Zastosowanie badań izotopowych do określania pochodzenia wybranych biomarkerów

• Autorzy: Bieleń Wojciech , Janiga Marek

Identyfikatory

DOI

10.18668/NG.2022.05.02

Warianty tytułu

EN

Application of isotope analyses for determination of the origin of selected biomarkers

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Badania izotopowe n-alkanów, pristanu (Pr) oraz fitanu (Ph) przeprowadzono przy pomocy aparatu GC-IRMS. Porównanie wartości δ13C – pristanu do n-C17 oraz fitanu do n-C18, a także zestawienie wartości δ13C pomiędzy pristanem a fitanem w obrębie jednej próbki pomaga zidentyfikować źródło pochodzenia tych izoprenoidów, co było celem pracy. Ta ostatnia informacja uwiarygadnia lub podaje w wątpliwość wskaźnik środowiska sedymentacji – Pr/Ph. Wartości δ13C n-alkanów dla rop naftowych z tego samego złoża: Bóbrka 113, Niepodległość 2, Bandrów wskazują na pochodzenie tych rop od roślin C3 (fotosynteza typu C3) oraz z osadów rzecznych lub/i jeziornych. N-alkany występujące w tych trzech ropach naftowych mogą mieć mieszane źródła i pochodzić zarówno od roślin lądowych, jak i wodnych. Ropa naftowa Łodyna 90K może pochodzić z różnorakich wyższych roślin. Wartości δ13C n-alkanów z próbek ekstraktów bitumicznych Dukla 2A i Dukla 2D są charakterystyczne dla roślin C3. Pristan i fitan w badanych próbkach rop naftowych i w przypadku dwóch próbek ekstraktów bitumicznych Dukla 2A i Dukla 2D mają wartości δ13C niższe niż wartości δ13C dla n-C17 i n-C18, co sugeruje pochodzenie od organizmów heterotroficznych. We wszystkich badanych próbkach rop naftowych (wyjątki: Łodyna 90K, Osobnica 35) wartości δ13C dla Pr i Ph w obrębie pojedynczej próbki świadczą o tym samym materiale źródłowym dla tych izoprenoidów. Ta informacja potwierdza, że wskaźnik Pr/Ph, mówiący o typie środowiska sedymentacji materii organicznej, jest wiarygodny. W dwóch ekstraktach bitumicznych (Dukla 2D i Krosno 8) wartości δ13C dla Pr i Ph są różne, dlatego istnieje duże prawdopodobieństwo odmiennego pochodzenia dla tych dwóch izoprenoidów (należy być ostrożnym co do wiarygodności wskaźnika środowiska sedymentacji Pr/Ph).

EN

Isotope analysis of n-alkanes, pristan (Pr) and phytane (Ph), were carried out on the GC-IRMS apparatus. Comparing the δ13C values of pristan to n-C17, phytane to n-C18 and pristan to phytane within one sample helps to identify the source of these isoprenoids. The latter information legitimises or questions the sedimentation environment index – Pr/Ph. The values of δ13C of n-alkanes for crude oil from one field: Bóbrka 113, Niepodległość 2, Bandrów indicate the origin of C3 plants (photosynthesis type C3) and river and / or lake sediments. The N-alkanes found in these three crude oils could have been sourced by organic matter from terrestrial and aquatic plants. Łodyna 90K crude oil was derived from a variety of higher plants. The δ13C values of n-alkanes for samples Dukla 2A and Dukla 2D bituminous extracts are characteristic for C3 plants. Pristan and phytan in the analyzed crude oil samples and in the case of two samples Dukla 2A and Dukla 2D bituminous extracts have δ13C values lower than the values of n-C17 and n-C18, which suggests their origin from heterotrophic organisms. In all analyzed crude oil samples (exceptions: Łodyna 90K, Osobnica 35) the δ13C values of Pr and Ph within a single sample indicate the same source material for these isoprenoids. This information confirms that the Pr/Ph ratio is reliable. In two bituminous extracts (Dukla 2D and Krosno 8) the δ13C values of Pr and Ph are different, therefore there is a high probability of different origins for these two isoprenoids (the Pr/Ph ratio may be unreliable).

Słowa kluczowe

PL

spektrometria masowa; analiza izotopowa; biomarkery; pristan; fitan; substancja źródłowa

EN

mass spectrometry; isotope analysis; biomarkers; pristane; phytane; organic matter

• Wydawca: Instytut Nafty i Gazu - Państwowy Instytut Badawczy
• Czasopismo: Nafta-Gaz
• Rocznik: 2022
• Tom: R. 78, nr 5
• Strony: 336--342
• Opis fizyczny: Bibliogr. 23 poz., rys.

Twórcy

autor

Bieleń Wojciech

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

autor

Janiga Marek

• Instytut Nafty i Gazu – Państwowy Instytut Badawczy

Bibliografia

• Bidigare R.R., Fluegge A., Freeman K.H., Hanson K.L., Hayes J.M., Hollander D., Jasper J.P., King L.L., Laws E.A., Milder J.,1997. Consistent fractionation of 13C in nature and in the laboratory: growth-rate effects in some haptophyte algae. Global Biogeochemical Cycles, 11: 279–292. DOI: 10.1029/96GB03939.
• Bieleń W., Janiga M., 2021. Spektrometria masowa i analiza izotopowa biomarkerów frakcji nasyconej. Nafta-Gaz, 77(8): 512–520.DOI: 10.18668/NG.2021.08.02.
• Bjorøy M., Hall K., Gillyon P., Jumeau J., 1991. Carbon isotope variations in n-alkanes and isoprenoids of whole oils. Chem. Geol.,93: 13–20. DOI: 10.1016/0009-2541(91)90061-U.
• Cheng P., Xiao X.M., Gai H.F., Li T.F., Zhang Y.Z., Huang B.J., Wilkins R.W.T., 2015. Characteristics and origin of carbon isotopes of n-alkanes in crude oils from the western Pearl River Mouth Basin, South China sea. Marine and Petroleum Geology,67: 217–229. DOI: 10.1016/j.marpetgeo.2015.05.028.
• Chikaraishi Y., Naraoka H., Poulson S.R., 2004. Hydrogen and carbon isotopic fractionations of lipid biosynthesis among terrestrial (C3,C4 and CAM) and aquatic plants. Phytochemistry, 65: 1369–1381.DOI: 10.1016/j.phytochem.2004.03.036.
• Collister J.W., Rieley G., Stern B., Eglinton G., Fry B., 1994. Compound-specific δ13C analyses of leaf lipids from plants with differing carbon dioxide metabolisms. Organic Geochemistry, 21:619–627. DOI: 10.1016/0146-6380(94)90008-6.
• Drozd A., Bieleń W., 2020. Sedymentologiczna i geochemiczna charakterystyka dolnych warstw krośnieńskich fałdu Gorlic i łuski Stróż (jednostka śląska, Karpaty zewnętrzne). Nafta-Gaz, 76(12):877–894. DOI: 10.18668/NG.2020.12.01.
• Dzou L.I.P., Hughes W.B., 1993. Geochemistry of oils and condensates, K Field, offshore Taiwan – a case-study in migration fractionation. Organic Geochemistry, 20: 437–462. DOI:10.1016/0146-6380(93)90092-P.
• Farquhar G.D., Ehleringer J.R., Hubick K.T., 1989. Carbon isotope discrimination and photosynthesis. Annual Review of Plant Biology, 40: 503–537.
• Freeman K.H., Hayes J.M., Trendel J.M., Albrecht P., 1990. Evidence from carbon isotope measurements for diverse origins of sedimentary hydrocarbons. Nature, 343: 254–256. DOI:10.1038/343254a0.
• Grice K., Backhouse J., Alexander R., Marshall N., Logan G.A., 2005. Correlating terrestrial signatures from biomarker distributions, δ13C, and palynology in fluvio-deltaic deposits from NW Australia (Triassic–Jurassic). Organic Geochemistry, 36: 1347–1358. DOI:10.1016/j.orggeochem.2005.06.003.
• Grice K., Brocks J.J., 2011. Biomarkers (organic, compound-specific isotopes). [W:] Reitner J., Thiel V. (eds.). Encyclopedia of Geobiology. Springer, Netherlands: 167–182.
• Hasegawa T., Pratt L.M., Maeda H., Shigeta Y., Okamoto T., Kase T., Uemura K., 2003. Upper Cretaceous stable carbon isotope stratigraphy of terrestrial organic matter from Sakhalin, Russian Far East: a proxy for the isotopic composition of paleoatmospheric CO2. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 189: 97–115.
• Murray A.P., Summons R.E., Boreham C.J., Dowling L.M., 1994. Biomarker and n-alkane isotope profiles for Tertiary oils – relationship to source-rock depositional setting. Organic Geochemistry, 22(3–5): 521–542. DOI: 10.1016/0146-6380(94)90124-4.
• Nabbefeld B., Grice K., Twitchett R.J., Summons R.E., Hays L., Bottcher M.E., Asif M., 2010. An integrated biomarker, isotopic and palaeoenvironmental study through the Late Permian event at Lusitaniadalen, Spitsbergen. Earth and Planetary Science Letters, 291: 84–96. DOI: 10.1016/j.epsl.2009.12.053.
• Popp B.N., Laws E.A., Bidigare R.R., Dore J.E., Hanson K.L., Wakeham S.G., 1998. Effect of phytoplankton cell geometry on carbon isotopic fractionation. Geochimica at Cosmochimica Acta, 62: 69–77. DOI: 10.1016/S0016-7037(97)00333-5.
• Schouten S., Breteler W.C.M.K., Blokker P., Schogt N., Rijpstra W.I.C., Grice K., Baas M., Sinninghe Damste J.S., 1998. Biosynthetic effects on the stable carbon isotopic compositions of algal lipids: implications for deciphering the carbon isotopic biomarker record. Geochimica et Cosmochimica Acta, 62: 1397–1406. DOI:10.1016/S0016-7037(98)00076-3.
• Schouten S., Özdirekcan S., van der Meer M.T.J., Blokker P., Baas M., Hayes J.M., Sinninghe Damste J.S., 2008. Evidence for substantial intramolecular heterogeneity in the stable carbon isotopic composition of phytol in photoautotrophic organisms. Organic Geochemistry, 39: 135–146. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2007.09.002.
• Smith B.N., Epstein S., 1971. Two categories of 13C/12C ratios for higher plants. Plant Physiology, 47: 380–384. DOI: 10.1104/pp.47.3.380.
• Song Z., Qin Y., George S.C., Wang L., Guo J., Feng Z., 2013. A biomarker study of depositional paleoenvironments and source inputs for the massive formation of Upper Cretaceous lacustrine source rocks in the Songliao Basin, China. Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 385: 137–151. DOI: 10.1016/j.palaeo.2012.12.007.
• Sun Y., Sheng G., Peng P., Fu J., 2000. Compound-specific stable carbon isotope analysis as a tool for correlating coal-sourced oils and interbedded shale-sourced oils in coal measures: an example from Turpan basin, north-western China. Organic Geochemistry,31: 1349–1362. DOI: 10.1016/S0146-6380(00)00069-3.
• Tuo J., Wang X., Chen J., Simoneit B.R.T., 2003. Aliphatic and diterpenoid hydrocarbons and their individual carbon isotope compositions in coals from the Liaohe Basin, China. Organic Geochemistry,34: 1615–1625. DOI: 10.1016/j.orggeochem.2003.08.004.
• Xu H., George C.S., Hou D., Cao B., Chen X., 2020. Petroleum sources in the Xihu Depression, East China Sea: Evidence from stable carbon isotopic compositions of individual n-alkanes and isoprenoids. Journal of Petroleum Science and Engineering, 190:1–16. DOI: 10.1016/j.petrol.2020.107073.

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MEiN, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2022-2023).