分子地層學(xué)原理與

1、分子地層學(xué)原理與方法 班級:地質(zhì)工程s141班 姓名：張國柱 學(xué)號(hào)：201472071目錄 1：分子地層學(xué)研究對象 2： 分子地層學(xué)的原理 3: 分子地層學(xué)的研究方法 4：分子地層學(xué)的應(yīng)用 5：結(jié)論1、分子地層學(xué)研究對象 1.1、分子化石、分子化石 作為分子地層學(xué)研究對象的分子化石，是指地質(zhì)體中那些來自生物有機(jī)體的分子，它們在有機(jī)質(zhì)演化過程中具有一定的穩(wěn)定性，雖受成巖、成土等地質(zhì)作用的影響，沒有或較少發(fā)生變化，基本保存了原始生物生化組分的碳骨架，記載了原始生物母質(zhì)的相關(guān)信息，因而具有一定的生物學(xué)意義。目前，分子化石的研究已涵蓋幾乎所有的生物化學(xué)組分，特別是蛋白質(zhì)、核酸、碳水化合物、類脂物和木質(zhì)

2、素。在這些分子化石中，研究最廣泛的是類脂物、蛋白質(zhì)和核酸。相比較而言，類脂物雖然攜帶的生物學(xué)信息較少，但在地質(zhì)體中要穩(wěn)定得多，可以在許多環(huán)境中長期存在下來，能夠較好地記錄地層形成時(shí)的氣候環(huán)境條件，是分子地層學(xué)研究的主要分子化石。與之相比，蛋白質(zhì)和核酸的穩(wěn)定性要差得多，但其生物學(xué)信息相當(dāng)豐富。從考古材料、生物化石標(biāo)本和沉積物中獲取的古代生物DNA分子，是在古代標(biāo)本中所能獲取的唯一直接載有生物遺傳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，分子化石比生物實(shí)體化石容易保存，特別是其中的類脂物分子化石，由于其化學(xué)穩(wěn)定性好，幾乎在所有的沉積巖中都可以見到，甚至在許多變質(zhì)巖中還可以存

3、在。 其次，分子化石的定量比較準(zhǔn)確，許多有實(shí)際地質(zhì)意義的指標(biāo)可以借助現(xiàn)代化技術(shù)進(jìn)行定量，計(jì)算出諸如C3和C4植物的豐度比值、木本和草本植物的豐度比值、低等菌藻生物和高等植物的豐度比值等。同時(shí)，分子化石往往是一系列的同系物，各種指標(biāo)可以互相驗(yàn)證、互相補(bǔ)充。雖然，孢粉分析也可以統(tǒng)計(jì)出木本植物和草本植物的相對變化，但它實(shí)際上是一種統(tǒng)計(jì)意義上的數(shù)值；而且，孢粉往往是有許多異地分子的混入。 再者，生物實(shí)體化石屬種的確定主要是基于形態(tài)學(xué)研究，是形態(tài)種。分子化石主要基于其化學(xué)成分和基因，是化學(xué)種。 當(dāng)前工作強(qiáng)調(diào)單個(gè)分子化石的界面過程，特別是其同位素地球化學(xué)特征。因此，一方面，那些與環(huán)境有關(guān)的類脂物分子化石將

4、直接記錄環(huán)境條件的微小變化；另一方面，某些分子化石和其他生物化石一樣，又記錄了植被景觀。因此，分子化石可以記錄多方面的信息。 2.1、 分子地層學(xué)的原理分子地層學(xué)的原理 分子地層學(xué)主要是利用地質(zhì)體中的各類分子化石來劃分、對比地層。分子化石在地球科學(xué)乃至環(huán)境科學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，但不管是哪類分子化石，其地層學(xué)應(yīng)用的主要原理實(shí)際上是依據(jù)分子化石的生物源信息和其離開生物體后發(fā)生的一系列轉(zhuǎn)化途徑來實(shí)現(xiàn)的。在各類年代學(xué)框架下，由以上兩方面的信息所揭示的各類生物事件和環(huán)境事件則成了區(qū)域性乃至全球性地層對比的主要依據(jù)。圖1 各類生物體的特征性類脂物分子ALK一正構(gòu)烷烴；UK37一長鏈烯酮I C25 HBIc

5、25長支鏈類異戊二烯烷烴；Pr-姥鮫烷；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一四環(huán)萜類 2.2、轉(zhuǎn)化途徑轉(zhuǎn)化途徑 分子化石還受沉積成巖期后地質(zhì)作用的影響，從而可以反映出地層中的地質(zhì)事件(表1)。這里有多方面的情況：一是在成巖過程中或成巖期后，隨著地溫梯度的變化，有機(jī)分子會(huì)發(fā)生熟化作用，其組成，特別是同種分子的各種異構(gòu)體會(huì)發(fā)生轉(zhuǎn)化，形成不同的分子化石組成，直至最后轉(zhuǎn)化成石墨炭和CO2等，使分子化石失去生物學(xué)意義或分子化石消失，二是受構(gòu)造作用，原始巖石在抬升過程中，或在地殼深處受含水流體的作用，發(fā)

6、生一系列的水洗作用、氧化作用和微生物降解作用，使分子化石組成發(fā)生變化，如根據(jù)各類類脂物分子的分布特征，可以判斷地層遭受微生物作用的強(qiáng)度，這是由于不同的類脂物分子，其承受微生物的降解能力是不同的；三是地層中的分子化石(如化石燃料)被人類利用以后，會(huì)再次以原來的分子化石形式或新的有機(jī)分子進(jìn)入新的環(huán)境，并造成環(huán)境污染，從而可根據(jù)這些分子化石的特征來判斷污染源，并利用微生物或光化學(xué)降解途徑來消除污染。3、分子地層學(xué)的研究方法分子地層學(xué)的研究方法3.1、 含量含量 某種特定分子化石在某樣品中的含量，這是最基本的方法。類脂物分子一般可以直接采用氣(液)相色譜儀、氣(液)相色譜一質(zhì)譜聯(lián)用儀進(jìn)行內(nèi)標(biāo)法或外標(biāo)法

7、定量。3.2、相對豐度相對豐度 在同一樣品中某種特定分子化石相對于某些常見分子化石的含量，或者是某同系物之間的相對含量(比值)。這是很常用、很簡便的方法，而且還可以消除因沉積速率變化所引起的誤差，有些比值甚至還可以消除成巖作用的影響。相對豐度的計(jì)算遠(yuǎn)比其絕對含量計(jì)算簡單得多，可以直接采用氣(液)相色譜圖、質(zhì)量色譜圖中的峰面積進(jìn)行計(jì)算。3.3、碳數(shù)分布碳數(shù)分布 某個(gè)同系物之間不同碳數(shù)化合物的相對含量分布情況，包括其主峰碳在碳數(shù)分布中有一個(gè)指標(biāo)是碳優(yōu)勢指數(shù)(CPI)，奇數(shù)碳與偶數(shù)碳的比值，反映成巖作用或微生物作用的強(qiáng)度。第四系中CPI因與微生物作用有關(guān)而可以反映氣候環(huán)境的變化。還有一個(gè)指標(biāo)是平均碳

8、鏈長度(ACL)，指同系物中每個(gè)化合物的相對含量與其碳原子數(shù)乘積的總和除以化合物相對含量的總和，一般主要用于脂肪族化合物。正構(gòu)烷烴ACL可以反映植被的變化，當(dāng)?shù)貙右阅颈局参餅橹鲿r(shí)，正構(gòu)烷烴的ACL較小；以草本植物為主時(shí)，ACL較大。3.4 、單體同位素、單體同位素 與目前國際上普遍應(yīng)用的有機(jī)化合物分子單體碳同位素(GCCIRMS)相比，單體氫、氧同位素(GCTCIRMS)有特別強(qiáng)的氣候環(huán)境的指示意義，對溫度、大氣降水、大氣環(huán)流反應(yīng)相當(dāng)靈敏，因此，它在研究全球變化方面具有極其重要的意義。作為自然界中分布最廣的氫同位素，其在地學(xué)領(lǐng)域中巨大的潛力還有待挖掘。4、分子地層學(xué)應(yīng)用實(shí)例、分子地層學(xué)應(yīng)用實(shí)例

9、 在利用分子化石進(jìn)行地層的劃分與對比時(shí)，首先要查明分子化石的分布特征及其與生物、環(huán)境、氣候變化之間的關(guān)系。在此基礎(chǔ)上，分辨出重要的可能具有全球性意義的各類生物事件和環(huán)境事件，并結(jié)合生物地層學(xué)資料，以各類事件為標(biāo)志，進(jìn)行比較可靠的高精度的地層劃分和對比。雖然油氣地球化學(xué)領(lǐng)域的源一源、油一源和油一油對比實(shí)質(zhì)上是利用分子化石分布的相似性或某些分子化石的特性進(jìn)行的，但也沒有明確的地層單位概念。在沉積有機(jī)地球化學(xué)領(lǐng)域，提出了有機(jī)相或沉積有機(jī)相的概念，它與層序地層相結(jié)合，可以進(jìn)行高分辨率的地層劃分和對比。雖然分子地層學(xué)也可以沿用這一概念，但不能體現(xiàn)出分子地層學(xué)的特性，因?yàn)橛袡C(jī)相的劃分不僅僅是考慮分子有機(jī)地

10、球化學(xué)特征，還考慮其他有機(jī)地球化學(xué)乃至沉積學(xué)特征。5、結(jié)論 分子地層學(xué)以分子化石的分析為基礎(chǔ)，研究地層中各類分子化石的時(shí)空分布和演變規(guī)律，以此來恢復(fù)古環(huán)境、古氣候、古生態(tài)，并在傳統(tǒng)地層學(xué)工作基礎(chǔ)上進(jìn)行高精度的地層劃分和對比，為全球變化的探討、沉積盆地的分析和礦產(chǎn)資源的預(yù)測服務(wù) 分子地層學(xué)與分子古生物學(xué)、生物地球化學(xué)、有機(jī)地球化學(xué)等學(xué)科具有密切的關(guān)系，但又不完全雷同。它們在研究對象、研究內(nèi)容、研究載體上都有不同的側(cè)重。 分子地層學(xué)與化學(xué)地層學(xué)、同位素地層學(xué)的作用類似，其主要的任務(wù)不像傳統(tǒng)生物地層學(xué)、巖石地層學(xué)和年代地層學(xué)那樣，不是純粹為了地層的重新劃分和對比而引入的。 分子地層學(xué)目前還沒有一套成

11、熟的、具有一定等級的地層單位。它在探討生物與環(huán)境的相互作用，以及相關(guān)的地球生物學(xué)過程方面具有廣闊的應(yīng)用前景和重要意義。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 賴旭龍, 楊洪. 古代生物分子在第四紀(jì)研究中的應(yīng)用J. 第四紀(jì)研究, 2003, 23(5): 457-470.2 徐強(qiáng), 姜燁, 董偉良, 等. 中國層序地層研究現(xiàn)狀和發(fā)展方向J. 沉積學(xué)報(bào), 2003, 21(1): 155-167.3 楊洪, 程安進(jìn). 地質(zhì)體中主要生物分子的研究方法及應(yīng)用J. 地質(zhì)論評, 1998, 44(1): 44-51.4 段鴻福，童金南1995層序地層界面與年代地層界線的關(guān)系科學(xué)通報(bào)，40(6)l 539541.5 黃咸雨,

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