新聞動(dòng)態(tài)張濤等-OG：燕遼裂陷帶中元古代瀝青中13α(正烷基)-三環(huán)萜烷來源的分子和碳同位素證據(jù)
燕遼地區(qū)中元古界洪水莊組、下馬嶺組中含有豐富的13α(正烷基)三環(huán)萜烷系列（13αNATT）。這個(gè)系列與常規(guī)的三環(huán)萜烷不同，其同系物質(zhì)譜圖均以m/z 123基峰為特征。該系列三環(huán)萜烷在C13位有一個(gè)α構(gòu)型烷基取代基團(tuán)，C14位上卻無任何取代基團(tuán)（圖1）。王鐵冠院士在30多年前就在遼西凌源的龍?zhí)稖舷埋R嶺組底部的瀝青砂巖中檢測(cè)到了該類化合物，并通過合成標(biāo)樣共注的方法鑒定了其結(jié)構(gòu)。但此后針對(duì)該類化合物的研究進(jìn)展很少，主要是由于13αNATT目前僅僅在燕遼地區(qū)的元古代黑色頁(yè)巖中大量檢出，其他地區(qū)尚未有該類化合物的相關(guān)報(bào)道。因此，雖然距離該類化合物的發(fā)現(xiàn)已經(jīng)有30多年，但其來源、生物合成機(jī)制及地質(zhì)意義等認(rèn)識(shí)非常有限。
近期，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室彭平安院士和其指導(dǎo)的博士生張濤針對(duì)該類化合物的研究取得了一些重要進(jìn)展。他們采用分子篩絡(luò)合的方法富集了該類化合物，并對(duì)其穩(wěn)定碳同位素進(jìn)行了測(cè)定，初步探索了其可能的來源及地質(zhì)意義（圖2，圖3）。
為了保證分析樣品中生物標(biāo)志物的原生性，研究人員采集了位于遼寧西部凌源地區(qū)的遼凌地3井（LLD3）的洪水莊組、鐵嶺組和下馬嶺組樣品，并采取嚴(yán)格的無污染措施進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，最終獲得了可信的生物標(biāo)志物組成特征。GC/MS結(jié)果表明，洪水莊組、鐵嶺組和下馬嶺組中13αNATT含量很高，尤其是C19 13αNATT，其含量與nC19豐度相當(dāng)（圖1）。此外，補(bǔ)身烷系列與13αNATT相似，濃度也很高，且二者豐度呈現(xiàn)良好的相關(guān)性。隨后研究人員采用尿素絡(luò)合和分子篩絡(luò)合的方法對(duì)飽和烴部分的不同化合物其進(jìn)行了分離富集，最終獲得了可用于GC-IRMS測(cè)量穩(wěn)定碳同位素的不同化合物部分。
穩(wěn)定碳同位素分析結(jié)果顯示，正構(gòu)烷烴、補(bǔ)身烷系列以及13αNATT等具有較為相似的碳同位素組成，它們之間的差異一般不超過2‰。但常規(guī)三環(huán)萜烷系列表現(xiàn)出明顯富集13C的特征，其與相同碳數(shù)的13αNATT之間的差值在4‰左右（圖3）。以上結(jié)果說明，雖然這兩種三環(huán)萜烷結(jié)構(gòu)非常相似，但很可能來源不同。根據(jù)13αNATT的高豐度、與飽和烴其他組分相似的碳同位素組成、甾烷的缺失等，認(rèn)為13αNATT最有可能來自元古代中期繁盛在燕遼海的原核生物初級(jí)生產(chǎn)者。此外，元古代樣品中鑒定出的生物標(biāo)志物組合簡(jiǎn)單，表明燕遼裂谷中元古代存在著以藍(lán)藻為主的原始生態(tài)系統(tǒng)，這與前人所認(rèn)識(shí)的中元古代生態(tài)系統(tǒng)特征一致。
圖1 遼凌地3井下馬嶺組樣品飽和烴總離子流色譜圖和質(zhì)譜圖（內(nèi)外切片實(shí)驗(yàn)結(jié)果）。下部的插圖展示的是兩種三環(huán)萜烷的分子結(jié)構(gòu)?？梢钥吹?/span>13β(H)?14α(H)-三環(huán)萜烷（常規(guī)三環(huán)萜烷）在 C13 位置包含一個(gè)甲基，在 C14 位置有一個(gè)異戊二烯烷烴側(cè)鏈，而 13α(正烷基)-三環(huán)萜烷在 C13 位置僅包含一個(gè)正構(gòu)烷基取代基。
圖2 洪水莊組、鐵嶺組和下馬嶺組正構(gòu)烷烴碳同位素組成
圖3 不同自養(yǎng)生物的碳分餾范圍以及遼凌地3井元古代烴源巖樣品中特定化合物的碳同位素分布范圍。
本項(xiàng)研究成果在揭示13αNATT來源方面提供了關(guān)鍵信息， 在理解該類化合物的生成機(jī)制和指示意義方面邁出了重要一步。未來研究將聚焦于通過選擇性富集技術(shù)對(duì)其他類別化合物進(jìn)行深入分析，目的在于綜合解析并最終闡明這一類化合物的詳細(xì)來源，以期為相關(guān)領(lǐng)域的科學(xué)問題提供明確解答。該項(xiàng)研究成果近期發(fā)表于《Organic Geochemistry》，研究得到了中科院先導(dǎo)項(xiàng)目（XDA14010102）、中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局項(xiàng)目（DD20221664）以及東北地質(zhì)科技創(chuàng)新中心區(qū)創(chuàng)基金項(xiàng)目（QCJJ2023-29）的支持。
論文信息：Zhang T (張濤), Peng P(彭平安), Li Y(李永飛), Sun S (孫守亮)，Guo H(郭慧娟)，Pang H (逄海明), 2024. Molecular and carbon isotopic evidence for the possible origin of 13α(n-alkyl)-tricyclic terpanes in Mesoproterozoic bitumens from the Yanliao Rift, North China. Organic Geochemistry, 190: 104766.
論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.orggeochem.2024.104766
