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顯微組分生烴的化學基礎

由於生物前體的不同,各顯微組分的化學組成和結構不同,表現為聚合程度和富氫程度的差異,決定了各顯微組分生烴時間和生烴潛力的差異。因此,有必要分析各顯微組分生烴的化學基礎。

首先,鏡質體

鏡質體主要來源於高等植物莖葉的木質纖維素組織,其主要前體是纖維素、木質素和單寧。根據煤結構的新觀點,鏡質體的主要結構是復雜的大分子網絡骨架,其中包裹著各種低分子量的化合物,前者稱為剛性相,後者稱為流動相(Given et al .,1984;林等,1987)。流動相是鏡質體中可溶性有機質的主要來源。構成大分子網絡骨架的生物前體主要是高等植物的木質素。

木質素是壹種無定形的三維交聯聚合物。它的基本結構單元是苯(大多是1,4-;1,3,4-;或者1,3,4,5-替換)。其中,丙基常被氧化成醇。纖維素也是植物細胞壁的基本框架,是壹種容易水解的多糖聚合物。單寧是酸、單寧酸、鞣花酸等不同成分的芳香族化合物的混合物,具有酚性和高分子量的性質。

第二,惰性組

惰性組的生物前體和植物前體壹般與鏡質體相似,即主要來源於植物細胞壁的纖維素和木質素。但這些成分經過了絲碳化,形成了含碳量較高、含氫量較低的物質,即惰性基團。因其聚合度和芳構化程度高,通常不作為油氣生成的母質(Teich-muller,1982)。

三。結皮形成

甲殼質組由富含氫的植物物質(如孢子、角質、樹脂、蠟、樹膠、乳膠、脂肪和油)和蛋白質、纖維素及其他碳水化合物的細菌降解產物形成。與腐殖物質相比,甲殼質含有大量的脂肪族成分。

1.孢子

孢子體起源於高等植物孢子和花粉的外細胞壁(外壁和周壁),主要由稱為孢粉和纖維素的生物聚合物組成。Brooks等人(1978)提出孢粉主要由β-胡蘿蔔素、葉黃素和脂肪酸的氧化* *聚合物組成,但後續研究未能證實孢粉中含有大量的類異戊二烯結構。前者成熟為孢子體時形成類似木質素的芳香碳結構,熱解時生成烷基酚,後者熱解生成壹系列正構烷烴。

2.角質

角質來源於植物的角質和角質層,廣泛存在於果實、莖、葉的表層。角蛋白是植物角質層的結構成分,大多存在於陸生植物中。

角蛋白的化學結構主要由羥基和環氧脂肪酸的生物聚酯組成。其中壹個是C16家族,主要是二羥基棕櫚酸,其中壹個羥基位於ω-碳,另壹個位於C-10、C-9、C-8或C-7,二羥基棕櫚酸常呈L型構型。另壹類是C18家族,主要由壹些羥基油酸和C-12位帶有雙鍵的同系物組成,還含有少量的酚羥基酸,如對香豆酸和阿魏酸。圖2-1是由C16單體家族(Kolattukudy,1982)組成的角蛋白的化學結構模型。

Nip等人(1987)研究了壹些現代高等植物及其化石葉中的角質層,發現其中含有穩定的高脂肪結構的生物聚合物。其熱解色譜顯示主要由壹系列線性脂肪烴組成,表明角質層中存在聚乙烯結構。角質巖的熱解色譜特征與某些高蠟石油的熱解色譜特征十分相似(Tegelear等人,1989)。因此,壹般認為與原油含蠟量高密切相關(Brooks和Smith,1969)。

3.樹脂體

樹脂來源於高等植物,如樹脂、蠟、油、脂肪和粘液,其中樹脂和蠟是主要的生物母質。化學上,樹脂、硬樹脂、精油、軟樹脂等。屬於萜烯類,可以認為是兩個或兩個以上的異戊二烯分子縮聚生成的。脂肪和蠟是可提取的脂類。

圖2-1角蛋白的單體結構和聚合物結構模型

(Kolattukudy,1982)

樹脂的主要化學成分是各種萜類化合物,包括揮發性的單萜、倍半萜、二萜、非揮發性的二萜酸和三萜酸,以及少量的醇類、醛類、酯類等非萜類物質。由於樹脂酸的高化學穩定性,樹脂體通常繼承並保留了樹脂酸的基本化學骨架結構。隨著成熟度的增加,樹脂羧酸轉化為二萜,並進壹步芳香化為芳香族二萜,如脫氫樅烯、姜烯和甘椒酮。

脂肪和蠟屬於脂類化合物。種子細胞的原生質中特別富含脂肪,脂肪可占種子幹重的70%以上。此外,許多藻類也儲存脂肪。脂肪是含有不同脂肪甘油酯的化學混合物,富含氫。脂肪酸作為石油的前體起著重要的作用。

蠟以細小的顆粒、小莖或固體表皮的形式沈積在葉子和果實上。此外,蠟也存在於組織中,角質化和木栓化的細胞壁也含有蠟。蠟是由高級脂肪酸和高級脂肪醇形成的酯,與脂肪非常相似,由相對較短的無分支分子(C30~C34)組成。與樹脂體相反,蠟不會聚合,它們是防水的,可溶於醚和熱酒精。

4.木栓巖

木栓質主要來源於植物莖和根外的木栓層。它主要存在於樹皮的軟木細胞壁中。軟木由軟木樹脂、木質素和多糖制成。其中軟木樹脂含有大量脂肪族結構成分,包括多羥基單、二元高碳脂肪酸及其甘油酯和酚類(鄭誌芳,1988)。這些脂肪族成分通過酯或醚鍵與木質素的芳香族結構單元交聯,形成軟木聚合物(圖2-2)。

圖2-2木栓質的化學結構模型

(Kolattukudy,1982)

四。腐泥地層

以藻類為代表的腐泥組主要來源於各種藻類及其細菌分解產物。常見的種類有叢生藻、粘球菌。,柵藻屬。、微四角藻、藍藻等。

藻類是公認的最佳生烴母質之壹。其生物前體富含蛋白質、纖維素、脂肪酸、醇類、酮類和烴類。壹般藻類富含C12 ~ C20的偶數碳的直鏈飽和不飽和壹元羧酸,藻類脂肪和細胞膜也含有長鏈脂肪酸(天梭和韋爾特,1984)。藻類的含氫量很高,達到10% ~ 11%,主要由開鏈脂肪結構組成,很少含有芳香結構(Allan et al .,1980)。需要指出的是,藻類死亡掩埋後,其細胞壁有機物和胞內脂類聚合成藻類幹酪根大分子,而藻膽甾醇、長鏈烯酮、烯烴等原有的遊離生物脂類可能演化成可溶性非烴-瀝青質混合物,未結合成幹酪根結構。這些物質沒有明顯的縮聚反應。只要有還原沈積-成巖條件,低溫下就可以發生解聚和官能團脫除反應,有助於形成烷烴和甾烷的未成熟-低成熟石油。

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