天水盆地地处青藏高原与黄土高原交接部位,同时又位于“季风三角”的顶点部位,对气候变化较为敏感。区内新生代地层广泛发育且埋藏有大量哺乳动物化石,这些连续的新生代地层不仅记录了高原隆升的构造-变形过程,而且还为深入理解高原隆升的环境效应和亚洲内陆干旱化等重大科学问题提供丰富的材料,因此,近年来天水盆地成为研究的热点地区。尽管前人利用古地磁、沉积学、孢粉、古生物和同位素地球化学等方法在该地区广泛开展了研究,并取得了许多重要成果,但目前对其中新世沉积物(厚达300m)的成因和古环境变化存在明显争议,同时对环境指示意义较为明确的生物标志化合物缺乏研究。因此,本文选取天水盆地南北断面上4个已建立高精度磁性地层年代的崖湾、QA-I、尧店和喇嘛山剖面为研究对象,重点通过系统的生物标志化合物和元素地球化学等研究,揭示出天水盆地新近纪沉积物的可能成因以及环境演变规律。在此基础上,综合该区域及周边前人研究成果(侧重生物标志化合物),讨论了青藏高原东北缘新近纪以来古气候历史,以及青藏高原隆升、全球变冷和亚洲内陆干旱化之间的耦合关系,主要获得以下认识：(1)天水盆地新近纪沉积物中首次检出一系列生物标志化合物,主要包括正构烷烃、正构-2-酮、支链烷烃、烷基环己烷、烷基环戊烷、烷基苯和苯基烷烃、脂肪酸、蜡酯、不饱和长链烯酮、中位酮、甾族、萜类化合物和多环芳烃等有机分子；(2)天水盆地新近纪沉积物中正构烷烃分布模式多数呈以n-C17/C18和n-C23为主峰的双峰模式,少数样品呈以n-C17/C18、n-C23和n-C29/C31为主峰的三峰分布模式。另外,所有天水样品均表现出较高丰度的中链正构烷烃组分,综合分析后认为其母质生源很可能为湖泊环境下的水生植物或者泥坪沼泽环境下喜湿藓类生物,这为天水盆地新近纪沉积物的河湖相成因提供生物标志化合物证据；(3)通过天水盆地新近纪沉积物与典型风成黄土的正构烷烃分布模式对比发现二者差别很大,主要表现为天水盆地新近纪沉积物含有较高丰度的中链组分,而典型风成黄土中很低,这与黄土堆积时水生植物缺乏的环境相一致。考虑到天水盆地新近纪沉积物只经历了较弱的微生物降解,本文认为其分布模式差异主要由不同沉积环境下的母质生源差异所致,并提出天水盆地新近纪沉积物不同于典型风成黄土；(4)首次在天水盆地新近纪沉积物中检测出C37、C38和C39不饱和长链烯酮；据已有实验培养和经验公式等资料重建出晚上新世喇嘛山古湖表水温度在10.24～19.35℃间波动,盐度在19.1～21.8g/L左右变化,表明长链烯酮在天水盆地古温度定量重建方面有较好潜力；(5)通过天水盆地各剖面生物标志化合物、元素地球化学和常规指标综合研究,揭示了该区22-2.6Ma期间古气候演变历史：22(或17)-14.5Ma气候整体暖湿(与中新世大暖期气候背景相一致)；14.5-12.5Ma气候变干(可能是中中新世气候转型的大陆响应)；12.5-10Ma气候暖湿；10-6Ma气候再次变干；6-4Ma气候温暖湿润；4-2.6Ma气候明显变干；(6)综合青藏高原东北缘地区生物标志化合物数据揭示了高原东北缘新近纪以来气候演变历史,并认为亚洲内陆持续干旱化开始于4Ma左右,这可能与晚上新世以来青藏高原强烈隆升和北极冰盖演化密不可分。青藏高原隆升和全球变冷共同影响高原东北缘新近纪以来气候变化,4Ma以前可能主要受控于全球气候变化,上新世以来高原强烈隆升可能起重要作用,同时全球变冷无疑也加剧了干旱化进程。