Związki arylowoizoprenoidowe jako wskaźniki charakteru środowiska sedymentacji

• Autorzy: Bieleń Wojciech

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2019.09.03

Warianty tytułu

EN

Aryl isoprenoids as indicators of the nature of the sedimentation environment

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

This work aimed to identify compounds from the group of aryl isoprenoids, including higher homologues, as well as to identify elemental sulfur. On this basis, the environment of sedimentation of organic matter, the occurrence of the photic anoxic zone were determined. 18 bitumen extracts from samples from the Krosno and Menilite Beds were selected for this purpose. The material for the research came from the southern part of the Silesian Unit, from the southern limb of the Gorlice Fold. The samples were analyzed using GC-MS. GC-MS analysis in the MS-MS mode was used for the identification of higher aryl isoprenoids, such as: diaryl C28 and C40 isoprenoids, or isorenieratane, allowing to determine the compounds with high probability. Aryl isoprenoids (short and medium chain), higher diaryl isoprenoids, isorenieratane and elemental sulfur were identified. The aryl – isoprenoid AIR index was calculated. Samples from the Krosno Beds and from the Menilite Beds were examined for: the nature of the sedimentation environment, including photic anoxic zone (PZA), bacterial activity during the sedimentation of organic matter and the origin of organic matter. For most of the tested samples from the Krosno Beds, the presence of trimethyl aryl isoprenoids in the limited range of homologues was found. It was determined that the nature of the sedimentation environment was variable. For most of the samples from the Menilite Beds, the presence of trimethyl aryl isoprenoids was found over the full range of homologues, which allowed to calculate the aryl-isoprenoid index (AIR). It was determined that for most samples, the sedimentation environment conditions were strongly reductive and there was a persistent photic anoxic zone. Samples 7 and 14 exhibit the characteristics of a suboxic sediment environment. The participation of bacteria (including Chlorobiaceae) in the sedimentation of organic matter was indicated. Evidence of a high proportion of terrestrial material (Angiospermae and conifers) has been shown (the presence of oleanane, high percentage of C29 sterane and the presence of retene).

PL

Niniejsza praca miała na celu identyfikację związków z grupy arylowych izoprenoidów, w tym wyższych homologów, a także identyfikację siarki elementarnej. Na tej podstawie określono: środowisko sedymentacji materii organicznej, występowanie fotycznej strefy anoksycznej, a także szacunkowo okres jej trwania. W tym celu zostało wytypowanych 18 próbek ekstraktów bituminów pochodzących z warstw krośnieńskich i menilitowych. Materiał do badań pochodził z obrębu południowej części jednostki śląskiej, z południowego skrzydła fałdu Gorlic. Próbki zostały poddane analizie GC-MS. Pod kątem identyfikacji wyższych arylowych izoprenoidów, takich jak: diarylowe izoprenoidy C33 i C40 czy izorenieratan, zastosowano analizę GC-MS w trybie MS-MS, podwójną jonizację, co pozwoliło z dużym prawdopodobieństwem określić dane związki. Zidentyfikowano arylowe izoprenoidy (krótko- i średniołańcuchowe), wyższe diarylowe izoprenoidy, izorenieratan oraz siarkę elementarną. Obliczono wskaźnik arylowoizoprenoidowy AIR. Zbadano próbki z warstw krośnieńskich i z warstw menilitowych pod kątem: charakteru środowiska sedymentacji, w tym fotycznej strefy anoksycznej (PZA), działalności bakteryjnej podczas sedymentacji materii organicznej oraz pochodzenia materii organicznej. Dla większości badanych próbek z warstw krośnieńskich stwierdzono obecność niektórych homologów trimetylowych arylowych izoprenoidów. Ustalono, że charakter środowiska sedymentacji był zmienny. W większości próbek z warstw menilitowych stwierdzono obecność trimetylowych arylowych izoprenoidów w pełnym zakresie homologów, co pozwoliło obliczyć wskaźnik arylowoizoprenoidowy (AIR). Określono, że dla większości tych próbek warunki środowiska sedymentacji były silnie redukcyjne oraz występowała długotrwała fotyczna strefa anoksyczna. Próbki 7 i 14 wykazują cechy subtlenowego środowiska sedymentacji. Wskazano na udział bakterii (w tym Chlorobiaceae) w procesach sedymentacji materii organicznej. Udowodniono (obecność oleananu, duża procentowa zawartość steranu C29 oraz obecność retenu) wysoki udział materiału lądowego (typu roślin okrytonasiennych – Angiospermae oraz drzew iglastych). Opracowano metodykę identyfikacji: diarylowych izoprenoidów, izorenieratanu, beta-karotanu oraz siarki elementarnej.

Słowa kluczowe

EN

aryl isoprenoids; isorenieratane; elemental sulfur; depositional environment; photic anoxic zone

PL

izoprenoidy arylowe; izorenieratan; siarka elementarna; środowisko sedymentacji; fotyczna strefa anoksyczna

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2019
• Tom: R. 75, nr 9
• Strony: 546--554
• Opis fizyczny: Bibliogr. 24 poz., rys., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bieleń Wojciech

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Bieleń W., Matyasik I., Janiga M., 2017. Arylowe izoprenoidy jako wyznaczniki stref anoksycznych kolumny wody. Nafta-Gaz, 11: 857–363. DOI: 10.18668/NG.2017.11.05.
• Brocks J.J., Love G.D., Summons R.E., Knoll A.H., Logan G.A., Bowden S.A., 2005. Biomarker evidence for green and purple sulphur bacteria in a stratified Paleoproterozoic sea. Nature, 437: 866–870. DOI: 10.1038/nature04068.
• Brocks J.J., Schaeffer P., 2008. Okenane, A biomarker for purple sulfurbacteria (Chromatiaceae), and other new carotenoid derivatives from the 1640 Ma Barney Creek Formation. Geochimica et Cosmochimica Acta, 72(5): 1396–1414. DOI:10.1016/j.gca.2007.12.006.
• Brocks J.J., Summons R.E., 2013. Sedimentery Hydrocarbons, Biomarkers for early life. [W:] H. Holland, K. Turekian (eds.), Treatise on geochemistry: second edition. Elsevier Ltd., 61–103.DOI: 10.1016/B0-08-043751-6/08127-5.
• Casey H., Voordouw G., 2007. Oil field souring control by nitrare-reducing Sulfurospirillum spp. that outcompete sulfate-reducing bacteria for organic electron donors. Appl. Environ. Microbiol., 73(8): 2644–2652. DOI: 10.1128/AEM.02332-06.
• Damste J.S.S., Kenig F., Koopmans M.P., Köster J., Schouten S., Hades J.M., Leeuw J.W., 1995. Evidence for gammacerane as an indicator of water column stratification. Geochimica et Cosmochimica Acta, 59(9): 1895–1900. DOI:10.1016/0016-7037(95)00073-9.
• Dziadzio P.S., Matyasik I., 2018. Środowisko sedymentacji i korelacja geochemiczna dolnooligoceńskich utworów z obrębu jednostek dukielskiej i grybowskiej. Nafta-Gaz, 6: 423–434. DOI: 10.18668/NG.2018.06.02.
• Dziadzio P.S., Matyasik I., Garecka M., Szydło A., 2016. Lower Oligocene Menilite Beds, Polish Outer Carpathians: supposed deep-sea flysch locally reinterpreted as shelfal, based on new sedimentological, micropalaeontological and organic-geochemical data. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, 213: 1–119.
• El-Shafeiy M., Birgel D., El-Kammar A., El-Barkooky A., Wagreich M., Mohamed O., Peckmann J., 2014. Palaeoecological and post depositional changes recorded in Campanian–Maastrichtian black shales, Abu Tartur plateau, Egypt. Cretaceous Research, 50: 38–51. DOI:10.1016/j.cretres.2014.03.022.
• Feng Z.H., Fang W., Li Z.G., Wang X., Huo Q.L., Huang C.Y., Zhang J.H., Zeng H.S., 2011. Depositional environment of terrestrial petroleum source rocks and geochemical indicators in the Songliao Basin. Science China Earth Sciences, 54(9): 1304–1317.DOI:10.1007/s11430-011-4268-0.
• Frimmel A., Oschmann W., Schwark L., 2004. Chemostratigraphy of the Posidonia Black Shale, SW Germany I. Influence of sea-level variation on organic facies evolution. Chemical Geology, 206(3–4): 199–230. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2003.12.007.
• Grba N., Šajnović A., Stojanović K., Simić V., Jovančićević B., Roglić G., Erić V., 2014. Preservation of diagenetic products of β-carotene in sedimentary rocks from the Lopare Basin (Bosnia and Herzegovina). Chemie der Erde, 74: 107–123. DOI:10.1016/j.chemer.2013.10.002.
• Hu S., Wilkes H., Horsfield B., Chen H., Li S., 2016. On the origin, mixing and alteration of crude oils in the Tarim Basin. Organic Geochemistry, 97: 17–34. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2016.04.005.
• Jankowski L., Probulski J., 2011. Rozwój tektoniczno-basenowy Karpat zewnętrznych na przykładzie budowy geologicznej złóż Grabownica, Strachocina i Łodyna oraz ich otoczenia. Geologia, 37: 555-583
• Koopmans M.P., Schouten S., Kohnen M.E.L., Damste J.S.S., 1996. Restricted utility of aryl isoprenoids as indicators for photic zone anoxia. Geochimica et Cosmochimica Acta, 60(23): 4873–4876.
• Lu H., Sun Y.G., Peng P.A., 2004. Occurrences and implications of aryl isoprenoids detected in the crude oils from Lunnan Oilfield, Tarim Basin, NW China (in Chinese). Geological Journal of China Universities, 10: 283–289.
• Matyasik I., 2011. Biomarkery w charakterystyce genetycznej systemów naftowych. Prace Naukowe Instytutu Nafty i Gazu – Państwowego Instytutu Badawczego, 177: 1–220.
• Peng P.A., Sheng G.Y., Jiang J.G., Fu J.M., Bao J.P., Yu Z.Q., 2004. Hydrocarbon compositions of soluble organic matter and characteristics of biomarkers in source rocks in a hypersaline lacustrine basin. In Generation, Migration and Accumulation of Oils and Gases in Hypersaline Lacustrine Basin, China. Guangdong Science and Technology Press: Guangzhou, 6: 139–188.
• Schwark L., Frimmel A., 2004. Chemostratigraphy of the Posidonia black shale, SW Germany II. Assessment of extent and persistence of photic-zone anoxia using aryl isoprenoid distributions. Chemical Geology, 206: 231–248. DOI: 10.1016/j.chemgeo.2003.12.008.
• Sousa Júnior G.R., Santos A.L.S., de Lima S.G., Lopes J.A.D., Reis F.A.M., Santos Neto E.V., Chang H.K., 2013. Evidence for euphotic zone anoxia during the deposition of Aptian source rocks based on aryl isoprenoids in petroleum, Sergipe–Alagoas Basin, northeastern Brazil. Organic Geochemistry, 63: 94–104. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2013.07.009.
• Summons R.E., Powell T.G., 1987. Identification of aryl isoprenoids in source rocks and crude oils: Biological markers for the green sulphur bacteria. Geochimica et Cosmochimica Acta, 51(3): 557–566. DOI: 10.1016/0016-7037(87)90069-X.
• Sun Y.G., Xu S.P., Lu H., Chai P.X., 2003. Source facies of the Paleozoic petroleum systems in the Tabei uplift, Tarim Basin, NW China: implications from aryl isoprenoids in crude oils. Organic Geochemistry, 34: 629–634. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2011.08.012.
• Szymakowska F., 1979. Budowa geologiczna południowego skrzydła fałdu Gorlic między Gorlicami a Krygiem (Karpaty środkowe). Rocznik Polskiego Towarzystwa Geologicznego: 49(1–2): 85–103.
• Wang L., Song Z.G., Yin Q., George S.C., 2011. Paleosalinity significance of occurrence and distribution of methyltrimethyltridecyl chromans in the Upper Cretaceous Nenjiang Formation, Songliao Basin, China. Organic Geochemistry, 42(11): 1411–1419.

Uwagi

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019).