分子地层学原理与

1、分子地层学原理与方法 班级:地质工程s141班 姓名：张国柱 学号：201472071目录 1：分子地层学研究对象 2： 分子地层学的原理 3: 分子地层学的研究方法 4：分子地层学的应用 5：结论1、分子地层学研究对象 1.1、分子化石、分子化石 作为分子地层学研究对象的分子化石，是指地质体中那些来自生物有机体的分子，它们在有机质演化过程中具有一定的稳定性，虽受成岩、成土等地质作用的影响，没有或较少发生变化，基本保存了原始生物生化组分的碳骨架，记载了原始生物母质的相关信息，因而具有一定的生物学意义。目前，分子化石的研究已涵盖几乎所有的生物化学组分，特别是蛋白质、核酸、碳水化合物、类脂物和木质

2、素。在这些分子化石中，研究最广泛的是类脂物、蛋白质和核酸。相比较而言，类脂物虽然携带的生物学信息较少，但在地质体中要稳定得多，可以在许多环境中长期存在下来，能够较好地记录地层形成时的气候环境条件，是分子地层学研究的主要分子化石。与之相比，蛋白质和核酸的稳定性要差得多，但其生物学信息相当丰富。从考古材料、生物化石标本和沉积物中获取的古代生物DNA分子，是在古代标本中所能获取的唯一直接载有生物遗传信息的古代生物分子。 1.2 分子化石的特性分子化石的特性 首先，分子化石比生物实体化石容易保存，特别是其中的类脂物分子化石，由于其化学稳定性好，几乎在所有的沉积岩中都可以见到，甚至在许多变质岩中还可以存

3、在。 其次，分子化石的定量比较准确，许多有实际地质意义的指标可以借助现代化技术进行定量，计算出诸如C3和C4植物的丰度比值、木本和草本植物的丰度比值、低等菌藻生物和高等植物的丰度比值等。同时，分子化石往往是一系列的同系物，各种指标可以互相验证、互相补充。虽然，孢粉分析也可以统计出木本植物和草本植物的相对变化，但它实际上是一种统计意义上的数值；而且，孢粉往往是有许多异地分子的混入。 再者，生物实体化石属种的确定主要是基于形态学研究，是形态种。分子化石主要基于其化学成分和基因，是化学种。 当前工作强调单个分子化石的界面过程，特别是其同位素地球化学特征。因此，一方面，那些与环境有关的类脂物分子化石将

4、直接记录环境条件的微小变化；另一方面，某些分子化石和其他生物化石一样，又记录了植被景观。因此，分子化石可以记录多方面的信息。 2.1、 分子地层学的原理分子地层学的原理 分子地层学主要是利用地质体中的各类分子化石来划分、对比地层。分子化石在地球科学乃至环境科学中有着广泛的应用，但不管是哪类分子化石，其地层学应用的主要原理实际上是依据分子化石的生物源信息和其离开生物体后发生的一系列转化途径来实现的。在各类年代学框架下，由以上两方面的信息所揭示的各类生物事件和环境事件则成了区域性乃至全球性地层对比的主要依据。图1 各类生物体的特征性类脂物分子ALK一正构烷烃；UK37一长链烯酮I C25 HBIc

5、25长支链类异戊二烯烷烃；Pr-姥鲛烷；Ph植烷；PLFA-磷脂酸；Crocetane-2，6，11，15一四甲基十六烷；PMI一2，6，10，15，19一五甲基二十烷I TPP一四环萜类 2.2、转化途径转化途径 分子化石还受沉积成岩期后地质作用的影响，从而可以反映出地层中的地质事件(表1)。这里有多方面的情况：一是在成岩过程中或成岩期后，随着地温梯度的变化，有机分子会发生熟化作用，其组成，特别是同种分子的各种异构体会发生转化，形成不同的分子化石组成，直至最后转化成石墨炭和CO2等，使分子化石失去生物学意义或分子化石消失，二是受构造作用，原始岩石在抬升过程中，或在地壳深处受含水流体的作用，发

6、生一系列的水洗作用、氧化作用和微生物降解作用，使分子化石组成发生变化，如根据各类类脂物分子的分布特征，可以判断地层遭受微生物作用的强度，这是由于不同的类脂物分子，其承受微生物的降解能力是不同的；三是地层中的分子化石(如化石燃料)被人类利用以后，会再次以原来的分子化石形式或新的有机分子进入新的环境，并造成环境污染，从而可根据这些分子化石的特征来判断污染源，并利用微生物或光化学降解途径来消除污染。3、分子地层学的研究方法分子地层学的研究方法3.1、 含量含量 某种特定分子化石在某样品中的含量，这是最基本的方法。类脂物分子一般可以直接采用气(液)相色谱仪、气(液)相色谱一质谱联用仪进行内标法或外标法

7、定量。3.2、相对丰度相对丰度 在同一样品中某种特定分子化石相对于某些常见分子化石的含量，或者是某同系物之间的相对含量(比值)。这是很常用、很简便的方法，而且还可以消除因沉积速率变化所引起的误差，有些比值甚至还可以消除成岩作用的影响。相对丰度的计算远比其绝对含量计算简单得多，可以直接采用气(液)相色谱图、质量色谱图中的峰面积进行计算。3.3、碳数分布碳数分布 某个同系物之间不同碳数化合物的相对含量分布情况，包括其主峰碳在碳数分布中有一个指标是碳优势指数(CPI)，奇数碳与偶数碳的比值，反映成岩作用或微生物作用的强度。第四系中CPI因与微生物作用有关而可以反映气候环境的变化。还有一个指标是平均碳

8、链长度(ACL)，指同系物中每个化合物的相对含量与其碳原子数乘积的总和除以化合物相对含量的总和，一般主要用于脂肪族化合物。正构烷烃ACL可以反映植被的变化，当地层以木本植物为主时，正构烷烃的ACL较小；以草本植物为主时，ACL较大。3.4 、单体同位素、单体同位素 与目前国际上普遍应用的有机化合物分子单体碳同位素(GCCIRMS)相比，单体氢、氧同位素(GCTCIRMS)有特别强的气候环境的指示意义，对温度、大气降水、大气环流反应相当灵敏，因此，它在研究全球变化方面具有极其重要的意义。作为自然界中分布最广的氢同位素，其在地学领域中巨大的潜力还有待挖掘。4、分子地层学应用实例、分子地层学应用实例

9、 在利用分子化石进行地层的划分与对比时，首先要查明分子化石的分布特征及其与生物、环境、气候变化之间的关系。在此基础上，分辨出重要的可能具有全球性意义的各类生物事件和环境事件，并结合生物地层学资料，以各类事件为标志，进行比较可靠的高精度的地层划分和对比。虽然油气地球化学领域的源一源、油一源和油一油对比实质上是利用分子化石分布的相似性或某些分子化石的特性进行的，但也没有明确的地层单位概念。在沉积有机地球化学领域，提出了有机相或沉积有机相的概念，它与层序地层相结合，可以进行高分辨率的地层划分和对比。虽然分子地层学也可以沿用这一概念，但不能体现出分子地层学的特性，因为有机相的划分不仅仅是考虑分子有机地

10、球化学特征，还考虑其他有机地球化学乃至沉积学特征。5、结论 分子地层学以分子化石的分析为基础，研究地层中各类分子化石的时空分布和演变规律，以此来恢复古环境、古气候、古生态，并在传统地层学工作基础上进行高精度的地层划分和对比，为全球变化的探讨、沉积盆地的分析和矿产资源的预测服务 分子地层学与分子古生物学、生物地球化学、有机地球化学等学科具有密切的关系，但又不完全雷同。它们在研究对象、研究内容、研究载体上都有不同的侧重。 分子地层学与化学地层学、同位素地层学的作用类似，其主要的任务不像传统生物地层学、岩石地层学和年代地层学那样，不是纯粹为了地层的重新划分和对比而引入的。 分子地层学目前还没有一套成

11、熟的、具有一定等级的地层单位。它在探讨生物与环境的相互作用，以及相关的地球生物学过程方面具有广阔的应用前景和重要意义。参考文献参考文献1 赖旭龙, 杨洪. 古代生物分子在第四纪研究中的应用J. 第四纪研究, 2003, 23(5): 457-470.2 徐强, 姜烨, 董伟良, 等. 中国层序地层研究现状和发展方向J. 沉积学报, 2003, 21(1): 155-167.3 杨洪, 程安进. 地质体中主要生物分子的研究方法及应用J. 地质论评, 1998, 44(1): 44-51.4 段鸿福，童金南1995层序地层界面与年代地层界线的关系科学通报，40(6)l 539541.5 黄咸雨,

12、焦丹, 鲁立强, 等. 二叠纪-三叠纪之交环境的不稳定性和生物危机的多阶段性: 浙江长兴微生物分子化石记录J. 中国科学 D 辑: 地球科学, 2007, 37(5): 629-635.6 Bianchi T S, Lambert C D, Santschi P H, et al. Sources and transport of land-derived particulate and dissolved organic matter in the Gulf of Mexico (Texas shelf/slope): the use of ligninphenols and loliolides as biomarkersJ. Organic Geochemistry, 1997, 27(1): 65-78.7 Eganhouse R P. Molecular markers in environmental geochemistryM. Washington, DC: American Chemi