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沉積物及原油中生物標志物檢測

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發(fā)布時間：2025-08-18 07:37:44 更新時間：2025-08-17 07:37:44

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作者：中科光析科學技術(shù)研究所檢測中心

沉積物及原油中生物標志物檢測：方法、儀器與標準詳解

沉積物及原油中生物標志物的檢測是石油地質(zhì)學、環(huán)境科學和油氣勘探領(lǐng)域中的關(guān)鍵技術(shù)手段，對于揭示烴源巖的成因、原油的來源與演化過程、污染源追蹤以及古環(huán)境重建具有重要意義。生物標志物（Biomarkers），又稱甾烷、萜烷、烷基芳香烴等，是有機質(zhì)在沉積、埋藏和熱演化過程中保留下來的具有特定結(jié)構(gòu)的有機化合物，其分子結(jié)構(gòu)具有高度的穩(wěn)定性與生物成因特征。在沉積物中，這些化合物記錄了原始生物來源信息及后期熱成熟演化過程；在原油中，它們則為油—油對比、油源對比和油—巖對比提供了關(guān)鍵的化學指紋。隨著現(xiàn)代分析技術(shù)的發(fā)展，尤其是高分辨質(zhì)譜與氣相色譜聯(lián)用技術(shù)的廣泛應(yīng)用，生物標志物的檢測精度和靈敏度顯著提升。當前，主流檢測項目包括甾烷系列（如C27、C28、C29甾烷）、萜烷系列（如C19、C20、C21萜烷）、藿烷類化合物、金剛烷類化合物以及多環(huán)芳烴（PAHs）等。這些化合物的相對含量、分布特征與異構(gòu)體比值（如ααα（20S）/(20S+20R) 甾烷比值、C29甾烷20S/20R比值）可有效反映有機質(zhì)類型、沉積環(huán)境、熱成熟度以及生物降解程度。因此，建立科學、系統(tǒng)的生物標志物檢測體系，對于油氣資源評價、環(huán)境風險評估及污染治理具有重要價值。

主要檢測項目

沉積物及原油中生物標志物的檢測主要包括以下幾類化合物：

甾烷類化合物：如C27、C28、C29甾烷，其分布特征可用于判斷有機質(zhì)的生物來源（如高等植物、浮游生物等）及成熟度。
萜烷類化合物：如C19、C20、C21萜烷，特別是藿烷（hopane）及其衍生物，是原油和沉積物中含量豐富、穩(wěn)定性高的標志物，對油源對比具有重要意義。
金剛烷類化合物：如1-金剛烷、2-金剛烷，通常在高度熱成熟的原油中富集，是判斷熱成熟度的重要指標。
多環(huán)芳烴（PAHs）：如萘、菲、芘等，部分PAHs具有生物成因特征（如生物源PAHs），可用于環(huán)境污染源識別。
脂肪酸與烷烴類：如正構(gòu)烷烴（n-alkanes），其碳數(shù)分布特征（如奇偶優(yōu)勢）可反映生物輸入類型。

常用檢測儀器

生物標志物的高效、精準檢測依賴于先進的分析儀器，目前主要使用以下設(shè)備：

氣相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-MS）：是檢測生物標志物的核心設(shè)備，尤其適用于揮發(fā)性、半揮發(fā)性化合物的分離與鑒定。通過選擇離子監(jiān)測（SIM）模式可顯著提高檢測靈敏度。
氣相色譜-高分辨質(zhì)譜聯(lián)用儀（GC-HRMS）：采用高分辨質(zhì)譜（如飛行時間TOF或軌道阱Orbitrap）可實現(xiàn)對復(fù)雜基質(zhì)中微量生物標志物的精確質(zhì)量測定，提升定性準確性。
液相色譜-質(zhì)譜聯(lián)用儀（LC-MS/MS）：適用于熱穩(wěn)定性差或極性較強的生物標志物，如部分甾醇類化合物。
傅里葉變換離子回旋共振質(zhì)譜（FT-ICR MS）：用于超高分辨分析，可鑒定復(fù)雜混合物中成千上萬種化合物，特別適合沉積物中未知生物標志物的發(fā)現(xiàn)。

主流檢測方法

生物標志物的檢測通常包括樣品前處理、分離與檢測三個關(guān)鍵步驟，主要方法如下：

樣品前處理：包括索氏提?。⊿oxhlet extraction）、超聲波萃?。║ltrasonic extraction）或加速溶劑萃?。ˋSE），將目標化合物從沉積物或原油中提取出來，再通過硅膠柱、氧化鋁柱等進行組分分離，去除干擾雜質(zhì)。
GC-MS分析方法：將凈化后的樣品注入GC-MS儀器，通過程序升溫氣相色譜柱分離各組分，質(zhì)譜儀進行離子化與檢測。常用模式為全掃描（SCAN）與選擇離子監(jiān)測（SIM）結(jié)合，以兼顧定性與定量分析。
數(shù)據(jù)處理與圖譜解析：利用專業(yè)軟件（如ChromaTOOL、MassLynx、Xcalibur）對質(zhì)譜圖進行峰識別、去卷積、定量計算，并計算關(guān)鍵比值（如C29甾烷20S/20R、C31藿烷22S/(22S+22R)等）。

主要檢測標準

為確保檢測結(jié)果的可比性與準確性，國內(nèi)外已建立一系列檢測標準，主要參考如下：

中國國家標準（GB/T）：如GB/T 30800-2014《沉積物中生物標志物的測定氣相色譜-質(zhì)譜法》、GB/T 32976-2016《原油中生物標志物的測定氣相色譜-質(zhì)譜法》。
國際標準化組織（ISO）：如ISO 17395:2017《Petroleum and natural gas industries — Determination of biomarker compounds in crude oil and reservoir fluids》。
美國地質(zhì)調(diào)查局（U）與美國環(huán)保署（EPA）方法：如EPA Method 8270D（揮發(fā)性和半揮發(fā)性有機化合物的GC-MS分析）、U方法用于沉積物中甾烷與萜烷的定量。
行業(yè)標準：如中國石油天然氣集團公司（CNPC）企業(yè)標準《油氣勘探中生物標志物分析技術(shù)規(guī)范》（Q/SY 1125-2020）。

以上標準對樣品采集、前處理、儀器參數(shù)、質(zhì)量控制、數(shù)據(jù)報告等環(huán)節(jié)提出了明確要求，是保障檢測結(jié)果科學、可靠的重要依據(jù)。