洛川剖面典型古土壤生物标志物及植被环境

论文摘要

生物标志物是地质时期生物体的“遗迹”，其分布和地球化学组合特征可以反映当时的生物信息及沉积环境状况。生物残体经历漫长地质环境改造后，大部分物质的组成和结构发生变化，但以分子级存在的生物标志物却保留了生物原有的基本碳网骨架。目前，生物标志化已在古植被和古气候环境方面进行了大量的研究，研究载体己涉及到气溶胶、海相沉积物、湖相和泥炭沉积物、洞穴石笋、黄土、古植被、雪冰和海相碳酸盐等，并已取得了大量研究成果。中国黄土分布广泛、沉积连续、携带的环境信息丰富，与深海沉积物、极地冰芯并称为全球变化研究的三大支柱，国内外学者对中国黄土进行了大量的研究并取得了丰硕的成果，洛川剖面作为黄土高原中部的标准剖面之一，一直是人们关注的焦点。利用气相色谱-质谱联用仪（GC-MS）对连续取样的洛川黄土剖面弱古土壤层（L1SS1）和相邻黄土层（L1LL1,L1LL2）的生物标志物进行了检测，获得正构烷烃、正烷基-2-酮和酰胺等种类众多、丰度较高的生物标志物。W草/植=nC31／(nC27+nC29+nC31)、W木／植=(nC27+nC29)／(nC27+nC29+nC31)和W木／草=(nC27+nC29)／(nC31+nC33)记录反映了草本与植被、木本与植被、木本与草本比例变化规律的古植被信息。通过磁化率、粒度和分子化石指标的相关性分析，认为磁化率、粒度记录了环境变化及主要气候事件；而分子化石能较好地反映古植被变化。当气候环境由干冷向暖湿变化、水热配置条件改善时，植被变化响应较迅速：当环境恶化、转向干冷时，响应较弱或滞后，这种现象可能是由于植被生态系统稳定性造成的结果。对洛川剖面S4古土壤及相邻的L5、L4部分黄土样品的生物标志物进行连续检测，获得包括正构烷烃、正烷基-2-酮和类异戊二烯等丰富的类脂物分子。比较样品正构烷烃与磁化率的相关性、原地源正构烷烃与磁化率的相关性，结合CPI指标并考虑黄土的风成因素，认为源自地层生物标志物真实地反映了地质时期的植被状况。正构烷烃平均碳链长度（ACL）与磁化率和粒度变化有很好的对比性，记录了地质时期的环境变化信息，环境由冷干向暖湿变化时同步性较好，由暖湿向冷干转变时ACL值记录滞后。正构烷烃碳数分布及比值参数揭示：由黄土沉积L5向古土壤S4过渡时以C29为主峰，显示以木本输入为优势；在古土壤S4发育时期，以C31为主峰，草本比例增大、木本比例减小，具明显的草本输入优势。正构烷烃C31／(C29+C31)比值可以作为植被类型指标，L5黄土层C31／(C29+C31)值小于0．5，为荒漠植被类型，S4古土壤层C31／(C29+C31)值大于0．5，为草本植被类型。对S5古土壤及相临部分黄土的生物标志物研究，从正构烷烃分布特征看，高碳数具有显著的奇偶优势，所有样品均以C31为主峰，丰度分布为：C27<C29<C31，显示有机分子来源于以草本为主的植被。对比磁化率和粒度分析结果，发现磁化率、粒度和正构烷烃各参数随剖面地层序列均有显著变化，磁化率曲线显示了S5古土壤中三个亚层变化，作为反映植被变化的正构烷烃参数(Q本/草，Q草/植和Q木/植)，可以显著地区分S5第一个古土壤亚层，第二、第三个亚层的区分不是很显著，但在一定程度上显示了与“红三条”对应的植被波动。小狐山湖泊沉积（晚更新世中晚期湖相沉积）的生物标志物显示，正构烷烃以C29为主峰，洛川剖面在该地质时期（Sm）却以C31为主峰，表明洛川原地源的生物标志物虽然受源区影响，但并没有覆盖原地生物标志物的信号，洛川剖面的生物标志物揭示了相应地质时期的古植被和古环境。磁化率和粒度与原地源正构烷烃参数具有相关性揭示了正构烷烃与环境变化的一致性，证明正构烷烃来自该地质环境条件下的植被，由此重建的古植被是可靠的，正构烷烃有机分子表明洛川黄土塬发育草原植被。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 第一章 绪论
• 1.1 生物标志化合物（生标）定义、特征
• 1.1.1 生标定义
• 1.1.2 生物标志化合物的特征
• 1.2 生物标志化合物体系
• 1.2.1 正构烷烃
• 1.2.2 支链烷烃
• 1.2.3 无环类异戊二烯化合物
• 1.2.4 甾烷
• 1.2.5 饱和萜类
• 1.2.6 含氮化合物
• 1.2.7 含氧化合物
• 1.3 生物标志物研究领域
• 1.3.1 分子古生物学研究
• 1.3.2 全球环境变化研究
• 1.4 选题依据及意义
• 第二章 生物标志化合物分析方法与研究载体
• 2.1 生物标志化合物的分析方法
• 2.1.1 样品保存和化学前处理
• 2.1.2 仪器分析
• 2.1.3 谱图解析和检索
• 2.2 生物标志化合物的研究载体
• 2.2.1 湖相沉积物
• 2.2.2 海相沉积
• 2.2.3 现代土壤和红土
• 2.2.4 沼泽、泥炭沉积物
• 2.2.5 雪冰、气溶胶、洞穴堆积物
• 2.2.6 黄土-古土壤
• 第三章 研究区概况及研究内容
• 3.1 黄土形成的地理环境及分布规律
• 3.1.1 黄土形成的地理环境
• 3.1.2 黄土的分布规律
• 3.2 洛川剖面概况
• 3.3 研究内容
• 1SS₁、S₄、S₅分子化石的检测'>3.3.1 洛川剖面L₁SS₁、S₄、S₅分子化石的检测
• 3.3.2 磁化率和粒度
• 第四章 洛川黄土-古土壤生物标志化合物的特征及意义
• 4.1 材料与实验方法
• 4.1.1 样品采集
• 4.1.2 样品分析
• 1SS₁及其相临黄土的分子化石特征及古植被环境意义'>4.2 洛川黄土剖面L₁SS₁及其相临黄土的分子化石特征及古植被环境意义
• 1SS₁正构烷烃分子化石特征'>4.2.1 L₁SS₁正构烷烃分子化石特征
• 1SS₁正构烷烃分子化石组成'>4.2.2 L₁SS₁正构烷烃分子化石组成
• 1SS₁环境、植被参数的相关性分析'>4.2.3 L₁SS₁环境、植被参数的相关性分析
• 4.2.4 古植被景观变化规律
• 4.2.5 小结
• 4及其相临黄土的分子化石特征及古植被环境意义'>4.3 洛川黄土剖面S₄及其相临黄土的分子化石特征及古植被环境意义
• 4分子化石特征'>4.3.1 S₄分子化石特征
• 4原地源分子化石的确定'>4.3.2 S₄原地源分子化石的确定
• 4分子化石相关性揭示的生物源及意义'>4.3.3 S₄分子化石相关性揭示的生物源及意义
• 4.3.4 平均碳链长度与古环境
• 4发育时期的古植被'>4.3.5 古土壤S₄发育时期的古植被
• 4.3.6 小结
• 5及与其相临黄土的分子化石特征及古植被环境意义'>4.4 洛川黄土剖面S₅及与其相临黄土的分子化石特征及古植被环境意义
• 5分子化石特征'>4.4.1 S₅分子化石特征
• 4.4.2 分子化石来源
• 5古土壤正构烷烃的植被及环境意义'>4.4.3 S₅古土壤正构烷烃的植被及环境意义
• 4.4.4 小结
• 4.5 正烷基-2-酮和酰胺的分布特征及意义
• 1SS₁生物标志'>第五章 额济纳盆地小狐山湖相沉积与洛川L₁SS₁生物标志
• 5.1 样品采集与分析
• 5.1.1 地质概况与自然地理背景
• 5.1.2 样品采集
• 5.1.3 实验分析
• 5.2 生物标志化合物特征及生物源与环境意义
• 5.2.1 生物标志化合物特征
• 5.2.2 正构烷烃的生物源
• 5.3 小狐山与洛川剖面的生物标志物比较及环境意义
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 存在问题与研究展望
• 参考文献
• 在读期间研究成果
• 致谢