甾烷和萜烷化合物特征.doc

甾烷和萜烷化合物特征甾、萜類化合物是烴源巖有機(jī)抽提物和原油中重要的也是研究最多的一類生物標(biāo)志化合物。它們既繼承了生物化學(xué)組分的許多信息，又記錄了從生命有機(jī)質(zhì)到沉積有機(jī)質(zhì)演化的很多證據(jù)。對(duì)甾、萜化合物組成和分布特征詳細(xì)研究，有助于對(duì)烴源巖的深入認(rèn)識(shí)，可以更好地揭示烴源巖現(xiàn)今狀態(tài)和演化歷史過程。（一）甾烷化合物組成特征甾烷類化合物一般歸為低分子量甾烷、重排甾烷、規(guī)則甾烷和4-甲基甾烷等4類，有些地區(qū)還可以檢測(cè)出甲藻甾烷。一般情況，甾烷總量占總生標(biāo)量不到30%，其內(nèi)組成絕大多數(shù)是以規(guī)則甾烷為主要成分（超過半數(shù)），其次是重排甾烷，低分子量甾烷和4-甲基甾烷含量相當(dāng)，一般小于10%。甾烷是原油中最為常見和重要的一類生物標(biāo)志化合物，它們的母質(zhì)主要來源于藻類和高等植物。原油中甾烷包括低碳數(shù)甾烷、C27C29規(guī)則甾烷和重排甾烷、C28C30 4-甲基甾烷以及C30甲藻甾烷。根據(jù)規(guī)則甾烷相對(duì)比例可用于有機(jī)質(zhì)的生源分析，C27甾烷來源于藻類有機(jī)體，C28甾烷主要與硅藻有關(guān)，C29甾烷的生源既可以是藻類又可以是高等植物。陸相盆地絕大多數(shù)原油中C27C29甾烷呈“V”字型分布，即C27C28C29，表明藻類和高等植物雙重生源特征。甾烷基本結(jié)構(gòu)為全氫化菲稠化環(huán)戊烷（圖1），其中，在C10和C13位上連有甲基，C17位連接較長的支鏈烷基，在C24位連接C1C2，分別為C27C29甾烷。C5、C14和C17位碳環(huán)上氫（H）構(gòu)型有和之分，前人規(guī)定：氫原子位于環(huán)平面之下的（即C-H鍵伸向紙內(nèi)）為-H，氫原子位于環(huán)平面之上的（即C-H鍵伸向紙外）為-H。C20為手性碳原子，其立體構(gòu)型有左旋和右旋兩種構(gòu)型，即R構(gòu)型和S構(gòu)型。 （低分子量甾烷） 圖1 甾烷基本結(jié)構(gòu)圖規(guī)則甾烷的生物構(gòu)型為5(H),14(H),17(H)C27C2920R，隨著熱演化作用進(jìn)行，生物構(gòu)型（R構(gòu)型）甾烷會(huì)不斷向地質(zhì)構(gòu)型（S構(gòu)型）轉(zhuǎn)化，即轉(zhuǎn)化為5(H),14(H),17(H)C27C2920S，并與5(H),14(H),17(H)C27C2920R共存并最終達(dá)到平衡。因此，人們常用甾烷的20S/(20R+20S)比值來衡量有機(jī)質(zhì)熱演化程度。在R構(gòu)型向S構(gòu)型轉(zhuǎn)化的同時(shí)，C14和C17位上的-H會(huì)向-H轉(zhuǎn)化，即轉(zhuǎn)化為5(H),14(H),17(H)C27C2920R和5(H),14(H),17(H)C27C2920S，同樣形成與共存并最終達(dá)到平衡。所以，也常用/(+) 比值來衡量有機(jī)質(zhì)熱演化程度，并且與20S/(20R+20S)比值有良好的線性關(guān)系。近年來研究表明，型甾烷在運(yùn)移過程中會(huì)相對(duì)富集，所以，對(duì)于運(yùn)移距離較長的原油，/(+) 與20S/(20R+20S)關(guān)系會(huì)偏離線性關(guān)系。在C4位上連有甲基的甾烷稱為4-甲基甾烷，它比規(guī)則甾烷多一個(gè)碳原子，有C28C30，原油中一般檢測(cè)到的為C30的4-甲基甾烷較為豐富。C10位和C13位上甲基因熱作用會(huì)發(fā)生重排，甲基分別連接在C5和C14位上。同樣，在C13位和C17位上氫（H）的構(gòu)型有和之分，在C20位有R和S兩種立體構(gòu)型，從而產(chǎn)生一系列重排甾烷，具體圖譜鑒定如圖2和表1。圖2 m/e217質(zhì)量色譜圖（甾族化合物）表1 m/e217質(zhì)量色譜圖甾族化合物鑒定表序號(hào)分子式分子量化合物名稱與立體化學(xué)構(gòu)型1C27H4837213(H),17(H)-20S-重排膽甾烷2C27H4837213(H),17(H)-20R-重排膽甾烷3C27H4837213(H),17(H)-20S-重排膽甾烷4C27H4837213(H),17(H)-20R-重排膽甾烷5C28H5038613(H),17(H)-20S-24-甲基重排膽甾烷6C28H5038613(H),17(H)-20R-24-甲基重排膽甾烷7C28H5038613(H),17(H)-20S-24-甲基重排膽甾烷8C28H5038613(H),17(H)-20R-24-甲基重排膽甾烷9C27H483725(H),14(H),17(H)-20S-膽甾烷10C27H483725(H),14(H),17(H)-20R-膽甾烷11C27H483725(H),14(H),17(H)-20S-膽甾烷12C27H483725(H),14(H),17(H)-20R-膽甾烷13C29H5240013(H),17(H)-20S-24-乙基重排膽甾烷（無）14C29H5240013(H),17(H)-20R-24-乙基重排膽甾烷15C29H5240013(H),17(H)-20S-24-乙基重排膽甾烷16C29H5240013(H),17(H)-20R-24-乙基重排膽甾烷（無）17C28H503865(H),14(H),17(H)-20S-24-甲基膽甾烷18C28H503865(H),14(H),17(H)-20R-24-甲基膽甾烷19C28H503865(H),14(H),17(H)-20S-24-甲基膽甾烷20C28H503865(H),14(H),17(H)-20R-24-甲基膽甾烷21C29H524005(H),14(H),17(H)-20S-24-乙基膽甾烷22C29H524005(H),14(H),17(H)-20R-24-乙基膽甾烷23C29H524005(H),14(H),17(H)-20S-24-乙基膽甾烷24C29H524005(H),14(H),17(H)-20R-24-乙基膽甾烷25C30H544144-甲基,24-乙基,5(H),14(H),17(H)-膽甾烷(20S)26C30H544144-甲基,24-乙基,5(H),14(H),17(H)-膽甾烷(20R)27C30H544144-甲基,24-乙基,5(H),14(H),17(H)-膽甾烷(20S)28C30H544144-甲基,24-乙基,5(H),14(H),17(H)-膽甾烷(20R)（二）萜烷化合物組成特征萜烷類化合物和甾烷化合物一樣，是重要生物標(biāo)志物，它也具有豐富的有機(jī)質(zhì)生源信息和熱演化記錄。萜烷也是原油中重要的生物標(biāo)志化合物之一，可以提供許多關(guān)于生油母質(zhì)信息，解決原油演化程度問題。原油中檢測(cè)到的萜烷一般有二環(huán)倍半萜烷、三環(huán)二萜烷、四環(huán)二萜烷、長鏈三環(huán)萜烷、長鏈四環(huán)萜烷、五環(huán)三萜烷和四萜烷等，其中以五環(huán)三萜烷最豐富和最重要。五環(huán)三萜烷可以分為藿烷類和非藿烷類，陸相原油中最廣泛而又最豐富的是藿烷類，均以17(H)21(H)藿烷系列（C27C35）為主，其次是17(H)21(H)莫烷系列、18(H)新藿烷系列和重排藿烷，它們的主要先體物質(zhì)是細(xì)菌藿四醇，其含量高低反映低等原核生物有機(jī)質(zhì)貢獻(xiàn)大小。藿烷的基本結(jié)構(gòu)為四個(gè)六元環(huán)（苯并菲）和一個(gè)五元環(huán)稠合而成（圖3）， （長鏈三環(huán)萜烷）（藿烷系列）圖3 萜烷基本結(jié)構(gòu)圖正常的藿烷碳數(shù)為30，除了在C4、C8、C10、C14、C18位上均有甲基取代外，C21位上是異丙基。藿烷的立體異構(gòu)主要發(fā)生在C17和C21上的和構(gòu)型，以及C22位上的R和S構(gòu)型（僅當(dāng)碳數(shù)大于30時(shí)才有）。同樣，17(H)21(H)為生物構(gòu)型，隨著熱演化作用，生物構(gòu)型向17(H)21 (H)和17(H)21(H)地質(zhì)構(gòu)型轉(zhuǎn)化。我們又把17(H)21 (H)稱為莫烷系列，17(H)21(H)稱為藿烷系列，隨著熱演化作用的加強(qiáng)，莫烷系列可以進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為藿烷系列，即。碳數(shù)小于30的藿烷稱為降藿烷，碳數(shù)大于30的稱為升藿烷。藿烷系列碳數(shù)為C27C35，C28較為少見。長鏈三環(huán)萜烷一般碳數(shù)分布在C19C31（有資料表明該類化合物碳數(shù)可以高達(dá)45），其中C22和C27較少，以C21和C23最為豐富，C26以后有R和S兩個(gè)立體異構(gòu)體。在C26之前常出現(xiàn)一個(gè)峰，就是C24-四環(huán)萜烷。萜烷具體鑒定見表2和圖4，圖5。表2 m/e191質(zhì)量色譜圖萜類化合物鑒定表序號(hào)分子式名稱與立體化學(xué)構(gòu)型序號(hào)分子式名稱與立體化學(xué)構(gòu)型1C19H34C19-長鏈三環(huán)萜烷22C31H58C31 R-三環(huán)萜烷2C20H36C20-長鏈三環(huán)萜烷23C29H5017(H),21(H)-21-乙基藿烷3C21H38C21-長鏈三環(huán)萜烷24C29H5017(H),21(H)-21-乙基藿烷4C22H40C22-長鏈三環(huán)萜烷25C30H52-羽扇烷5C23H42C23-長鏈三環(huán)萜烷26C29H5017(H),21(H)-21-乙基莫烷6C24H44C24-長鏈三環(huán)萜烷27C30H52奧利烷7C25H46C25-長鏈三環(huán)萜烷28C30H5217(H),21(H)-21-異丙基藿烷8C24H42C24-四環(huán)萜烷29C30H52五環(huán)三萜烷9C26H48C26S-長鏈三環(huán)萜烷30C30H5217(H),21(H)-21-異丙基莫烷10C26H48C26R-長鏈三環(huán)萜烷31C31H5417(H),21(H)-22S-21-異丁基藿烷11C27H50C27S-長鏈三環(huán)萜烷32C31H5417(H),21(H)-22R-21-異丁基藿烷12C27H50C27R-長鏈三環(huán)萜烷33C30H52-蠟烷13C28H52C28S-長鏈三環(huán)萜烷34C31H5417(H),21(H)-22R-21-異丁基莫烷14C28H52C28R-長鏈三環(huán)萜烷35C32H5617(H),21(H)-22S-21-異戊基藿烷15C29H54C29S-長鏈三環(huán)萜烷36C32H5617(H),21(H)-22R-21-異戊基藿烷16C29H54C29R-長鏈三環(huán)萜烷37C33H5817(H),21(H)-22S-21-異己基藿烷17C27H4618(H)-藿烷(Ts)38C33H5817(H),21(H)-22R-21-異己基藿烷18C27H4617(H)-藿烷(Tm)39C34H6017(H),