南極半島東北海域表層沉積有機(jī)質(zhì)來源及其沉積環(huán)境

韓喜彬，趙軍，初鳳友，潘建明，唐靈剛，許冬，邊葉萍，葛倩

(1. 國家海洋局 第二海洋研究所 國家海洋局海底科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012；2. 國家海洋局 第二海洋研究所 國家海洋局海洋生態(tài)系統(tǒng)與生物地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012)

南極半島東北海域表層沉積有機(jī)質(zhì)來源及其沉積環(huán)境

韓喜彬1，趙軍2，初鳳友1，潘建明2，唐靈剛1，許冬1，邊葉萍1，葛倩1

(1. 國家海洋局 第二海洋研究所 國家海洋局海底科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012；2. 國家海洋局 第二海洋研究所 國家海洋局海洋生態(tài)系統(tǒng)與生物地球化學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江 杭州 310012)

南極半島；分子有機(jī)地球化學(xué)；海底表層沉積物；生物標(biāo)志化合物；有機(jī)質(zhì)母源；沉積環(huán)境

1 引言

生物標(biāo)志化合物(又稱分子化石，Biomarker)是指地質(zhì)體中那些具有明確生物學(xué)意義的有機(jī)化合物分子，根據(jù)它們的含量或相對(duì)豐度作為分子指紋已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于海洋地質(zhì)學(xué)以及古環(huán)境和古氣候演變的研究中[1—5]。也可以根據(jù)生物成因分子的結(jié)構(gòu)重排情況來鑒定某些類型的烴類化合物[6—7]。正構(gòu)烷烴、類異戊二烯、甾烷和萜類就是這樣一類典型分子級(jí)生物標(biāo)志物。目前，利用這些分子生物標(biāo)志化合物對(duì)海洋沉積物精細(xì)研究的工作比較欠缺，特別是在高緯度極地海域的相關(guān)研究，尚處于探索階段。

本文應(yīng)用分子有機(jī)地球化學(xué)方法研究南極半島東北海域海底表層沉積物中的生物標(biāo)志化合物的特征，建立起生物標(biāo)志化合物參數(shù)組合、通過識(shí)別分子標(biāo)志物來研究沉積有機(jī)質(zhì)來源和沉積環(huán)境(我們的研究顯然是增強(qiáng)了對(duì)這些化合物來源和賦存環(huán)境的認(rèn)識(shí))、有機(jī)質(zhì)演化程度等，這些研究對(duì)探索南大洋底部有機(jī)質(zhì)豐度組成特征及生源環(huán)境具有重要意義。此外，利用海底表層沉積物中生物標(biāo)志化合物含量和分子組合變化也可能對(duì)南極海域油氣資源勘探具有一定的指示意義。

2 材料與方法

2.1 材料來源

本文研究所用的海底表層沉積物來源于2011年12月到2012年2月中國第28次南極科學(xué)考察在南極半島東北海域采用箱式取樣法獲得的表層沉積物(D1-7、D2-4、D5-2、D5-3、D5-4、D5-5、D5-6、D5-7和D5-9)、多管樣取樣獲得的D5-6頂部2 cm沉積物和重力柱狀取樣的D4-9頂部2 cm沉積物作為研究對(duì)象進(jìn)行了測(cè)試分析。站位位置見圖1，坐標(biāo)和水深見表1。

圖1 南極半島東北海域環(huán)流示意圖及取樣站位圖Fig.1 The sketch map of currents and sampling map in the East-north of Antarctic Peninsula地形等深線圖來自O(shè)DV 4.6.4軟件(http://odv.awi.de/)完成，海流示意圖據(jù)Hernández-Molina等[8]修改，海冰延伸界線來自(http://nsidc.org/data/seaice_index/)；ACC-南極繞極流(Antarctic Circumpolar Current)；WSBW-威德爾海底層水(Weddell Sea Bottom Water)；WSDW-威德爾海深層水(Weddell Sea Deep Water)；Weddell Gyre-威德爾海渦流；SOIs-南奧克尼群島(South Orkney Islands); PB-鮑威爾海盆(Powell Basin)The topography and depth isobaths finished by ODV 4.6.4 (from http://odv.awi.de/)，current from Hernández-Molina[8]，Sea ice extent data from http://nsidc.org/data/seaice_index/, ACC-Antarctic Circumpolar Current；WSBW-Weddell Sea Bottom Water；WSDW-Weddell Sea Deep Water； SOIs-South Orkney Islands; PB-Powell Basin

南極半島東北海域研究區(qū)位于66°～45.5°W之間的南極半島東部和北部陸架和陸坡區(qū)域(圖1)，主要陸地地貌單元包括南極半島、南設(shè)德蘭群島和南奧克尼群島，主要海底地形地貌單元包括德雷克海峽(Drake Passage)、斯科舍海(Scotia Sea)、南斯科舍海嶺(South Scotia Ridge)、威德爾海(Weddel Sea)、鮑威爾海盆(Powell Basin)、珍海盆(Jane Basin)、布蘭斯菲爾德海峽(Brendsfield Strait)等。該區(qū)域的海流系統(tǒng)主要由南極繞極流 (ACC，Antarctic Circumpolar Current)、威德爾海底層水 (WSBW，Weddell Sea Bottom Water)、威德爾海深層水 (WSDW，Weddell Sea Deep Water)、威德爾海渦流(Weddell Gyre)、別林斯高晉海水(Bellingshausen Sea Water)以及南極半島陸架-島架水等組成。

表1 研究區(qū)表層沉積物氯仿瀝青“A”、有機(jī)碳含量、“A”/C和碳同位素含量

注：“—”表示無數(shù)據(jù)。

2.2 有機(jī)碳及碳同位素

研究區(qū)沉積物有機(jī)碳及碳同位素的測(cè)試分析由國家海洋局第三海洋研究所同位素實(shí)驗(yàn)室完成。根據(jù)《海洋調(diào)查規(guī)范第8部分：海洋地質(zhì)地球物理調(diào)查(GB/T 12763.8-2007)》取一定量的沉積物樣品，加入4 mol/dm3HCl至過量，反應(yīng)24 h。用去離子水洗酸至中性，將樣品置于烘箱內(nèi)60℃烘干，恒重后稱量，研磨成粉末，過60目的篩子。準(zhǔn)確稱取約 10 mg去除碳酸鹽的樣品，用4×6錫杯包樣，用元素分析儀——穩(wěn)定同位素質(zhì)譜儀聯(lián)機(jī)(Flash EA 1112 HT-Delta V Advantages，Thermo公司)測(cè)定沉積物中TOC、和δ13CTOC。實(shí)驗(yàn)條件為：載氣He流速90 mL/min，反應(yīng)管溫度960℃，色譜柱溫度50℃。其中總有機(jī)碳(TOC)STD<0.25‰；有機(jī)碳同位素(δ13CTOC)STD<0.2‰。

δ13CTOC以PDB國際標(biāo)準(zhǔn)作為參考標(biāo)準(zhǔn)，δ13CTOC按以下公式計(jì)算：

(1)

式中，R(13C/12CVPDB)為國際標(biāo)準(zhǔn)物VPDB(Vienna Peedee Belemnite)的碳同位素豐度比值。δ13CTOC的分析精度為±0.2‰。

2.3 生物標(biāo)志化合物

研究區(qū)海底沉積物的生物標(biāo)志化合物的測(cè)試分析由中國石化股份勝利油田分公司地質(zhì)科學(xué)研究院石油地質(zhì)測(cè)試中心完成。測(cè)試依據(jù)為中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)《氣相色譜-質(zhì)譜法測(cè)定沉淀物和原油中生物標(biāo)志物(GB/T 18606-2001)》。具體過程如下：

將南極半島東北海域海底表層沉積物樣品冷凍干燥、粉碎至80目巖樣進(jìn)行抽提78 h，用石油醚沉淀瀝青質(zhì)，族組分分離用硅膠、氧化鋁色層柱分離，正已烷、二氯甲烷和氯仿/乙醇混合溶劑洗脫飽和烴、芳烴和非烴。

樣品經(jīng)前處理后由氣相色譜-質(zhì)譜儀(Agilent 7890A GC/5975C MSD)進(jìn)行測(cè)試分析，分析條件為氣化室溫度310℃，傳輸管線溫度310℃；升溫程序：柱始溫 100℃，升溫速率 4℃/min，柱終溫 3 154℃，恒溫時(shí) 22 min；色譜柱 DB5-MS 60 m×0.25 mm×0.25 um；柱前壓 170 kPa，分流比20∶1；載氣：氦氣；線速27 cm/s；采集方式：圈掃描(SCAN)/多離子檢測(cè)(SIM)；離子源溫度250℃，掃描速率0.46 scan/s；離化方式：電子轟擊(EI)。

3 結(jié)果與討論

3.1 表層沉積物中氯仿瀝青“A”、有機(jī)碳豐度及其同位素與有機(jī)質(zhì)母源

有機(jī)碳、氯仿瀝青“A”和烴含量是直接衡量沉積物中有機(jī)質(zhì)豐度的重要指標(biāo)[9-10]。由圖1和表1知道南極半島東北海域海底表層沉積物中可溶有機(jī)質(zhì)的含量較小，氯仿瀝青“A”為0.007 9%～0.097%，樣品中可溶有機(jī)質(zhì)轉(zhuǎn)化率 [W(A)/W(C)]值較低，僅為0.011～0.099，但氯仿瀝青“A”和有機(jī)碳含量的相關(guān)性較好。本區(qū)總有機(jī)碳(TOC)含量變化范圍為0.45%～2.04%，平均值為1.05%。其中南奧克尼群島中象島附近的D5-2、D5-3、D5-4、D5-5和D5-6站位的沉積物TOC含量為高值區(qū)，南舍得蘭群島附近的D1-7和D2-4站位的TOC含量次之，鮑威爾海盆內(nèi)的D3-5、D4-9站位和象島南端靠近威德爾海的D5-7和D5-9站位的TOC含量較低，但也高于現(xiàn)代深海沉積物中有機(jī)質(zhì)的平均含量0.2%[11]。海島附近海底沉積物有機(jī)碳TOC含量高說明海島陸源物質(zhì)輸入，有利于促進(jìn)海洋生物的生長(zhǎng)和初級(jí)生產(chǎn)力的增長(zhǎng)，南奧克蘭群島附近的D5-3和D5-4站位的現(xiàn)場(chǎng)取樣發(fā)現(xiàn)有大量諸如海綿、海鞘等底棲生物也證明此點(diǎn)。沉積有機(jī)質(zhì)碳同位素(δ13C)可以用來追蹤海洋生物和水體環(huán)境的生物化學(xué)過程，區(qū)分有機(jī)質(zhì)海洋來源與大陸來源[12—15]。從表1上看出本區(qū)的有機(jī)質(zhì)碳同位素δ13Corg的值變化為-26.43‰～-24.45‰，平均值在-25.55‰。前人研究表明海底沉積物有機(jī)質(zhì)主要來源于海洋生物分解后殘存的δ13Corg組成偏負(fù)為-19‰～-23‰[16]，來源于陸源δ13Corg值變化為-26.3‰ ～-29.0‰[17]，這說明該區(qū)域有機(jī)碳來源以海洋水生生物和陸源混合為主[18—20]，站位D3-5位于鮑威爾海盆(Powell Basin，PB)內(nèi)，其有機(jī)碳來源受陸源影響較小，主要以海洋水生生物為主，所以其有機(jī)質(zhì)碳同位素δ13Corg的值接近-23‰。同理D5-3站位有機(jī)質(zhì)來源也以海洋水生生物為主，少量陸源物質(zhì)。而位于布蘭斯菲爾德海峽(Bransfeild Strait)的站位D1-7和D2-4的δ13Corg值為-26.35‰和-26.43‰，有機(jī)質(zhì)以陸源為主，這與附近沉積物來自于地表徑流的南極半島和南設(shè)得蘭群島的陸源碎屑和火山物質(zhì)一致[21]。

3.2 表層沉積物飽和烷烴生物標(biāo)志化合物組合與有機(jī)母源、沉積環(huán)境

除了有機(jī)碳同位素δ13Corg外，生物標(biāo)志化合物飽和烴中鏈烷烴系列也可以指示有機(jī)質(zhì)來源，并能反映其沉積環(huán)境[22—24]。在本區(qū)海底表層沉積物中除了D1-7站位的飽和烴總離子圖為雙峰型以外，其他站位均以前鋒型為特征，碳數(shù)分布范圍為C13～C31(或C32、C33、C34)，主峰碳分別為C16～C18(見圖2和表2)。其中研究區(qū)鮑威爾海盆東側(cè)的D5-2～D5-9斷面站位樣品和其西側(cè)南極半島附近的D1-7站位的兩個(gè)區(qū)域表層沉積物中正構(gòu)烷烴分布特征和分子組成存在很大不同，這表明它們的有機(jī)質(zhì)來源和沉積環(huán)境存在很大差異。圖2和表2顯示D5-2～D5-9斷面站位的表層沉積物正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布范圍在nC13～nC34，總體上呈低碳數(shù)的單峰群，主峰碳為nC16、nC17、nC18，高碳烴峰群微弱，正構(gòu)烷烴這種前鋒型分布特征表明了這些站位表層沉積物中的有機(jī)質(zhì)以水生藍(lán)綠藻注入為主，又有微量高等植物注入[25—26]。南舍得蘭群島附近的D1-7站沉積物正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布范圍在nC13～nC34，質(zhì)譜圖為雙峰型，低碳群的主峰碳為nC16，高碳群的主峰碳為nC27，表明沉積物中有機(jī)質(zhì)來源既有高等植物，又有水生藻類，屬于混合來源。正構(gòu)烷烴碳數(shù)分布表現(xiàn)的有機(jī)質(zhì)來源特征與前節(jié)有機(jī)質(zhì)碳同位素δ13Corg指示的有機(jī)質(zhì)來源一致。

地質(zhì)體中發(fā)現(xiàn)的正構(gòu)烷烴大多數(shù)均具有奇碳數(shù)化合物含量高于相鄰偶數(shù)化合物含量的特點(diǎn)，即具奇偶優(yōu)勢(shì)，正構(gòu)脂肪酸則與之相反而具有偶奇優(yōu)勢(shì)。這種碳優(yōu)勢(shì)指數(shù)(Carbon preference index，CPI)和奇偶優(yōu)勢(shì)指數(shù)(Odd-even Predominance，OEP)可以指示有機(jī)質(zhì)的成熟度，沉積有機(jī)質(zhì)隨演化程度增加奇偶優(yōu)勢(shì)消失，CPI和OEP接近1，0.9～1表明為成熟有機(jī)質(zhì)。表2顯示本區(qū)的CPI值和OEP值分布在1.04～1.69之間，大多接近“大于1”，表明本區(qū)大多數(shù)站位表層沉積物有機(jī)質(zhì)中高碳數(shù)和中間碳數(shù)的正構(gòu)烷烴無奇碳數(shù)優(yōu)勢(shì)和無明顯奇偶優(yōu)勢(shì)，有機(jī)質(zhì)的演化程度較高。其中D1-7站位的CPI值和OEP值分別為1.10和1.04，值最小，有機(jī)質(zhì)的演化較高；D5-2站位的CPI值和OEP值分別為1.69和1.39，表現(xiàn)出一定的奇偶優(yōu)勢(shì)，表明該站位有機(jī)質(zhì)中高碳數(shù)較高，演化程度較低，這可能與附近南奧克蘭群島有機(jī)質(zhì)的輸入和威德爾海底層水流經(jīng)有關(guān)。

圖2 研究區(qū)表層沉積物正構(gòu)烷烴質(zhì)譜圖Fig.2 The n-alkanes mass spectrum of surface sediment in the study area

飽和烴中姥鮫烷、植烷及其比值(Pr/Ph)多用來判斷沉積物有機(jī)質(zhì)形成環(huán)境的氧化-還原條件以及水質(zhì)條件，一般認(rèn)為Pr/Ph<1(植烷優(yōu)勢(shì))指示了還原-強(qiáng)還原環(huán)境，Pr/Ph>1(姥鮫烷優(yōu)勢(shì))指示了弱氧化-氧化環(huán)境，Pr/Ph值接近于1被認(rèn)為出現(xiàn)于氧化與缺氧條件交替變化時(shí)期[28—29]，結(jié)合與它們相鄰的nC17、nC18正構(gòu)烷烴含量比值Pr/C17、Ph/C18參數(shù)的變化，當(dāng)Pr/C17>1時(shí)，有機(jī)質(zhì)來源中浮游藻類貢獻(xiàn)較大；當(dāng)Ph/C18>1為古細(xì)菌輸入，比值越大則表明還原條件越強(qiáng)[30—31]。主要依據(jù)光合植物基側(cè)鏈所形成的植醇在弱氧化弱還原條件下，容易形成植醇酸，然后進(jìn)一步脫羧形成姥鮫烷；而還原偏堿性介質(zhì)條件下，植醇側(cè)經(jīng)過脫水作用而形成植烷。在本研究區(qū)，表層沉積物中Pr/Ph比值除了D1-7站位外，其他站位的Pr/Ph比值在0.67～0.90之間，都小于1(表2)。這表明除了南極半島附近的D1-7站位呈現(xiàn)出明顯的氧化環(huán)境，其他站位的表層沉積物的沉積環(huán)境為還原環(huán)境，并且它們的有機(jī)碳含量最高大于1%，表明該處極為缺氧的環(huán)境有利于有機(jī)質(zhì)的保存。Ph/C18比值(表2)也說明這些站位處于還原或者甚至強(qiáng)還原的環(huán)境。這可能是這些站位受到南極海冰和低溫高鹽的威德爾海底層水(Weddell Sea Bottom Water，WSBW)和威德爾海深層水(Weddell Sea Deep Water，WSDW)流經(jīng)的影響有關(guān)。D1-7站位的Pr/Ph比值和Ph/C18比值指示的氧化環(huán)境可能是受來自別林斯高晉海的高溫、低鹽的別林斯高晉海水(Bellingshausen Sea Water)和附近火山噴發(fā)物質(zhì)的影響有關(guān)[32]。本區(qū)站位的沉積物有機(jī)質(zhì)Pr/C17比值顯示D1-7、D2-4和D5-5站位的比值遠(yuǎn)小于1，說明這3個(gè)站位沉積物有機(jī)質(zhì)來源中藻類的貢獻(xiàn)小，而陸源物質(zhì)相對(duì)多的特征。其余站位的Pr/C17>1或接近1，說明這些站位有機(jī)質(zhì)來源的海生生物中藻類貢獻(xiàn)較大。

表2 研究區(qū)表層沉積物正構(gòu)烷烴地球化學(xué)參數(shù)

圖3 研究區(qū)表層沉積物有機(jī)質(zhì)m/z217質(zhì)譜圖Fig.3 The m/z217 mass spectrum of n-alkanes of surface sediment in the study area

3.3 表層沉積物甾烷、萜烷分布特征與有機(jī)質(zhì)來源和沉積環(huán)境

從生物標(biāo)志物化合物與生物門類之間的關(guān)系來看，甾烷類生物標(biāo)志化合物代表了海洋沉積物中真核生物如藻類的貢獻(xiàn)，萜烷類生物標(biāo)志物則代表了原核生物如細(xì)菌的貢獻(xiàn)，而顯然這兩類生物的歸屬是不同的。甾烷化合物和萜烷化合物都是重要的生物標(biāo)志化合物，可以指示有機(jī)質(zhì)母源和判斷有機(jī)質(zhì)演化程度。

不同生物體有機(jī)質(zhì)甾烷的C27、C28和C29含量分布類型不同，一般講C27甾烷主要來源于海洋浮游動(dòng)物[33]，C28甾烷在海洋中更多的來自于浮游植物[34]，而C29甾烷來自陸源高等植物，也可來源不同的藻類[35]。從甾烷(m/z 217)質(zhì)量色譜圖(見圖3)和表3顯示在本研究區(qū)內(nèi)表層沉積物中檢出豐富的C27、C28、C29規(guī)則甾烷、4-甲基甾烷、孕甾烷和重排甾烷。其中規(guī)則甾烷含量最豐富，其他3項(xiàng)在不同站位比重有所不同，但都不超過規(guī)則甾烷的含量?？傮w上看，9個(gè)站位沉積物中的甾族化合物主要有20R、5α(H)14α(H)17α(H)-20S 和5α(H)14β(H)17β(H)-20S和20S構(gòu)型的規(guī)則甾烷系列，以及13β(H)17α(H)-20S和20R、13α(H)17α(H)-20S和20R構(gòu)型的重排甾烷系列組成，其中以24-甲基-5α(H)14α(H)17α(H)-C29-膽甾烷(20R)含量最高。研究區(qū)表層沉積物中所檢出的甾族化合物中主要是C29、C27，其次是C28(見表3)。這些表層沉積物C27、C28、C29含量分布類型不同，除了D2-4站位外，大多呈不對(duì)稱的“V”形分布(見圖4)，也就是說D2-4站位的甾烷主要來自浮游植物，與其他站位明顯不同，前文知道D2-4站位有機(jī)質(zhì)來自陸源，成熟度低，藻類少，沉積環(huán)境為還原的環(huán)境，這可能與D2-4緊鄰象島(Elephant Island)南側(cè)海域，象島為冰雪覆蓋，該處水下地形坡度較陡，受快速搬運(yùn)的冰海沉積物影響有關(guān)。南奧克尼群島南側(cè)海域的D5-3和D5-5站位表層沉積物甾烷的分布類型由高到低依次為C27、C29、C28，有機(jī)質(zhì)甾烷C27含量最多，沉積物有機(jī)質(zhì)主要來自于海洋浮游動(dòng)物，D5-5的甾烷C27含量和C29含量比較接近，有機(jī)質(zhì)來源受陸源物質(zhì)影響比D5-3的多。剩余的其他站位的甾烷的分布類型由高到低皆是C29、C27、C28(見圖4，表3)，來源混雜，以陸源為主。根據(jù)規(guī)則甾烷優(yōu)于重排甾烷發(fā)生降解及的甾烷的生物降解難易順序C27、C28、C29[36]，本研究區(qū)表層沉積物有機(jī)質(zhì)來源都為就近沉積，生物降解活動(dòng)不夠充分，可能是受南極低溫環(huán)境的影響。

圖4 研究區(qū)海底表層沉積物中甾烷C27、C28和C29相對(duì)含量分布類型Fig.4 The relative content distribution pattern of sterane C27、C28 and C29 of the seafloor surface sediment in the study area

萜烷系列化合物中，升藿烷的分布特征常被用于沉積環(huán)境氧化還原性的指標(biāo)。在弱氧化-弱還原的環(huán)境中，升藿烷通常按照隨碳數(shù)增加，含量之間降低的“正常分布”特征出現(xiàn)；而在海相強(qiáng)還原沉積環(huán)境中，則出現(xiàn)較高豐度的C33、C34或C35升藿烷等“異常分布”，尤其是高豐度的C35升藿烷近來被作為強(qiáng)還原環(huán)境的指標(biāo)，與類異戊二烯老鮫烷/植烷(Pr/Ph)比值有較好的對(duì)應(yīng)性。從圖3、圖5和表3可看出在本研究區(qū)長(zhǎng)鏈三環(huán)萜烷系列較完整，其碳數(shù)分布范圍在C19～C29，其中C23占優(yōu)勢(shì)，C26含量極少(缺C27)，還檢出γ-蠟烷。表層沉積物中萜類化合物的分子標(biāo)志物C29藿烷/C30藿烷和C31升藿烷/C30藿烷比值較接近，在0.38～0.58和0.40～0.54范圍；γ-蠟烷/C30藿烷比值在0.09～0.55，高于南極布蘭斯菲爾德海峽表層低成熟度的沉積物γ-蠟烷/C30藿烷比值0.09～0.19[37]，通常認(rèn)為演化程度較高的沉積物含較多的γ-蠟烷，反之則具有較少的γ-蠟烷。Σ三環(huán)萜烷/Σ五環(huán)三萜烷比值在0.08～0.28之間變化。圖譜顯示的萜烷類化合物組成特征：C20的13β(H)，14α(H)-三環(huán)萜烷(C20H36)；C23的13β(H)，14α(H)-三環(huán)萜烷(C23H42)；C24的13β(H)，14α(H)-三環(huán)萜烷(C24H44)，這種以C23為頂點(diǎn)，與C21、C24呈倒“V”字分布特征，表明樣品的長(zhǎng)鏈三萜具有菌藻低等生物輸入的特點(diǎn)[38—39]。五環(huán)三萜烷(可分為藿烷和非藿烷系列)碳數(shù)分布多集中在C27～C33，包括C27的18α(H)-22，29，30-三降藿烷(Ts)和17α(H)-22-、29-、30-三降藿烷(Tm); 17α(H)，21β(H)-30-降藿烷(C29αβ); 17β(H)，21α(H)-30-降藿烷即C29莫烷(C29βα); 以17α(H)，21β(H)-藿烷(C30αβ)含量最高；17β(H)，21α (H)-藿烷即C30莫烷(C30βα); 22S-17α(H-)、21β(H)-升藿烷(22S-C31αβ); 22R-17α(H-)、21β(H)-升藿烷(22R-C31αβ); 含量較高的伽瑪蠟烷(G); 22S-17α(H)、21β(H)-二升藿烷(22S-C32αβ); 22R-17α(H)，21β(H)-二升藿烷(22R-C32αβ); 22S-17α(H)，21β(H)-三升藿烷(22S-C33αβ); 22R-17α(H)，21β(H)-三升藿烷22R-C33αβ)，藿烷的母源主要來自細(xì)菌和藍(lán)綠藻[30，40]，這進(jìn)一步說明南極半島東北海域表層沉積物的有機(jī)質(zhì)大多以低等生物輸入為特征。

由表4可見，表層沉積物的C29ααα20S/C29ααα(20S+20R)比值為0.12～0.44，C29αββ/C29(ααα+αββ)比值為0.30～0.51，C3222S/C32(22S+22R) 比值為0.53～0.62，Ts/(Tm+Ts)比值為0.34～0.52。甾烷類參數(shù)C29ααα20S/C29ααα(20S+20R)值小于0.25是未成熟有機(jī)質(zhì)的特征，在0.25～0.4為低成熟有機(jī)質(zhì)，達(dá)到0.4～0.55為成熟有機(jī)質(zhì)，由表4可見D1-7和D5-9的 C29ααα20S/C29ααα(20S+20R)值分別為0.43和0.44，體現(xiàn)了這些站位有機(jī)質(zhì)演化的程度較高；D5-2、D5-3、D5-4、D5-5、D5-6、D5-7的C29ααα20S/C29ααα(20S+20R)值分布在0.25～0.4之間，為低成熟有機(jī)質(zhì)，受低等海洋生物來源和寒冷海流影響；D2-4的C29ααα20S/C29ααα(20S+20R)值0.12為未成熟有機(jī)質(zhì)，這與前面的飽和烷烴生物標(biāo)志化合物組合特征表現(xiàn)的一致，可能受到陸源快速搬運(yùn)的影響。

站位甾烷類化合物組成特征/%原生甾烷相對(duì)組成規(guī)則甾烷相對(duì)組成/%萜烷類化合物組成特征規(guī)則甾烷4-甲基甾烷孕甾烷重排甾烷5α-C2720R/5α-C2920R5α-C2820R/5α-C2920RC27C28C29C29藿烷/C30藿烷C31升藿烷/C30藿烷γ-蠟烷/C30藿烷Σ三環(huán)萜烷/Σ五環(huán)三萜烷D1?778 559 772 977 850 930 8025 9522 4930 110 460 450 210 08D2?483 185 954 504 430 941 3227 9330 9524 300 480 400 120 25D5?274 357 827 947 480 890 6826 1619 3128 880 460 520 180 23D5?372 026 428 879 531 370 6531 9116 1723 940 500 520 130 20D5?471 757 039 837 570 910 7625 7318 4527 570 500 540 160 28D5?571 697 4710 238 010 970 7326 7418 6526 300 580 510 550 23D5?674 528 046 547 520 890 7128 3817 1728 970 490 470 210 27D5?785 503 993 715 610 700 4823 2122 1840 110 500 500 090 12D5?980 178 503 866 570 870 6727 3521 5331 290 380 450 200 09

表4 研究區(qū)海底表層沉積物甾烷和萜烷成熟度參數(shù)表

4 結(jié)論

(1) 南極半島東北海域海底表層沉積物中有機(jī)碳含量高于現(xiàn)代深海沉積物中有機(jī)質(zhì)的平均含量，有機(jī)質(zhì)含量較高，特別靠近海島的區(qū)域，大多站位有機(jī)質(zhì)來源以海洋水生生物和陸源混合為主，海洋水生生物表現(xiàn)為海洋表層水體低等浮游生物、藻類和細(xì)菌生物特征；其中D3-5和D5-3站位有機(jī)質(zhì)海生生物來源輸入相對(duì)多一些，D1-7和D2-4站位有機(jī)質(zhì)陸源高等植物輸入相對(duì)多一些，這些陸源高等植物主要來自南極半島和南舍得蘭群島。

(2) 南極半島東北海域海底表層沉積物生物標(biāo)志化合物組合反映了研究區(qū)的沉積環(huán)境。除了D1-7和D5-9站位附近以氧化和弱還原環(huán)境外，其他站位都是以還原—強(qiáng)還原的沉積環(huán)境為主，強(qiáng)烈的還原環(huán)境可能是低溫高鹽的威德爾底層水和威德爾海深層水造成的；D1-7站位附近的氧化環(huán)境可能是受別林斯高晉表層流和附近火山噴發(fā)的影響。

(3) 研究區(qū)沉積物的氧化和還原環(huán)境受該區(qū)環(huán)流影響較大，特別是受威德爾海產(chǎn)生的低溫高鹽的威德爾海底層水和威德爾海深層水及別林斯高晉海過來的高溫、高鹽南極繞級(jí)深層水的影響較大。近岸物質(zhì)的快速搬運(yùn)影響到D2-4站位沉積物中有機(jī)質(zhì)的低成熟度。

致謝：衷心感謝國家海洋局極地考察辦公室、中國極地研究中心為本文的開展提供的現(xiàn)場(chǎng)考察平臺(tái)，感謝參加中國第28次南極科學(xué)考察任務(wù)的全體科考人員和“雪龍”號(hào)上的全體船員為沉積物樣品的采集所付出的艱辛努力。感謝國家海洋局第二海洋研究所盧冰研究員在論文撰寫中給予的指導(dǎo)和幫助，一并感謝審稿老師的建議和幫助!

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The source of organic matter and its sedimentary environment of the bottom surface sediment in northeast waters to Antarctic Peninsula based on the biomarker features

Han Xibin1，Zhao Jun2，Chu Fengyou1，Pan Jianming2，Tang Linggang1，Xu Dong1，Bian Yeping1，Ge Qian1

(1.KeyLaboratoryofSubmarineGeosciences，SecondInstituteofOceanography，StateOceanicAdministration，Hangzhou310012，China; 2.KeyLaboratoryofMarineEcosystemandBiogeochemistry，SecondInstituteofOceanography，StateOceanicAdministration，Hangzhou310012，China)

Antarctic Peninsula；molecular organic geochemistry；surface sediment；biomarker；organic matter source；sedimentary environment

10.3969/j.issn.0253-4193.2015.08.003

2014-05-21；

2015-05-16。

國家自然科學(xué)基金(41306202，41376193)；南北極環(huán)境綜合考察與評(píng)估專項(xiàng)(CHINARE2012-01-02, CHINRE2013-01-02, CHINARE2014-01-02, CHINARE2015-01-02,CHINARE2013-04-01, CHINARE2014-04-01，CHINARE2015-04-01)；“全球變化與海氣相互作用”專項(xiàng)“西太平洋古氣候研究”(GASI-04-01-02)。

韓喜彬(1976—)，男，河南省南陽市人，博士，副研究員，主要從事海洋地質(zhì)研究工作。E-mail:hanxibin@sio.org.cn

P736.41

A

0253-4193(2015)08-0026-13

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