[ Pobierz całość w formacie PDF ]
mostÊofÊtheÊ functionalÊ groupsÊhaveÊ beenÊlost.Ê ÊTheÊ resultingÊmaterialÊ isÊ nowÊcalledÊ bituminous coal,
whichÊrequiresÊtemperaturesÊinÊtheÊrangeÊofÊ40ÊtoÊ100¡ÊC.ÊÊBituminousÊcoalÊhasÊaÊfairlyÊ brightÊ appear-
anceÊandÊcontainsÊ75%ÊorÊmoreÊCÊandÊtheÊwaterÊcontentÊhasÊdecreasedÊtoÊlessÊthanÊ 10%.Ê ÊAtÊ thisÊ point,
vitriniteÊ reflectanceÊ reachedÊ 0.5%Ê andÊ70%ÊorÊmoreÊtheÊ carbonÊisÊinÊaromatic.Ê ÊDuringÊpeatification
andÊtheÊearlyÊstagesÊofÊcoalification,ÊCO2ÊandÊH2OÊareÊtheÊprimaryÊvolatileÊspeciesÊproduced.
WithÊ furtherÊ heating,Ê aromatizationÊ ofÊcycloalkylÊ structuresÊ becomesÊ theÊ dominantÊ process,Ê re-
leasingÊmethane.ÊÊAromatizationÊandÊlossÊofÊmethaneÊreduceÊtheÊH/CÊratio,ÊwhichÊ decreasesÊrapidly
uponÊfurtherÊheating.ÊÊÊInÊtheÊtemperatureÊrangeÊofÊ100ÊtoÊ150¡ÊC,ÊanthraciteÊ isÊ formedÊasÊtheÊ H/CÊra-
tioÊdecreasesÊbelowÊ0.5%.ÊÊAnthraciteÊisÊcharacterizedÊbyÊvitriniteÊ reflectanceÊ ofÊ>2.5%Ê andÊaÊ carbon
contentÊofÊgreaterÊ thanÊ 90%.Ê ÊNinetyÊ percentÊorÊmoreÊofÊthisÊ carbonÊisÊinÊ aromaticÊ structures.Ê Ê AsÊ in
kerogen,ÊtheseÊ aromaticÊ structuresÊinitiallyÊ takeÊ theÊ formÊofÊ randomlyÊ orderedÊ nuclei.Ê Ê DuringÊ the
geochemicalÊstageÊofÊcoalification,Ê theseÊ nucleiÊbecomeÊincreasinglyÊ ordered,ÊsoÊthatÊ byÊtheÊ anthra-
citeÊstage,ÊtheyÊareÊarrangedÊasÊapproximatelyÊ parallelÊ sheets,Ê progressingÊtowardÊtheÊ arrangement
inÊ graphite.
Isotope Composition of Hydrocarbons
TheÊisotopicÊcompositionÊofÊsedimentaryÊ organicÊmatterÊ andÊitsÊ derivatives,Ê suchÊasÊcoalÊ andÊoil,
dependÊonÊ(1)Ê theÊ isotopicÊcompositionÊofÊ theÊ originallyÊ depositedÊ organicÊ matterÊ andÊ (2)Ê isotopic
fractionationsÊ occurringÊduringÊdiagenesisÊ andÊsubsequentÊthermalÊ evolution.Ê ÊTheÊ ultimateÊ sourceÊof
13
carbonÊinÊsedimentaryÊorganicÊmatterÊisÊatmosphericÊCO2ÊorÊmarineÊHCO .ÊÊTheÊ ´ CPDBÊvalueÊ ofÊthe
3
13
formerÊisÊaboutÊ-7ä,ÊwhileÊtheÊ´ CPDBÊinÊaverageÊsurfaceÊoceanÊwaterÊisÊ+2.2äÊ (bothÊ ofÊwhichÊ vary
somewhat).ÊÊAsÊweÊfoundÊinÊChapterÊ9,ÊisotopicÊfractionationÊduringÊphotosynthesisÊ resultsÊinÊorganic
13
carbonÊbeingÊsubstantiallyÊlighterÊ(lowerÊ´ C)ÊthatÊeitherÊatmosphericÊorÊdissolvedÊCO2.ÊÊTerrestrial
13 13
C3ÊplantsÊtypicallyÊhaveÊ´ CÊofÊ-25ÊtoÊ-30ä,ÊC4ÊplantsÊhaveÊ´ CÊofÊ-10ÊtoÊ-15ä,ÊwhileÊmarineÊplants
areÊsomewhatÊmoreÊvariableÊinÊisotopicÊcompositionÊ(-5ÊtoÊ-30ä),Ê thoughÊmostÊhaveÊ isotopicÊ compo-
sitionsÊofÊ-20ÊtoÊ-28ä,Ê i.e.,Ê slightlyÊ heavierÊ thanÊ terrestrialÊ C3Êplants.Ê ÊThereÊ isÊ someÊfurtherÊ frac-
638 JanuaryÊ25,Ê1998
H/C (atomic)
eat
P
n Coal
w
o
r
B
ion
icat
if
eat
P
l
a
mical
oche
i
o
B
C
l
.
a
c
i
t
m
i
n
e
o
i
at
ic
if
B
al
o
ch
C
.
o
e
th
G
n
A
W. M. W hit e Geochemistry
Chapter 14: Organic Geochemistry
´DSMOW
tionationÊ ofÊ carbonÊ isotopesÊ asÊ otherÊ organicÊ mole-
-300 -250 -200 -150 -100
-50
culesÊareÊsynthesized,ÊwithÊlipidsÊ beingÊisotopically
lighterÊ thanÊ carbohydratesÊ andÊ proteins.Ê Ê While -70
Biogenic
theseÊdifferencesÊareÊsmallÊ comparedÊwithÊ theÊ frac-
tionationÊ duringÊphotosynthesis,Ê theyÊ doÊ appearÊ to
persistÊthroughÊdiagenesis.
-60
MostÊlivingÊorganismsÊhaveÊ´ DSMOWÊinÊtheÊrangeÊof
-60ÊtoÊ-150ä.Ê ÊWithinÊ thisÊ range,ÊhydrogenÊ isotope
ratiosÊ varyÊ dueÊtoÊhydrogenÊisotopeÊfractionationÊ in
-50
theÊhydrologicÊcycleÊ(ChapterÊ 9).Ê ÊTerrestrialÊ plants
tendÊtoÊbeÊmoreÊdeuteriumÊdepletedÊthanÊmarineÊ ones,
andÊterrestrialÊplantsÊfromÊcoldÊclimatesÊareÊparticu-
-40
larlyÊdepleted.ÊÊLipidsÊareÊdepletedÊinÊ´ DÊrelativeÊto
C
bulkÊorganicÊmatterÊ byÊ60äÊ orÊmore.ÊÊ MostÊkerogen,
coal,Ê andÊoilÊ showÊaboutÊtheÊ sameÊrangeÊinÊ´ DÊasÊdo
-30
organisms.Ê Ê AsÊ mightÊ beÊ expected,Ê however,Ê lipid-
richÊ kerogenÊ andÊ oilÊ canÊ haveÊ substantiallyÊ lower
´ D.
-20
TheÊsituationÊwithÊnitrogenÊisotopesÊisÊsimilar:Êni-
A
trogenÊisotopeÊ ratiosÊ inÊ sedimentaryÊ organicÊ matter
generallyÊreflectÊthatÊofÊtheÊbiomassÊfromÊwhichÊitÊis
-10
derived,Ê withÊ terrestrialÊ plantsÊ havingÊ slightly
15
lowerÊaverageÊ ´ NATMÊthanÊ marineÊplanktonÊ (Fogel
FigureÊ14.40.ÊÊIsotopicÊcompositionÊ ofÊ meth-
15
andÊCifuentes,Ê 1993).Ê ´ NÊgenerallyÊ decreasesÊsome-
aneÊfromÊvariousÊsources.ÊÊ ÒBiogenicÓÊ meth-
whatÊ duringÊdiagenesisÊ dueÊ toÊ bacterialÊ utilization
aneÊ isÊ methaneÊ producedÊ byÊ methanogens
ofÊshortÊ chainÊ peptidesÊ followingÊ peptideÊ bondÊ hy-
duringÊ diagenesis,Ê ÒOilÊ AssociatedÓÊ is
drolysisÊ(Macko,ÊetÊal.,Ê1993).
methaneÊ associatedÊ withÊ oil,Ê ÒCÓÊ indicates
ForÊtheÊmostÊpart,Ê isotopicÊ fractionationÊ ofÊcarbon
typicalÊ compositionÊ ofÊ methaneÊ inÊ gasÊ con-
duringÊdiagenesisÊofÊorganicÊmatterÊisÊsmall.ÊÊAsÊaÊ re-
densates,Ê ÒMetagenicÓÊisÊ methaneÊ produced
13
sult,Ê theÊ ´ CÊofÊsedimentaryÊ organicÊmatterÊ isÊ typi-
duringÊmetagenesis,Ê ÒAÓÊ isÊ theÊ composition
13
callyÊwithinÊaÊfewÊ permilÊ ofÊtheÊ ´ CÊofÊtheÊ biomass
ofÊabiogenicÊmethaneÊ fromÊmid-oceanÊ ridge
fromÊwhichÊitÊisÊderived.ÊÊÊSedimentaryÊ organicÊmat-
hydrothermalÊ systems.Ê Ê ModifiedÊ from
terÊandÊhumicÊsubstancesÊinÊsoilÊ andÊwaterÊ tendÊtoÊbe
SchoellÊ (1984).
slightlyÊmoreÊdepletedÊ(byÊ2ÊtoÊ3ÊperÊmil)Ê inÊ13CÊthan
theÊorganismsÊfromÊwhichÊ theyÊ areÊ derived,Ê thoughÊ casesÊwhereÊ theÊ oppositeÊisÊ trueÊhaveÊ beenÊob-
served.ÊÊThereÊareÊseveralÊ possibleÊcausesÊforÊthisÊ (reviewedÊ inÊTissotÊandÊWelte,Ê 1984,ÊHoefs,Ê 1987,
13
andÊMackoÊetÊal.,Ê1993).ÊÊFirst,ÊfunctionalÊgroups,ÊsuchÊasÊcarboxyl,ÊtendÊtoÊbeÊrelativelyÊ CÊrich.Ê ÊLoss
ofÊfunctionalÊgroupsÊduringÊdiagenesisÊorÊcondensationÊofÊhumicÊsubstances,ÊwillÊ driveÊ theÊ residualÊ or-
13
ganicÊcarbonÊtoÊlowerÊ´ C.ÊÊSecond,ÊtheÊappearsÊtoÊbeÊaÊ kineticÊ fractionationÊ involvedÊ inÊcondensation
ofÊhumicÊsubstancesÊandÊkerogen-likeÊmolecules.ÊÊThird,ÊpreferentialÊremineralizationÊofÊproteinsÊand
carbohydratesÊ leavesÊ aÊ lipid-richÊ residue,Ê whichÊ willÊ beÊ isotopicallyÊ light. Ê
FractionationÊofÊcarbonÊisotopeÊratiosÊduringÊthermalÊevolutionÊthroughÊtheÊoilÊ generationÊstageÊis
13
small.Ê ÊInÊimmatureÊkerogen,ÊbitumensÊareÊ depletedÊ inÊ´ CÊcomparedÊtoÊkerogen,ÊbutÊthisÊ difference
13
decreasesÊwithÊincreasingÊmaturityÊ(Schoell,Ê1984).ÊÊSoferÊ(1984)ÊfoundÊthatÊ´ CÊofÊtheÊoilsÊareÊwithin
13
2äÊofÊtheÊisotopicÊcompositionÊitsÊsourceÊkerogen.ÊÊConkrightÊandÊSackettÊ(1992)ÊfoundÊthatÊ´ CÊofÊor-
ganicÊcarbonÊinÊsedimentÊcoresÊfromÊDSDPÊ (DeepÊ SeaÊ DrillingÊ Project)ÊSiteÊ 368Ê nearÊ theÊ CanaryÊ Is-
landsÊdecreasedÊwithÊproximityÊtoÊanÊintrusiveÊdiabaseÊsillÊbyÊ2ÊtoÊ3ä.ÊÊTheyÊattributedÊtheÊdecrease
toÊthermalÊmaturationÊandÊlossÊofÊisotopicallyÊlightÊmethaneÊcausedÊbyÊheatingÊfromÊtheÊsill.
BecauseÊtheÊisotopicÊcompositionÊofÊoilÊisÊsimilarÊtoÊthatÊofÊitsÊparentÊkerogen,ÊisotopeÊratiosÊ areÊ a
widelyÊusedÊexplorationÊtoolÊtheÊpetroleumÊindustry.ÊÊIsotopeÊratiosÊofÊbulkÊorganicÊmatter,Ê however,
cannotÊbeÊusedÊtoÊdiscriminateÊbetweenÊdepositionalÊenvironmentsÊasÊ theÊ isotopicÊ differencesÊ between
639 JanuaryÊ25,Ê1998
PDB
13
´
C
Metagenic
O
il Associated
W. M. W hit e Geochemistry
Chapter 14: Organic Geochemistry
marineÊandÊterrestrialÊ organicÊmatterÊ areÊ neitherÊ sufficientlyÊ largeÊ norÊsufficientlyÊ systematic.Ê ÊÊIn-
terestingly,Ê ´ DÊinÊoilÊ derivedÊ fromÊshaleÊ sourceÊrocksÊareÊ generallyÊ lowerÊ thanÊ thoseÊ derivedÊ from
carbonateÊsourceÊrocksÊ(Schoell,Ê1984).ÊÊTheÊcauseÊofÊthisÊdifferenceÊisÊunclear.
[ Pobierz całość w formacie PDF ]