有机质的产生、聚集及生物圈的演化

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1、第三章有机质的产生、聚集及生物圈的演化通过油气成因理论的讨论我们知道，石油和天然气是沉积物（岩）中的沉积有机质形成的。而沉积有机质来源于天然有机质，天然有机质源于各种生物体及其生命活动的产物，即有机质是地壳上巨大的有机矿产的最原始来源。为了揭示油气生成的过程和机制，需要研究有机质及合成有机质的生物的演变及其活动规律。本章主要简述生物有机质的产生、有机碳的循环和生物圈的演化特征。第三章有机质的产生、聚集及生物圈的演化第一节光合作用第二节生物圈的演化第三节有机碳的循环第四节不同环境的生物产率第三章有机质的产生、聚集及生物圈的演化有机质是形成地壳上有机矿产最原始的物质，而光合作用是造

2、成地球上产生大量有机质的基本过程。光合作用是细菌或绿色植物通过叶绿素利用光能将CO2和H2O转化成有机物质的过程：光能hv6CO2+12H2OC6H12O6+6O2+6H2O叶绿素多糖及其它有机物质第一节光合作用即利用阳光的能量将水分解，其中的H用于还原CO2，产生葡萄糖，将无机碳转化为有机碳，而O2被游离出来。自氧生物从葡萄糖教进一步能够合成多糖及其它有机物质。因此光合作用的实质是将光能转变为有机物质的化学能。第三章有机质的产生、聚集及生物圈的演化光合作用据估算，地球上总有机碳的量约为6.4×1015t，总游离氧的量约为16.9×1015t，两者的比例约为2.64。这一比值与

3、CO2中氧碳的质量比值2.66(=O2/C=32/16)是相近的。这种平衡计算可能表明，大多数未结合在碳酸盐岩和硅酸盐中的氧确系由光合作用产生的。同时也说明，有机碳主要是CO2经光合作用而固定的。因此，古代沉积物中有机碳是和古大气圈中的含氧量有关的。根据Schopf等（1965）对古老岩石中有机质的研究，Tissot等（1978）推断，大约在2000Ma以前，有机质光合作用的产物已明显遍及全世界，使还原大气圈逐渐向氧化性转变。正是光合作用，才使有机质大量产生。随着光合作用的进行与发展，生物界生生不息，其数量和种类越来越多。第三章有机质的产生、聚集及生物圈的演化光合作用在地球的历

4、史发展过程中推测的与生命演化有关的重要事件（Tissot等，1978）在大约4000Ma以前，即当水在地球表面成为普遍物质以前，大量的生物是不可能存在于地球上的。在元古代时期，大气圈呈还原状态，无游离氧存在，而是含有H2、CH4、N2和H2O。大约在3000Ma前，地球上首次出现了原始生物的时候，它们可能利用了非生物作用所产生的有机分子作为新陈代谢的能量来源。因此，最早出现的生物应该是异养生物，但异养生物不可能以这种方式大量繁殖。到这些异养生物将通过非生物作用所产生的有机质几乎全部消耗尽的时候，光合作用则发展成为第二种能量的来源。第三章有机质的产生、聚集及生物圈的演化光合作用在

5、这个过程中，能够利用阳光作为另一种能源的自养生物能够独立生活，从而避免了食物的短缺。某些从光合细菌演化出的蓝、绿藻可能是第一个产氧的生物，随着生物的演化，自养的、进行光合作用的生物群超过了异养生物群，并且逐渐在生物界占了优势。如前所述，大约在2000Ma以前，光合作用作为一种全球性的现象出现，为食料的供给和高等形式的生命演化奠定了基础。此后地球的大气圈慢慢变成了氧化环境，即出现了游离的分子氧。由于在地球的大气圈中出现了游离的分子氧，就改变了整个地球的生态环境，对只适应无氧环境的原生生物起一定的破坏作用，通过变异和选择，生物进化到有氧呼吸，使生物的代谢系统发生质的飞跃，就大大提高

6、了新陈代谢的效能，为生命的发展提供了极有利的条件，从此以后生物界便开始了大量繁衍，从而为油气母质的形成提供了基础。第三章有机质的产生、聚集及生物圈的演化第二节生物圈的演化我们知道油气及其前身物（干酪根和沥青）在最古老的震旦系沉积岩中就已经存在，当时仅发育原始的原生生物，随着地质历史的演化，生物界也经历了由低级到高级、由简单到复杂、由单一到多样的演化过程。生物圈的不断繁衍，使不同种类生物可提供不同类型的生油原始物质，从而生成不同性质的油气。因此，研究不同地质历史时期油气的形成，必须考虑生物圈的演化。第三章有机质的产生、聚集及生物圈的演化第二节生物圈的演化生物圈的概念地球上广泛分布

7、着各种生物，但其发育有一定的范围。生物的活动仅限于地球外圈，包括接近地表的大气圈、地壳表面薄层和水圈，合称为生物圈。生物圈中生物分布的最大高度和最大深度为其上、下限。上限究竟有多高，目前尚无确切的资料，决定于有无水分和短波辐射量的大小，无水或短波辐射量大时生物即不能生存。生物圈的下限，在海洋中可达深海，在陆地上可达有水分而温度不超过100℃的地方。显然，生物圈跨越地壳上的大气圈、水圈和岩石圈，是地球上最大的生物群落环境。凡是有生物活动的地方就必然有营养物质、代谢物质、分解物质和生物残骸等，从