三万年来南沙海区古环境重建:生物标志物定量与单体碳同位素研究

17962钻孔沉积物提供了南沙海区3万年来古气候、古环境变化的高分辨沉积记录。通过对314个柱状样沉积物进行有机分析，提取了相关的古环境信息，揭示出南沙海区末次冰期的古海洋环境及古气候是不稳定的，水生生物来源的生物标志物沉积通量在冰期出现了较大的波动，H3时出现了海洋生产力增大事件；陆源指标如高碳类脂物的沉积通量，既反映了陆源物对南沙海区海洋沉积的贡献，又揭示了造成末次冰期南沙海区陆源物质增高的古气候事件。高碳正烷烃、长链脂肪醇、长链脂肪酸的单体化合物碳同位素δ^13C值:—34．2‰-—28．6‰、—35．8‰-—26．6‰、—31．8‰-—27．1‰都显示其陆源C3植物输入的特征，末次冰期的普遍的干旱化在这一地区并不存在。这些化合物的堆积速率在H3都出现了极大值，反映出在南海海平面降低，巽它陆架出露背景下这一时期丰富的季风降雨导致河流洪水泛滥，从而引起南沙海区输入的陆源营养元素增多，海洋表层生产力增高。     

30ka以来南海东北部陆坡坡底沉积有机质的长链正构烷烃特征及其古植被意义

为探寻南海深海平原区的有机质组成特征、来源及其所反映的古气候/环境演化信息,对南海东北部深水区的ZSQD289沉积柱状样品进行了正构烷烃组成及其单体稳定碳同位素的相关分析,结合孢粉鉴定结果,重点探讨该沉积区末次冰期以来陆源输入变化、源区的古植被演化及其气候响应因素.结果表明:30ka以来,南海东北部深海陆坡坡底的沉积有机质以洋/陆混源为特征,且以海洋自生生产力贡献为主,其生源贡献存在明显的冰期/间冰期旋回变化特征,冰期时陆源有机质输入明显高于全新世间冰期;其陆源有机质应该主要由台湾南部河流输入,在低海平面时通过海底峡谷搬运至此,其过程中可能受到西太平洋底流和黑潮的影响.该沉积源区植被演化经历了C3/C4植物互为消长的变化过程,但30ka以来主要还是以C3植物占优势,由此推测末次冰期以来源区(台湾岛南部)不存在明显的干旱化,冰期虽然温度较低但气候比较湿润.     

末次冰期以来南海北部物源及古环境变化的有机地球化学记录

文章在AMS～14C定年的基础上建立了南海北部MD05-2905钻孔（20°08.17′N,117°21.61′E）末次冰期以来有机地球化学记录的时间序列,利用其中的正构烷烃、甾醇和烯酮等有机分子标志物对南海北坡25ka以来沉积物物源、气候环境变化进行探讨。长链正构烷烃总含量和浮游植物标志物总含量表明25.0～14.5kaB.P.时段南海北部沉积物中陆源物质输入、海洋初级生产力浮游植物输入均较高,14.5～8.5kaB.P.时段迅速降低,全新世8.5kaB.P.之后稳定在较低水平。末次冰期海平面低,陆架出露面积大,陆源物质搬运至沉积地点的距离短,强盛的冬季风及其驱动的洋流有利于大量的陆源物质搬运至该沉积地点;14.5kaB.P.,对应于MWPIa时期,陆源物质输入迅速减少,海洋初级生产力的迅速降低,印证了此时海平面的快速上升。C31/C17物源参数表明陆源物质输入和海洋内生源输入在25.0～14.5kaB.P.时段和14.5～8.5kaB.P.时段分别占据了主要地位,这表明海平面变化对陆源物质输入影响可能更大;全新世8.5ka之后,陆源、海洋内生源输入交替占据主要地位,这可能与东亚季风增强有关。从有机分子标志物研究来看,海平面的变化对陆源物质输入及总海洋初级生产力可能均有重要控制作用,但海洋初级生产力中某些藻类如硅藻可能受控于不同的气候因素。C28甾醇含量指示硅藻在MWPIa和MWPIb时期大量增多,这可能是14.5～8.5kaB.P.海洋内生源输入相对较多的重要原因,同时,对11.0～8.5kaB.P.时段的碳酸钙低值事件可能有一定贡献,但其对海陆环境的响应还有待于进一步研究。     

南海北部MD12-3432站深海氧同位素MIS6期到MIS5期陆源沉积物元素比值反映的古气候变化

海洋沉积物中的某些主微量元素与沉积物源区有着密切的联系,它们之间的比值变化受到源区化学风化强度的影响,因此这些元素的比值变化可以反映出海洋沉积物源区古气候的变化。本文研究了南海北部陆坡MD12-3432站位深海氧同位素6期和5期(MIS6/5) 沉积物的主微量元素,发现其表现出良好的气候控制变化特征,K/Ti、Mg/Ti、Al/Ti、Fe/Ti、Co/Ti、Zn/Ti和V/Ti等比值在MIS 5期时较高,而在MIS6期时较低。南海北部的碎屑物质主要来自中国华南地区,沉积物中元素比值的变化表明间冰期时(MIS5)华南地区陆壳化学风化增强,说明该时期华南陆地气候环境温暖湿润,这可能是间冰期时东亚夏季风加强的结果;而冰期时南海北部沉积物源区化学风化减弱,则与此时东亚冬季风较强,华南地区气候干燥寒冷相关。同时,与表层海水生产力相关的Ba/Ti比值在间冰期较高而冰期较低,反映出南海北部在间冰期时表层生产力较高而冰期时相对较低,这可能是由于东亚夏季风增强带来更多降雨,陆地化学风化作用加强,大量营养成分随河流进入南海,导致南海北部表层海水生产力增加。     

藏北高原双湖地区中侏罗统海相油页岩生物标志化合物分布特征及其意义

重点报道了藏北双湖地区中侏罗统海相油页岩的生物标志化合物特征,首次在该层位油页岩中检出丰富的正烷烃、类异戊二烯烷烃、萜类化合物及甾类化合物。正烷烃图谱呈单峰形,nC₁₅、nC₁₆或nC₁₇为主峰碳,轻烃组份占有绝对优势,OEP值 0.93～ 1.0 1,无明显的奇偶碳数优势分布;Pr/Ph值为 0.77～ 1.5 9,在剖面序列中呈波动分布,显示弱植烷优势或姥鲛烷优势;藿烷以C₃₀ 占优势,萜烷相对丰度五环三萜烷 >三环萜烷 >四环萜烷;规则甾烷∑ (C₂₇+C₂₈) >∑C₂₉,∑C₂₇/∑C₂₉值为 0.79～ 1.2 0,在剖面序列中下部C₂₇甾烷略占优势,上部C₂₉甾烷略占优势,重排甾烷C₂₇/规则甾烷C₂₇值为 0.5 1～ 3.6 3,在剖面序列中具有显著的波动性,同时检出了少量孕甾烷和 4-甲基甾烷。有机质母质构成中,既有丰富的藻类等低等水生生物,可能还有一定比例陆生高等植物输入混合的特点。油页岩处于成熟阶段,整个油页岩剖面序列具有一致的热演化程度。剖面中部油页岩具有极高的原始生产力,氧化-还原条件也是控制油页岩TOC和沥青“A”含量在剖面垂向变化的重要因素.     

南海南部120ka以来元素地球化学记录的东亚夏季风变迁

利用XRF岩芯元素扫描仪对南海南部MD05-2896孔岩芯样品进行1 cm间隔的元素测试。该孔底部年龄约为120ka。研究表明,南海南部间冰期夏季风活动增强,上升流发育;夏季风和降雨带来的陆源有机物输入增加,提高了表层的生产力;冰期夏季风减弱,陆源有机物输入减少,表层生产力降低。海洋表层生产力在MIS3早期(60~40 ka)较高,指示该时有特强的夏季风,上升流作用增强。Ba/Ti值表明东亚夏季风的强弱变化,并与北半球夏季日射量基本呈线性关系,体现了东亚夏季风演化的天文驱动机制。     

末次冰期以来南海东北部陆坡-深海盆沉积有机质的来源及古环境意义

<正>利用有机地球化学方法可以从海洋沉积有机质中提取出丰富的用于重建海陆古气候和古环境的指标。其中海洋沉积物的总有机碳(TOC)、总氮(TN)含量及其稳定同位素组成(δ13Corg、δ15N)被广泛运用于判识有机质的来源,进而探讨海洋中碳、氮的生物地球化学循环过程以及地质历史时期的古气候/环境的变化。随着南海古海洋学研究的不断深入,已有学者对南海陆架—陆坡区末次冰期以来的沉积有机质的来源、组成变化以及控制因素等进行了探讨,发现沉积有机质的有机碳、氮含量及其稳定同位素在冰期/间冰期旋回中存在周期性变化规律。然而,对于南海超深水的下陆坡乃至深海盆区的沉积有机质尚未进行过此类研     

南海西部54万年以来元素地球化学记录及其反映的古环境演变

通过对南海西部上升流区MD05-2899孔开展高分辨率碳酸盐地层学和XRF岩芯扫描元素地球化学分析,重建了晚第四纪54万来以来东亚夏季风的演化历史,探讨海平面升降对南海西部陆源碎屑供应量的影响。研究选用了ln(Ba/Al)作为该海区古生产力的指标,ln(Br/Al)作为有机物的指标,ln(Ti/Al)作为陆源碎屑供应量的指标。研究结果显示,东亚夏季风在过去54万年以来强度不断增强,具有明显的冰期—间冰期旋回特征,在间冰期强盛和冰期减弱,是控制该海区有机物含量变化的主要因素。东亚夏季风不断强盛可能直接导致了南海周边陆地降雨增强,河流径流量加大,使得南海西部上升流区域的陆源碎屑供应量在间冰期明显高于冰期。研究发现,当相对海平面低于-60 m的时候,大面积暴露的巽他陆架可能向南海西部深水区输入大量陆源碎屑物质,造成研究站位的陆源碎屑供应量在冰盛期出现高值。因此,晚第四纪的东亚夏季风演化和海平面升降共同控制了南海西部上升流区陆源碎屑物质供应量的变化。     

皋兰山红黏土-黄土记录的上新世-更新世转型期C3/C4植被演化

上新世-更新世转型是上新世温暖气候向更新世冰期-间冰期旋回过渡的重要时段,与此同时,青藏高原的强烈隆升也深刻改变了高原及周边地区的地貌格局和生态环境面貌。因此,开展青藏高原东北缘地区上新世-更新世转型期的古气候变化研究是理解地球各圈层相互作用的重要切入点。而兰州盆地地处中国三大自然区的衔接位置,对气候变化和构造活动响应较为敏感,是探讨构造-气候-生态相互作用的理想区域。以兰州皋兰山红黏土-黄土岩芯为研究对象,在已有黄土高精度磁性地层年代学基础上,综合开展了有机碳同位素和长链正构烷烃碳同位素分析,重建了西部黄土高原上新世-更新世转型期（3.0~2.2 Ma）的C₃/C₄植被相对丰度演化历史。结果表明：皋兰山上新世-更新世转型期风成沉积中正构烷烃多以C₃₁为主峰的单峰模式,可能指示了草本植被的主要贡献。而典型黄土层位（L32和L33）的正构烷烃多呈现微生物降解的双鼓包模式,表明饱和烃受外源输入影响。综合对比常规指标、总有机碳和长链正构烷烃碳同位素后认为,皋兰山底部黄土的总有机碳同位素不能直接用于重建区域C₃/C₄植被演化。长链正构烷烃碳同位素研究表明：在3.0~2.2 Ma时期,皋兰山古生态整体以C₃植被为主;C₄植被扩张发生在3.0 Ma之前,3.0~2.9 Ma发生C₄植被快速减少事件,初步推测这可能与降温有关。     

辽西牛营子凹陷北票组烃源岩生物标志化合物特征——以辽凌地1井为例

采用气相色谱、气相色谱-质谱技术,研究了辽西牛营子凹陷辽凌地1井1527.91~1722.78 m(未见底)北票组烃源岩的生物标志化合物特征,剖析其沉积环境、有机质生源、有机质热演化程度等方面的信息. 牛营子凹陷北票组烃源岩样品的正构烷烃相关参数间接表征烃源岩成熟度较低,多为未成熟-低成熟阶段;有机质输入以陆源输入为主,有部分低等生物输入; Pr/Ph值主要介于0.94~5.01之间,平均为3.40,具有典型煤系地层有机质特征,形成于偏氧化性环境; C₂₄TeT/C₂₆TT-(C₂₀ +C₂₁)TT/(C₂₃+C₂₄)TT值整体偏高,指示一种高等植物来源; C₂₄-四环二萜/C₂₆三环萜烷比值分布于1.15~5.28,平均值为2.76,表明其陆源高等植物贡献较为充足;伽马蜡烷指数分布在0~0.04,平均值为0.02,反映当时的沉积环境为淡水环境;在m/z217质量色谱图中样品甾烷呈现C₂₉甾烷占优势的反"L"型,表示为高等植物输入占绝对优势. 综合研究认为牛营子凹陷北票组烃源岩形成于淡水的偏氧化性环境,具有典型煤系地层有机质特征,有机质来源为陆源高等植物贡献,具有油气勘探前景.     

末次冰期以来南海北部下陆坡区沉积有机质地球化学特征及其意义

选取南海北部下陆坡-深海平原过渡带典型沉积柱状样,通过对其沉积有机质的整体有机地球化学特征进行表征,探讨了南海下陆坡-深海平原区沉积有机质在冰期/间冰期旋回中的赋存状态、来源变化以及与古气候环境之间的相应关系。结果表明,总有机碳（TOC）、总氮（TN）和有机质稳定碳同位素（δ13Corg）与冰期/间冰期旋回有明显的对应关系,冰期时对应高值,间冰期时对应低值;而有机质稳定氮同位素（δ15N）表现为全新世时其值偏低,末次冰消期其值偏高,与气候旋回没有相关性; C/N值和δ13Corg值都表明南海北部下陆坡沉积有机质来源是陆相和海相的混源,且在末次冰期/间冰期尺度上主要以海相来源为主。     

末次冰期以来巽他陆架东北部陆坡区正构烷烃分布特征及其古植被意义

为了讨论末次冰期以来巽他陆架东北部植被情况及巽他陆架在冰期时的碳循环意义.对位于南海西南部陆坡的18252-3站位岩心柱沉积物中长链正构烷烃组分的平均链长(ACL27-33)、碳优势指数(CPI27-33)、烷烃含量(∑oddC27-C33)、及烷烃比值等指标进行了分析.结果显示:末次冰期以来CPI27-33表现出与海...     

茂名盆地羊角含矿区始新统油柑窝组油页岩有机地球化学特征及沉积环境

针对茂名盆地油页岩成矿机理问题,利用茂名盆地羊角含矿区始新统油柑窝组油页岩莱科（Leco）、热解、含油率以及生物标志化合物等分析,研究了其有机地球化学特征,讨论了油页岩有机质来源与沉积环境。结果表明：油柑窝组油页岩有机质丰度高,有机质类型为Ⅰ-Ⅱ₁型,含油率平均为5.98%,属品质中等偏好型;碳优势指数（I_CP）值（3.73~4.37）、奇偶优势（OEP）值（7.59~9.57）、较小甾烷C₂₉ααα20S/（20S+20R）、较低Ts/（Ts+Tm）以及最高热解峰温（T_max）值（428.00~434.00℃）均指示油柑窝组油页岩热演化处于未成熟阶段。正构烷烃气相色谱（GC）图显示为单峰式,主碳峰为C₂₇;∑C_21-/∑C₂₂₊与∑C₂₁₊₂₂/∑C₂₈₊₂₉均呈现低值,I_CP与OEP呈现高值,高碳数藿烷系列含量丰富,三环萜烷含量较低,未检测出奥利烷和羽扇烷等非藿类化合物,综合C₂₇-C₂₈-C₂₉规则甾烷相对含量特征,确定油柑窝组油页岩有机质来源主要为湖相藻类体以及细菌、浮游生物与陆生植物混合来源。总有机碳质量分数/全硫质量分数（TOC/S）值（41.14~170.08）、姥鲛烷/植烷（Pr/Ph）值（0.82~1.30）以及重排甾烷/规则甾烷值（0.06~1.10）指示油页岩沉积时水体为淡水、还原环境。在亚热带—温带温暖-湿润气候背景下,藻类等水生生物勃发引起的高湖泊生产力和淡水、还原环境是茂名盆地油柑窝组油页岩成矿的有利条件。     

华南地区石炭纪-早二叠世早期成冰期的地球生物学过程与烃源岩的形成

石炭纪-二叠纪冈瓦纳大陆成冰事件控制着全球(尤其是华南地区) 的海平面变化, 从而决定着生境型及生产力的变化.冈瓦纳大陆成冰事件造成石炭纪-早二叠世早期有4次全球性海退, 其中Tournasian末期到Visean早期的海退在华南地区最为明显, 导致生境型发生了明显的变化.在盆地相区, 由斜坡相(Ⅴ₁) 转变为下部浅海上部(Ⅳ₁).在远岸碳酸盐台地区, 由上部浅海(Ⅲ₁)、(Ⅲ₂) 转变为潮间带(Ⅱ₁)、潮下带(Ⅱ₂).在连岸碳酸盐台地区, 由浅水碳酸盐沉积区(Ⅱ₁)、(Ⅱ₂) 转变为陆相或海陆交互相沉积区.通过对生境型、生物类群的分布及氧化还原环境的分析, 探讨了冰期与间冰期生物群的演替、海洋生物生产力及埋葬条件的变化, 进而确定成冰事件对烃源岩形成和分布的控制作用.      

澳大利亚Bonaparte盆地大陆边缘裂陷期局限海相页岩发育特征与模式

发育于大陆边缘裂陷阶段以局限海相为主要沉积环境的富含浮游藻类泥页岩可能是Bonaparte盆地潜在的重要“油”源岩。从构造地质背景、沉积充填特征以及有机地球化学特征等多方面进行综合分析表明,局限海相页岩形成于大陆边缘裂陷阶段的衰减期,盆地基底的差异裂陷活动为页岩的形成提供了高可容纳空间和欠补偿的沉积环境,同时,“小隆大凹”的沉积格局更加有利于大规模相对稳定的半封闭的局限海沉积环境的形成和海相浮游藻类的繁盛。以扇三角洲和海底扇为主的物源体系带来大量“陆源”营养物质,同时,保持营养物质的供给与欠补偿条件的平衡。局限海相页岩主要形成于弱氧化、陆源物质供给较弱、局限海范围较大的沉积环境;岩性上以海相泥岩为主,陆源孢粉化石与沟鞭藻化石均较发育,或后者含量略高;沉积厚度适中、分布范围局限;有机质丰度相对较高,以混合型有机质为主,成熟度较低,气相色谱以前峰型为主,(nC₂₁+nC₂₂)/(nC₂₈+nC₂₉)和Pr/Ph比值相对较高,甾萜等生物标志化合物参数以低C₁₉三环二萜和C₂₄四环萜烷、高孕甾烷、高αααC₂₇R/αααC₂₉R为特征。     

黄土有机质稳定碳同位素研究进展

有关黄土高原历史时期原生植被类型的研究不仅具有重要的理论意义,也具有现实的指导意义。土壤有机质稳定碳同位素（δ13Corg）是区域植被中C4/C3植物相对丰度的灵敏指示器,对黄土有机质稳定碳同位素的研究可以部分地重建过去的植被类型变化历史,并可探讨与此有关的气候、环境问题。已有的研究结果表明：黄土高原古土壤发育阶段δ13Corg偏正于黄土沉积阶段,表明随气候由冷干向暖湿转变黄土高原C4植物相对丰度上升,然而在C4植物相对丰度上升的主要驱动因素上仍存在夏季风和温度两种观点。相应的在空间上,C4植物的相对丰度无论冰期还是间冰期都是由黄土高原东南向西北递减。而基于黄土δ13Corg的研究认为黄土高原历史时期一直以草原为主,不存在大面积的森林。尽管已有的研究对黄土有机质稳定碳同位素分布和变化的一般性规律取得了共识,但在研究中还存在一些问题,在黄土δ13Corg变化机制上还存在争议,值得进一步研究。     

松辽盆地北部上白垩统油页岩地球化学特征及沉积环境初探

松辽盆地北部上白垩统油页岩属中一差油页岩;有机质类型以Ⅰ型为主,Ⅱ.型为辅,处于低成熟一成熟阶段.生物标记化合物都含有丰富的正构烷烃、类异戊二烯型烷烃、萜类化合物和甾类化合物.正构烷烃呈前高后低的单峰型分布,nC₂₃、nC₂₇为主峰碳,重烃组份占绝对优势,OEP值为1.02～6.63,具有明显的奇碳数优势.Pr/Ph比值为0.13～1.37,多数小于0.6,具植烷优势,伽马蜡烷含量较高,油页岩沉积环境为咸化还原环境且盐度较高.萜烷丰度顺序为五环三萜烷>三环萜烷,三环萜烷中C₂₀、C₂₁和C₂₃,丰度相对较高,且C₂₀、C₂₁和C₂₃多呈倒“V”形分布,C₂₃相对富集.甾类化合物主要成份为规则甾烷C₂₇、C₂₈和C₂₉,ααα20RC₂₇、C₂₈和C₂₉甾烷多数呈几乎对称的“V”形分布,C₂₉ >C₂₈ >C₂₇.甾萜烷分布特征反映其原始有机母质构成中既有丰富的菌藻类等低等水生生物,又有一定比例的陆生高等植物混合输入.     

热力作用对塔里木盆地海相原油中甾烷类化合物组成和分布的影响

为了探讨热力作用对原油中甾烷类化合物形成和分布的影响,对塔里木盆地26个典型海相原油样品和1个热模拟样品进行系统的地球化学研究。结果表明:不同演化阶段原油中甾烷类化合物组成和分布的变化较为明显。高熟阶段原油的热裂解作用导致了甾烷类化合物含量大幅降低,过熟阶段甾烷类化合物含量的短暂升高则与原油中高分子量的烃类化合物裂解有关。随着热演化程度的增加,C₂₇和C₂₉规则甾烷在生成和裂解速率上的不同,致使C₂₇/C₂₉规则甾烷的值呈现先减小后增大的趋势,所以C₂₇/C₂₉规则甾烷的值在成熟-高熟阶段不能用于物源方面评价。同样由于热稳定性差异的影响,原油C₂₉甾烷异构化参数在高熟阶段发生“倒转”,因此可利用甾烷异构化参数倒转的特征来判断原油的热演化阶段。而原油中重排甾烷/规则甾烷的值与成熟度具有较好的正相关性,可作为原油在成熟-高熟阶段有效的成熟度评价参数。