烃主要由烷烃组成 , 仅含极
少量烯烃 , 如二菇烯和陆源三菇烯 。 蕾烷含较多稳定性低的即 构型物 。 值得注意的是在
如此低演化阶段 ,芳构化作用已十分强烈 , 芳烃主要由芳构化陆源三菇类组成 。 样品中检
测不出幽烷化合物 ,可能与物源输人有关 , 也可能与早期成岩变化有关 。
周义平提供样品和有关地质资料 ; E . J . E v a sn 协助解释谱图 ,李桦参加部分化学实
验 , 仅此一并致谢。
参 考 文 献
傅家漠等 ( 19 8 5 ) 茂名油页岩中生物输人的标志化合物 , 地球化学 , 第 2 期 , 9 一 114 页 。
韩德馨 、 杨起 ( 1 9 8 0 ) 中国煤 田地质学 (下册 ) , 煤炭工业出版社 , 礴1 , 页 。
盛国英等 ( 19 8 5 ) 检出于侏罗系沉积岩的一类新标志化合物— 苯并蕾烷 , 地球化学 , 第 1期 , 7 ,一 79 页 。B r a s s e l l , 5 . C . e , a l . ( 1 9 80 ) P r e l i m i n a r y L IP id A n a l y s e s o f S e e t i o n s 4 4 0 A一 7一 6 , 呼4 0 B 一3 一5 , 4斗OB 一8 一 4 , 4 4 o B 一 6 8一 2 a n d
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