宇宙射线和大气中的氩散裂反应生成32Si,32Si生成后很快从大气中通过干湿沉降散落到陆地和海洋,硅质浮游生物摄取海水中的硅元素,有机体死亡后,大部分直接沉入海底,最后转化为生物硅,成为沉积物的一部分,因此,沉积物的32Si存在于生物硅中。32Si来源单一,生产速率相对恒定,半衰期为150a,可测年的时间尺度为100-1000年,是该时间尺度最合适的测年核素,填补了百年到千年时间尺度测年方法的空白。生物硅含量的变化能指示古生产力的波动,是古环境研究的替代指标。本文主要测定了南沙海域沉积物岩芯的生物硅和32Si含量,此外,还测定了中国厦门地区雨水32Si的活度,对32Si的沉降通量进行估算,并将沉积物32Si应用于年代学。利用210pbex和14C方法建立了八个沉积物岩芯的年代序列,研究了南沙海域沉积物岩芯生物硅、碳酸盐、铀和钍的地球化学特征,初步探讨了南沙海域的沉积环境和古环境变化情况。建立了生物硅和碳酸盐同时测量的方法,用1mol/L盐酸沥取样品,估算碳酸盐含量;用1.5 mol/L碳酸钠,85℃水浴5 h提取生物硅,并分光测量得到生物硅含量。建立了海洋沉积物32Si的测量方法,首先对生物硅进行分离与纯化;放置三个月以上,对生物硅样品生长出来的32p进行分离与纯化;最后进行32p的制样与β计数测量。建立了雨水32Si的测量方法,首先用氢氧化铁共沉淀法富集硅;用酸洗涤氢氧化铁沉淀分离硅;用氢氧化钠溶解,盐酸沉淀法纯化二氧化硅;最后对二氧化硅样品生长出来的32p进行分离、纯化与测量。用液体激光荧光法测定沉积物铀含量,样品消解后,加碳酸钠掩蔽金属离子再上机测量。用离子交换柱分离纯化钍,分光光度法测定沉积物钍含量。利用210Pbex和14C方法分别估算六个短岩芯和两个长岩芯的沉积速率,建立八个沉积物岩芯的年代序列,岩芯NS-1、NS-2、NS-3、NS-4、NS-5、NS-6、NS-7、NS-8的沉积速率分别为0.486、0.212、0.391、0.242、0.321、0.274 cm/a,10.5 cm/ka、13.5 cm/ka。全部样品的生物硅、碳酸盐、铀、钍、有机碳和含水量的范围值分别为0.78-4.91%、2.9-57.0%、1.02-2.95 μg/g、3.37-18.67 μg/g、0.50-3.89%和30.6-68.5%,总体平均值分别为2.36%、21.5%、2.10 μg/g、11.61 μg/g、2.13%和54.0%。六个短岩芯中,岩芯NS-3的生物硅、碳酸盐、铀、钍、有机碳和含水量普遍低于其他岩芯。除了岩芯NS-3,其余五个短岩芯的生物硅含量分布与陆钧对该海域硅藻丰度的研究结果一致,推测该海域生物硅主要来源于硅藻。处于深水区的岩芯NS-1和NS-2的生物硅、碳酸盐、有机碳和含水量普遍高于浅水区的岩芯。在陆源输入较少,以海洋自生来源为主的深水区,生物硅可作为硅质生产力的指标。由深水区岩芯NS-1和NS-2的生物硅、有机碳和铀含量的垂直分布可知,这两个站位在1978-1979年期间,对应较高的生物硅含量,较低的有机碳和铀含量。六个短岩芯的生物硅、碳酸盐、铀和钍含量随深度变化并不存在明显的规律性,然而,其质量累积速率随深度的变化趋势有很多相似之处。两个长岩芯,冷事件的发生对应较高的生物硅、碳酸盐和铀的质量累积速率。气温降低,海平面下降,沉积物中铀的富集量增大,碳酸盐碎屑也快速堆积;气候干冷期,陆源输入增多,海水养分充足,生产力提高。岩芯NS-7存在平均45.7和11.4ka的周期,岩芯NS-8存在平均14.2、7.11、4.74和1.02ka的周期,且有相关文献也证明了这些环境变化周期的存在。生物硅、碳酸盐、有机碳、铀和钍的质量累积速率的波动与古气候的变化具有一定的联系。研究发现,无论是含量水平还是质量累积速率,短岩芯样品各个参数的相关性都较好,长岩芯样品的相关性较差,推测是由于长岩芯年代较久远,发生了不同程度的成岩和矿化作用导致。六个短岩芯全部样品进行相关性分析,生物硅、碳酸盐、有机碳、含水量及站位水深之间均为两两正相关。六个短岩芯中每个岩芯各个参数的质量累积速率进行相关性分析,大部分岩芯的生物硅、碳酸盐、有机碳、铀和钍的质量累积速率呈两两正相关。两个长岩芯样品,铀钍含量与部分重金属含量有弱的相关性,推测铀钍含量与一些金属元素的丰度变化具有一定的联系。本文用前期测得的生物硅含量作为参考,全程通过硅钼蓝和磷钼蓝分光光度法监测实验过程硅和磷的损失情况。测得南沙海域沉积物岩芯32Si的平均活度为16.60 mBq/kg,范围值为8.39-33.34mBq/kg;32Si在SiO2中的平均比活度为0.715Bq/kg,平均核素丰度为2.60×10-16(32Si/Si02);根据32Si活度估算岩芯A、B的沉积速率,分别为0.106、0.191 cm/a;根据海洋沉积物32Si活度计算32Si的平均沉降通量为2.14×10-6 Bq/(cm2·a)。此外,本实验室在厦门地区采集了 7783L雨水,硅的全程回收率为20.8%,磷的化学回收率为96.4%,测得雨水32Si的活度为2.32±0.44mBq/m3,并估算了厦门地区32Si的沉降通量为 3.08×10-7 Bq/(cm2·a)。