生物标志化合物

（1）五环三萜烷
所谓五环三萜烷是由六个异戊二烯结构单元 组成的五个环包含有30个碳原子的环烷烃。五 环三萜烷可分为藿烷系列和非藿烷系列两类。
藿烷系列：E环为五员碳环，并且其碳数由
27～35（往往缺少C28）成完整系列。
非藿烷系列：E 环多为六员碳环，而且大多只
有30个碳原子。
19 18 12 11 25 2 3 1 9 10 5
2、无环类异戊二烯类烷烃
头 尾
C 20 （ 植 烷 ）
C 20 （ 植 烷 ） 2， 6， 10， 14--四 甲 基 十 六 烷
C 19 （ 姥 鲛 烷
C 19 （ 姥 鲛 烷 ） 2， 6， 10， 14-四 甲 基 十 五 烷
C 18 （ 降 姥 鲛
C 18 （ 降 姥 鲛 烷 ） 2， 6， 10-三 甲 基 十 五 烷
20
E
21 22 30
29 31
32 33
34 35
C
26 8 7
13 28 17 14
D
15
16
A
4
B
6
27
23
24
藿烷的骨架结构和碳原子排列顺序
藿烷结构示意图
五元环 E D 异丙基
C
A
B 甲基取代基 异构化主要发生位置
18α（H）—22，29，30—C27三降藿烷（Ts）
17α（H）—22，29，30—C27三降藿烷（Tm) 17α（H），21β（H）—C30藿烷 17α（H），21β（H）一升藿烷（22S） 17α（H），21β（H）一升藿烷（22R）
(C (C
25 26
C 33 ) C 34 )
奇偶优势指数 Ci 6Ci 2 C i 4 OEP ( OEP) 4C 4C
( 1) i 1

i 1
i 3

i+2
nC16
碳数的选择一般用主 峰碳及前后的各两个 正烷烃，共5个组分 计算。式中i+2为主峰 碳数，i为最低碳数。 若i+1为偶数，则指数 为（+1），公式不变； 若i+1为奇数，则指数 为（-1），计算时分 子、分母倒置。
（2）中分子量的奇数碳正构烷烃
出现在海相、深湖相沉积有机质中，以
nC15或nC17为主，其生物来源主要是藻类和
水生浮游生物，被认为是浮游植物或
底栖藻类中的nC16或nC18酸通过脱羧作用形
成的，中等分子量的正构烷烃在气相色谱 图上所表现的特征与源于陆生高等植物高 分子量正构烷烃有明显区别，后者主峰碳 在碳数较高的范围内，为单高峰型。
正构烷烃
无环类异戊二油的重要组成之一。研 究发现，正构烷烃主要来源于活的生物体 以及脂肪酸、蜡质等脂类化合物。在自然 界中活的生物体尤其是细菌和藻含有微量 正构烷烃，并可在原油中找到证据，如原 油中所含的高含量的正十五烷和正十七烷， 可能是直接来源于绿藻和褐藻。
13 14
22 27
长链三环萜结构示意图
（4）二萜
二萜类广泛分布于高等植物，特别是树脂中，但在 原油和烃源岩中二萜类的报道较少，仅有的少数报 道主要涉及澳大利亚原油。有关二萜类的成因，许 多学者都比较一致地认为来源于树脂类化合物 。
松香烷
海松烷
贝壳松烷
惹 烯
几种重要的二萜化合物
（5）倍半萜 成因比较复杂，许多学者提出了不同的观点。它们 可能来自有关的环状萜类生物或热降解；C15的4β （H）-桉叶油烷与植物中的桉叶油醇有关，8β（H） -锥满烷来源于细菌中的锥满醇。也可由三环藿烷烃
C环 开 环
8
14
R
8， 14-断 藿 烷 12-13键 开 裂
C16 C14 -C24 C18 C14 -C19
R
C14 -C16
R=H Cn H2n-1 （ n=1-24）
长 链 8β （ H） -补 身 烷 系 列 C14 -C24
长侧链二环倍半萜成因机理图
4、甾烷
“甾”是一个像形字，是根据这类化合物的基 本碳骨架特征起的名字。甾族化合物的共同特 征是包含有一个四环的碳环结构，可以看成是 一部分氢化或完全氢化的菲与一个环戊烷稠合 的碳环，同时还具有三个侧链。
甾烷的基本 骨架及碳原 子排列顺序
细胞核膜
类脂双层 细胞核 线粒体
内质网
甾醇
磷脂
细胞膜 叶绿体 胞液
原核细胞的双层结构
糖蛋白
细胞核
磷脂双分子层
甾醇
原核细胞膜的双层结构
原油中甾烷的含量
许多观察研究发现，在现代生物体中未发现有甾
烷，其中的甾族化合物主要以醇、酸，酮的形
式出现，如胆甾醇、麦角甾醇、胆汁酸等。地质
体中的甾烷，如胆甾烷、麦角甾烷、豆甾烷等一 类饱和与不饱和的烃类，它们可能是由甾醇或甾 烯类演化而来。不同的生物中C27、C28和C29甾醇 的分布不同。 沉积有机质中甾烷
规则甾烷
重排甾烷
甲基甾烷
甾类化合物
海相不到15种非海相70多种
分类 规则甾烷 重排甾烷 4-甲基 甾烷 低分子量甾烷 D 甾醇
(b)缺氧的沉积环境
姥鲛烷和植烷的形成途径（B.P.Tissot等，1979）
3、萜烷
广泛存在于植物和动物体内的天然有 机化合物。“萜”，实际上是一种环状的 异戊二烯类化合物，因为它的碳骨架是由 两个或更多个异戊二烯结构单元以头尾相 连的形式组成的 。
萜类化合物的热稳定性和抵抗微生物 降解的能力均比正构烷烃强。 环状的萜：五环等、四环、三环、双环 萜
四环萜烷也较广泛分布于原油和岩石抽 提物中。目前认为这个系列的化合物由五 环三萜烷类烃热降解或生物降解而成 （Aquino Neto等，1983） 。目前发现的 该系列化合物分布于C24～C27，有可能分布 到C35（Peters等，1993），常以C24丰度最 高。
(3) 长链三环萜烷
长链三环萜的结构特征是环上带有－个异戊二烯 结构单元的长链。这类化合物在油和沉积物中广泛 分布，并且其碳数一般以C19～C30为主，但在一些 原油中也检测出了C19～C45的三环萜，甚至碳数更 高，可达C54 。
（1）高分子量的奇数碳正构烷烃 这类烃经常出现在富含陆源物质的碎屑岩系 有机质中，其中正构烷烃多以nC27、nC29、nC31 为主，具有明显的奇碳数优势，一般认为，这 些正构烷烃来源于高等植物的角质蜡。
碳优势指数 (CPI）
1 (C 25 C 33 ) CPI 2 (C 24 C 32 )
尤 因 塔 盆 地 始 新 统 （ 露 头 ）
15
希 腊 中 新 世
10 5 0
原 油
0
15
20
25
30
15
20
25
正 构 15 烷 烃 质 10 量 分 数
(%)
30
5
西 非 下 白 垩 统 915m
正 构 烷 烃 质 量 分 数
(%)
C27
15 10 5 0 15 15 20 25 30
西 德 （ 莱 因 地 堑 ） 渐 新 世 925 m 岩 石 抽 提 物
C
A
B
甾烷结构示意图
（1）规则甾烷
在C-10 和C-13上 有一个甲基，有五 个手征性碳原子， 即C-5、C-14、C17、C-20 和C-24。 最常见和常用的规 则甾烷是C27～C29 三个碳数的甾烷， 它们的相对含量可 以给出有关母质输 入的信息。
CH3 CH3 B C D R
A
规则甾烷的基本骨架及碳原子排列顺序
0
15
20
25
30
15 10
5 0
西 非 下 白 垩 统 2425 m
10 5 0 15
突 尼 斯 古 新 始 2074m
岩 石 抽 提 物
20 25 30
15
20
25
30
分 子 的 碳 原 子 数
分 子 的 碳 原 子 数
图7-4 尤因塔盆地始新统沉积物和西非 下白垩统中的正构烷烃分布曲线线
图7-5 突尼斯和莱茵河谷下第三系岩石 抽提物中以及希腊中新世原油中分布曲
生物标 志物立 体化学
生物天然产物的结构非常特殊，当地质圈里某 个生物标志物的所有立体结构能被确定时，就能确 定它与某个假定的天然前身物之间的联系。正是由 于它们高度的结构专一性，才成为地化有用的工具。 饱和碳原子具有四个键，如果 A 、 B 、 C 、 D 完全不 同的话，这个碳原子就有两种构型。 一种是另一种的镜像，该碳原子称为手征中心。 如果碳原子是环系的一部分，这两种构型可更方便 的描述为：“α”和“β”。 α是指按通常方法画出 结构式时，所指的键指向纸内，反之指向纸外的是 β。
一、生物标志物的概念
当前，石油、煤和沉积岩中生物标志物 （地球化学化石)的研究，仍是国内外有机 地球化学中最为活跃的前沿领域之一，特 别是在油气勘探中已经渗透到成油环境、 成烃母质、油源对比、成熟度、油气运移 和石油蚀变等各个石油地质学领域。 目前已经在有机矿产中发现了上千种生 物标志物，部分组成和构型的地球化学意 义也日益为人们所认识。
C 16 （ 异 十 六
C 16（ 异 十 六 烷 ） 2， 6， 10-三 甲 基 十 三 烷 C 15（ 法 呢 烷 ） 2， 6， 10-三 甲 基 十 二 烷
C 15 （ 法 呢 烷
2， 6， 10-三 甲 基 十 一 烷
2，
(a)含氧的沉积环境
姥鲛烷和植烷的形成途径（B.P.Tissot等，1979）
H
莫 烷 系 列 藿烷系列 （ 地 质 构 型 ）
莫 烷 系 列
（ 地 质 构 型 ）
17β H- 三 降 藿 烷
H
R
17， 21-断 藿 烷