南海北部琼东南盆地HQ-1PC沉积物孔隙水的地球化学特征及其对天然气水合物的指示意义

HQ-1PC站位位于琼东南盆地中部,对该站位沉积物孔隙水的地球化学分析发现其3～4m处有明显的盐度异常,说明该站位在沉积物浅表层有明显的高盐度流体加入.其他地球化学特征也显示在该深度有一亏损硫酸盐、富含碘的流体加入,这种流体特征与水合物形成时排放的高盐流体相似.在4m以下,HQ-1PC站位则表现出了明显的甲烷厌氧氧化特征,主要表现为浅的硫酸盐还原界限、高硫酸盐通量、高自生碳酸盐沉积等特征,同时在该深度以下碘也表现出了异常高的通量,暗示HQ-1PC站位所在区域具有高的有机质含量,微生物活动强烈,可为水合物的形成提供充足的气源.再结合明显的盐度异常特征,推测在该站位浅表层附近很有可能有天然气水合物生成,水合物在形成过程中排出的高盐流体及散逸出的甲烷气引起了一系列的地球化学异常现象.     

冲绳海槽79站位A孔甲烷渗漏影响下的自生黄铁矿及其硫同位素特征

东海冲绳海槽中部79站位A孔发育强烈的甲烷厌氧氧化作用,表层沉积物中发育大量自生黄铁矿沉积.本文开展了该站位自生黄铁矿形貌特征及其硫同位素特征研究,研究发现自生黄铁矿主要以条状、管状以及有孔虫壳体填充状产出.通过铬还原法(CRS)实验提取黄铁矿并测试其硫同位素?34S在?41.20‰~8.92‰V-CDT之间,随着深度增加,黄铁矿硫同位素呈现34S逐渐富集的特征,278 cmbsf(17.18 ka)之上黄铁矿?34S均为负值且稳定在?32.73‰~?41.20‰,278 cmbsf之下?34S出现急剧增大并正偏的特征(?21.49‰~8.92‰V-CDT),对应的黄铁矿含量也出现突增,沉积物总硫含量(TS)则在100 cmbsf突增且在之下地层中相对稳定维持在1.04%~0.55%.278 cmbsf之上,稳定且负偏的黄铁矿硫同位素特征以及降低的TS特征指示了17.18~5.3 ka甲烷厌氧氧化活动的减弱;而之下逐渐增加的?34S特征和黄铁矿含量的增加则表明18.86~17.18 ka期间曾发育强烈的甲烷厌氧氧化活动和甲烷渗漏,18.78 ka时黄铁矿?34S最为正偏,指示了AOM活动此时达到最强烈,SMI的发育层位可能极浅,下覆地层较高的甲烷通量支撑了这一强烈的AOM活动.     

湖泊生态系统产甲烷与甲烷氧化微生物研究进展

湖泊生态系统是重要的大气甲烷来源,其甲烷释放量占全球自然生态系统的40%.产甲烷和甲烷氧化微生物在湖泊甲烷生产和消耗过程中发挥关键作用.本文综述了近期有关湖泊生态系统甲烷产生与氧化过程的研究进展,重点介绍产甲烷与甲烷氧化微生物在湖泊中的分布特征、代谢途径以及调控机制.现有研究表明,湖泊中甲烷的生成不仅仅依靠赋存于沉积物和水体厌氧层的产甲烷古菌,还可能来自有氧环境中其他产甲烷微生物的代谢作用.湖泊中的甲烷在脱离水体逸散至大气之前,被甲烷氧化微生物利用,转化成二氧化碳和小分子有机化合物(如甲醇、甲醛和甲酸等).除了传统依赖氧气作为电子受体的好氧氧化过程外,新近研究还揭示了多种厌氧甲烷氧化过程,包括依赖还原硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐以及Fe~(3+)/Mn~(4+)等金属离子的甲烷氧化过程.文献综合分析表明,反硝化型厌氧甲烷氧化过程主要发生在淡水湖泊中,而硫酸盐还原型主要发生在高盐度或者高碱度湖泊中.水体温度、溶解氧浓度可以显著影响产甲烷与甲烷氧化微生物的丰度与群落结构,其他湖泊环境条件,如盐度、pH和有机质类型等都可能改变产甲烷与甲烷氧化微生物的分布和代谢活性.不同湖泊类型的比较研究,有助于全面掌握影响湖泊产甲烷与甲烷氧化微生物的时空分布与代谢特征的主导因素.     

2022年1月8日门源M6.9地震前青海地区逸出气氡异常特征分析

2022年1月8日青海省海北州门源县发生M6.9地震,震前青海地区出现两项逸出气氡异常(西宁、乐都)。以此为研究对象,利用流体地球化学方法,进行异常特征分析研究。TDS范围：西宁采样点为9 084.3～11 316 mg/L;乐都采样点为897.01～989.26 mg/L。水化学类型为Na-SO₄、Na-Cl,均显示水-岩反应程度较弱。SO₄^2-、HCO~-₃浓度发生较明显变化,指示异常出现前及异常持续过程中有地下水循环径流途径较短的低矿化水混入,计算热储温度与循环深度,显示出深部水体交换不明显的特征。地震孕育时,区域应力加载导致周围岩石产生裂隙及孔隙,从而导致地球物理场的氡值变化,同一时段的水岩反应加剧,使得水化学离子组分浓度亦发生相应变化,结合氡值异常机理及历史震例研究,分析认为该异常是可信的地震前兆异常,对祁连带6级以上地震有较好的指示意义。     

南海东北部陆坡天然气水合物分解释放成因的有孔虫碳同位素轻值事件

2013年中国地质调查局广州海洋地质调查局对南海北部实施第二次天然气水合物钻探并成功钻获可视天然气水合物实物样品,共有五个站位获取沉积物岩芯.本文对其中的GMGS2-08站位沉积物开展有孔虫同位素分析研究,以了解天然气水合物地质系统有孔虫的碳同位素特征及其对甲烷释放的响应.GMGS2-08岩芯沉积物中顶空气甲烷浓度最高达到39300μmol L~(-1),气态烃δ~(13)C值在-69.4~-72.3‰PDB,明确指示其为生物成因,根据甲烷δD测试结果(-183~-185‰SMOW)可进一步判别为CO2还原型微生物气.同位素分析结果显示GMGS2-08站位所获得的岩芯中共出现5期有孔虫碳同位素轻值事件,有孔虫δ~(13)C值明显低于南海冰期-间冰期的正常变化区间,底栖Uvigerina peregrina出现-15.85‰PDB的δ~(13)C极轻值,浮游Globigerinoides ruber的δ~(13)C值同样低至-5.68‰PDB.电镜扫描发现δ~(13)C负偏层位有孔虫壳体经历后期成岩改造被自生碳酸盐所充填,有孔虫壳体的成岩矿化程度与埋深并不相关.与有机碳的相关性计算表明有机质的厌氧氧化对底栖有孔虫的δ~(13)C组成影响微弱,意味着有孔虫的δ~(13)C异常负偏可能主要来源于甲烷厌氧氧化成因的次生碳酸盐的叠加影响.GMGS2-08岩芯记录中有孔虫δ~(13)C负异常和δ~(18)O正异常的耦合性是地质历史时期研究区天然气水合物分解释放的重要证据.     

南海北部沉积物中单质硫颗粒的发现及意义

单质硫作为海洋沉积环境中硫循环的中间产物,对于研究硫的物质循环和同位素分馏过程均有重要的意义.本研究在对南海北部九龙甲烷礁海域沉积物中自生矿物进行显微形貌观察时,首次通过扫描电子显微镜和激光拉曼光谱等发现并确认了单质硫颗粒的存在.根据单质硫的显微形貌、分布、黄铁矿的含量和硫同位素组成等,获得如下认识:(1)单质硫颗粒的分布不仅与黄铁矿及其氧化物共存,而且与粘土矿物等共存,主要分布于矿物集合体的表层;(2)尽管单质硫颗粒在形貌上略有差异,但单质硫颗粒主要出现在硫酸盐-甲烷转换带内(SMTZ)及其附近深度的沉积物中;(3)单质硫颗粒的成因很可能是部分H2S被氧化的结果,其形成过程与SMTZ的变迁存在密切关系.甲烷等烃类气体的异常供给加剧了SMTZ内的甲烷厌氧氧化反应(AOM)所伴随的异化硫酸盐还原反应(DSR)的强度,大量H2S的生成促进了铁硫化物等自生矿物的沉淀,进一步提高了硫的循环效率,为单质硫颗粒的形成提供了有利的条件.南海北部九龙甲烷礁海域沉积物中单质硫颗粒的发现及其形成过程可能与该海域沉积物中甲烷渗漏通量的变化和SMTZ的变迁关系密切,也可能与该海域天然气水合物藏的演化存在一定关系.     

早期地球海洋水化学分带的理论预测

寒武纪早期及以前的地球海洋(520 Ma;以下简称为"早期地球海洋")具有广泛缺氧分层和有限氧化剂供应等特点,其化学特征可与现代海洋陆架区沉积物孔隙水类比.依据相似的地球化学原理和对于早期地球海洋化学形成机制的理解,本文提出早期地球海洋在陆架-斜坡浅水-中等水深区域在理想化条件下可能存在多个由不同氧化还原过程控制的动态化学分带,从近岸浅水到远洋深水依次发育:氧化带、NO3?-NO2?富集带、Mn2+-Fe2+富集带、硫化带、CH4富集带和深水Fe2+区.它们是大气自由氧对表层海水的氧化、化学跃变层之下反硝化作用、近岸区域锰铁氧化物还原作用、硫酸盐还原作用、产甲烷作用和深水热液Fe2+输入动态平衡后的结果.该化学分带模型细化了目前已有的古海洋水化学状态分类,对现有的古海洋"硫化楔"模型进行了扩展和补充,并较好解释了早期地球海洋不寻常的Mo-S-C同位素地球化学记录.该化学分带模型对未来早期地球海洋化学演化及元素生物地球化学循环研究具有指导意义.     

海洋环境甲烷水合物溶解度及其对水合物发育特征的控制

除合适的温度和压力条件外，甲烷水合物的形成还需要有充足的甲烷供给，沉积物孔隙水中的甲烷浓度必须大于甲烷水合物的溶解度.本文建立了水合物－水－游离气三相体系、水合物－水二相体系、气－水二相体系的甲烷溶解度计算优选方法，计算确定了水合物系统的甲烷溶解度-深度相图，依此划分出游离气、溶解气、水-水合物、水-水合物-游离气四个甲烷不同相态分布区.对水合物脊ODP1249和1250钻位、布莱克海台ODP997钻位稳定带甲烷水合物含量和稳定带之下游离气含量进行了计算.ODP1249浅部13.5～72.4 mbsf(mbsf表示海底以下深度)的甲烷水合物是沉积物孔隙体积的10%～61%，ODP1250钻位35～1065 mbsf的甲烷水合物约为孔隙体积的0.7%～1.9%，水合物层之下游离气层厚约22 m，游离气含量约占孔隙的4%.布莱克海台ODP997钻位的浅部146.9 mbsf处无水合物发育，202.4～433.3 mbsf之间水合物占孔隙体积的约5%～7%，水合物层之下游离气层厚约80 m，游离甲烷含量为孔隙的0.2%～28%.     

珠江口沉积物溶解性有机质来源及光谱特征的空间变化

作为海陆交互作用的重要区域,河口在海洋碳循环中扮演着重要角色.近年来,溶解性有机质(dissolved organic matter,DOM)在河口区的来源、降解和保存一直是关注的热点.本研究结合三维荧光光谱和紫外可见吸收光谱,对珠江口3个沉积柱(S1、S2、S3站位,盐度依次增加)孔隙水溶解性有机质的空间分布和来源进行了表征分析.利用平行因子分析(parallel factor analysis,PARAFAC)方法对三维荧光光谱数据进行解析共得到5种荧光组分:类腐殖质组分C1、C3、C4,以及类蛋白荧光组分C2和C5.三个站位的C2组分同沉积物微生物DNA浓度表现出显著的正相关关系(R²=0.69,P<0.01),说明类蛋白组分C2可能主要来源于原位微生物的分解代谢.C5同DNA浓度相关性较弱(R²=0.40,P<0.05),推测是混入了荧光峰同类蛋白组分十分接近的酚类化合物所致.类腐殖质荧光组分来源复杂,S1站位类腐殖质荧光组分含量最高(1.45~8.83R.U.),推测是受到了显著的陆源输入影响.S2和S3站位3种类腐殖质荧光组分含量很低(<1R.U.),且分布规律十分相似,可能主要来源于水体和沉积物藻类微生物的代谢释放.三个站位的腐质化指标HIX随深度增加,类蛋白组分荧光相对含量随深度降低,并且同指示DOM分子量的光谱斜率比值S_R分别呈显著的负相关和正相关关系.这说明从沉积物表层到深层,DOM由低分子量的类蛋白组分向高分子量的类腐殖质组分过渡.本研究结果对理解河口区沉积物中的孔隙水DOM分子量/活性模型(pore water size/reactivity,PWSR)以及DOM的生物有机地球化学过程提供了补充参考.     

油砂组分遥感光谱响应特征及意义

基于油砂组分的吸收光谱物理响应机理,通过对比矿物基团平均吸收深度,建立主要蚀变矿物ASTER多光谱遥感数据异常提取模式以识别油砂分布.研究表明,与传统的烃类微渗漏遥感研究手段相比,该模式可以更有效地指示油砂的分布.利用油砂组分基团光谱平均吸收深度与孔隙度及渗透率进行相关分析,研究了油砂光谱与所处地质背景环境中储层物性之间的关联关系.结果表明,表征粘土矿物含量的粘土基团吸收深度与孔渗值呈负相关关系,指示含油性的烃类基团吸收深度与孔渗值呈显著正相关关系.     

氧化还原条件对红枫湖沉积物磷释放影响的微尺度分析

选取贵州红枫湖为研究对象,在实验室条件下模拟了自然、好氧和厌氧条件下沉积物内源磷的释放过程,联合应用微电极技术和沉积物磷形态分析对沉积物—水界面开展了微尺度观测与研究.结果表明,厌氧条件下红枫湖沉积物总磷含量显著降低,且主要是NaOH提取态磷(NaOH-P)和残渣态磷(rest-P)含量降低所致,厌氧条件下沉积物孔隙水中磷酸盐浓度明显升高,而好氧条件下沉积物孔隙水磷酸盐浓度显著降低,反映厌氧条件显著促进了红枫湖沉积物磷释放.厌氧条件下沉积物内部溶解氧浓度下降、硫还原活动增强可能是导致NaOH-P释放的主要原因.O_2浓度的降低加速了沉积物还原作用并产生大量H2S,进而与二价铁离子形成硫化亚铁沉淀,最终导致NaOH-P(Fe-P)释放到孔隙水中.好氧条件向厌氧条件的转换可通过改变沉积物内部pH值分布和微生物活动促使rest-P释放:厌氧条件下,厌氧微生物不仅可以消耗硫酸根产生H_2S,导致pH值降低,还可消耗有机质,将有机磷转变为无机磷.上述研究结果表明,沉积物—水界面氧化还原环境可影响沉积物氧渗透深度、pH值分布、微生物活动、硫循环以及有机质降解过程,进而控制沉积物磷的形态转化与释放.联合应用微电极技术和沉积物磷形态分析对湖泊沉积物—水界面开展微尺度观测研究是揭示沉积物内源磷释放机制与控制因素的有效途径.     

水合物层下伏游离气渗漏过程的数值模拟及实例分析

海洋环境中天然气水合物层是理想的毛细管封闭层,游离气被抑制在水合物层下,游离气层的气体压力随气体聚集和气层厚度的增加而升高,当气压超过封闭层的毛细管力时,游离气会克服毛细管进入压力、刺入上伏封闭层孔隙空间,毛细管封闭作用随之消失,从而形成水合物下伏游离气向海底的渗漏.通过对该过程进行的数值模拟计算表明：渗漏气体是以活塞式驱动上伏沉积层中的孔隙水向海底排出,水合物稳定带内流体渗漏速度随水流柱高度的减小而增加,当水流阻抗大于相应沉积层段的静岩压力时,沉积层将转变为流沙,流沙沉积被海流移除后便在海底留下凹陷麻坑.麻坑形成后流体运移通道演化为气体通道,气体快速排放.麻坑深度主要取决于游离气层的厚度和水合物封闭层（底界）的深度,而与沉积层的渗透率无关.麻坑深度一定程度上指示了渗漏前水合物层下伏游离气层的资源量.对布莱克海台海底麻坑深度的数值模拟计算表明,形成4 m深的海底麻坑需要至少22 m厚的游离气层.     

新疆04井水位突降异常的机理分析

通过04井地下不动力学条件和地球化学环境的综合分析，探讨了井水位突降异常变化的基本特征和相邻两并含水层孔隙压力动态的关系及相互作用过程。4b井喷（溢）水卸压是04井水位突降的直接原因。当04井的水位升高，水头高度达到并超过4b井井口的高度时，4b井开始喷水卸压，水头损失造成孔隙压力的降低而形成降落漏斗，造成04井水位突然下降，一旦4b井喷水停止，04井水位又开始上升并逐步恢复到正常水位高度。在04井水位持续突降变化阶段，可通过统计突降过程参数（如突降发生的频度、两次突降异常之间的时长等）判别地震前兆异常。     

沙尘表面非均相化学过程的气候效应的初步模拟研究

建立了一个包含地表起尘机制的尘粒表面非均相化学模式, 并与区域气候——大气化学模式系统连接. 研究了沙尘气溶胶表面的非均相过程对大气中一些重要微量成分浓度的影响及其所产生的气候效应. 结果表明,非均相过程使得二氧化硫和臭氧的浓度降低,硫酸盐浓度增加,年平均硫酸盐积分浓度增加26mg/m2;在部分地区非均相过程使二氧化氮浓度降低,而在另外一些地区,则使二氧化氮浓度增加. 1,4,7,10月四个月硫酸盐浓度增加造成的辐射强迫最大值分别为-0.24,-1.0,-2.0,-0.6 W/m2,全区域年平均辐射强迫为-0.033 W/m2. 四个月最大降温分别可达0.16,0.35,0.5,0.48K,年平均降温0.021K. 非均相过程对月总降水亦有明显的影响.     

海底天然气渗漏的地球物理特征及识别方法

海底天然气渗漏是在海洋环境中广泛分布的自然现象.海底天然气渗漏可以指示沉积层中的烃类聚集带,渗漏出的大量气体（主要是甲烷）可能影响全球的气候变化,此外,与海底渗漏相关的浅层气改变了海底沉积物的土工性质,可能对海底工程构成威胁.因此海底渗漏研究意义重大.海底天然气渗漏不仅影响海底沉积物的物理性质,而且还极大地改变海底地形地貌,它能在海底形成麻坑、泥火山、冷泉碳酸盐岩以及化学自养生物群落等现象.在海底渗漏发生的地方,地形地貌特征可以在海洋测深和逆向散射数据上得到反映;沉积物的声学特征可以在地震剖面上得到反映,如形成声混浊、声空白、亮点、多次波、速度下拉等;有些渗漏在海面形成油渍膜,油渍膜可以在合成孔径雷达图像上得到反映.根据海底渗漏的上述地球物理特征,可以识别出可能渗漏区域,海底渗漏的证实需要用到海底观测和取样分析资料.     

太湖梅梁湾水土界面反硝化和厌氧氨氧化

运用无扰动芯样实验室内流动培养、稳定同位素示踪、同位紊气态产物测定及同位素配对技术,对太湖梅梁湾北部到南部的4个梯度样点的水土界面反硝化和厌氧氨氧化速率进行研究.结果表明,梅梁湾内及湾外开敞湖区4个样点的水土界面反硝化脱氮速率为(46.36±13.26)-(16.34±22,74)μmol/(m~2·h),厌氧氨氧化脱氮速率为(7.50±2.21)-(2.05±2.90)～mol/(m~2.b).梅梁湾北部河口区水土界面总脱氮能力明显高于梅梁湾南部及开敞湖区.通过对脱氮过程的进一步研究发现.北部脱氮过程主要以上覆水硝酸盐为底物的非耦合反硝化过程(D_w)为优势过程,而梅梁湾外开敞湖区则以沉积物硝化过程耦合控制的反硝化(D_n)为主.影响D_n、D_w在反硝化中比重的主要因素是沉积物溶氧侵蚀深度和上覆水NO_3~-.浓度的差异;梅梁湾厌氧氨氧化脱氮比例占总脱氮比例为12%-14%,湾外开敞湖区则占11%,影响其比例差异的主要因子是反硝化强度的大小及其反硝化中间产物--亚硝酸盐含量的差异.     

深井孔隙压力测量及其与地震活动性的关系

介绍了在深钻井中测量岩层流体孔隙压的方法．以华北地区沉积盆地为例，分析了0～4 km深度岩层孔隙压实测值的变化规律，并结合区内1900年以来发生的MS5.0的地震，讨论了3 000 m深处异常孔隙压的区域分布与地震活动的关系．研究结果表明，深井中实测的岩层孔隙压p0并不完全等同于静水压pH，超孔隙压现象存在但不具普遍性．由油田勘探井、评价井及开发井中实测的孔隙压(p01，p02及p03)与静水压之间的关系为:① 具超孔压的地区p01＞p02＞pH＞p03；② 孔隙压正常或偏低的地区pH＞p01＞p02＞pH＞p03．通过对本区超孔隙压现象的区域分布与MS5.0地震活动的关系分析，发现大约以纬度36～36.5为界，南部存在超孔隙压现象，即在约2 000 m深度以下，实测孔隙压明显高于静水压，且随深度增加而呈幂函数递增，其地震活动性弱；而北部实测孔隙压基本正常或偏低，孔隙压值随深度呈线性递增，其地震活动性较强．      

大庆油田本源微生物分布与定向激活机制

选取大庆油田一区块进行了本源微生物调查,在此基础上利用从该区块油水井采集的样品,模拟地层的生态环境,采用不同激活剂体系激活地层水中的本源菌,分析不同时间的本源菌数量变化、pH值变化、气体产物组成变化.结果表明,所选区块地层水中含较高数量的腐生菌、烃氧化菌、发酵菌、产甲烷菌及硫酸盐还原菌,在控制硫酸盐还原菌生长的情况下,具有本源微生物驱油的潜力;通过激活硝酸盐还原菌,可以抑制硫酸盐还原菌的生长繁殖,激活剂A体系中硝酸盐还原菌数量达106~107个/mL,而硫酸盐还原菌仅0~45个/mL;C,D激活剂能有效激活产甲烷菌,生物甲烷在轻烃气体中相对含量达80%;B激活剂有利于产酸微生物的繁殖,使培养液的pH值从7.5降低到5.0左右;各种激活剂体系均可以激活降解原油微生物,从气体产物色谱分析可知,产物中有低碳数小分子轻烃生成.从轻烃中甲烷含量及产甲烷菌数量分析,只有通过产甲烷菌的活动才能生成甲烷.通过选择不同类型的激活剂,可以定向激活本源菌群中的不同种类的微生物.     

赤道电离异常特征参量地方时梯度的日变化特征——Swarm卫星观测

Swarm A/C卫星在460 km左右高度伴飞,地方时差异5.6 min,为赤道电离异常(Equatorial Ionization Anomaly,EIA)研究提供了一个绝好的观测机会.本文利用Swarm A/C卫星2014—2017年期间的电子密度观测数据,研究了地磁活动相对平静期EIA特征参量地方时梯度的日变化特征.分析发现:(1)EIA驼峰强度和位置的地方时梯度,ΔNe和Δβ,在正午前随地方时线性减小,午后达到极小值;傍晚前后,二者先增大后减小.该日变化特征在各季节具有普适性.(2)ΔNe和Δβ的日变化表现出紧密的相关性,且在白天和日落后两个时段内遵从明显不同的线性关系.(3)ΔNe和Δβ对赤道等离子体抬升通量地方时梯度,Δflux,的响应非常迅速,滞后时间约为1 h.     

二叠纪-三叠纪之交重大地质突变期微生物对环境的作用

生物与环境之间是相互作用和协同演化的.目前在生物对环境变化的响应方面已取得了许多重要的认识,而在生物对环境作用方面的认识还非常薄弱.本文以二叠纪-三叠纪之交这一生物与环境的重大突变期为例,探讨了微生物对环境的作用并指出了下一步的重点突破方向.类脂物生物标志化合物、C-N-S稳定同位素地球化学和矿物学的研究表明,硫酸盐还原微生物功能群、H2S的厌氧氧化微生物功能群、产甲烷微生物功能群、甲烷的好氧氧化微生物功能群、反硝化微生物功能群和固氮微生物功能群在二叠纪-三叠纪之交显著繁盛.不同微生物功能群既可以加剧环境的恶化,也可以改善环境,正是这些多方面的微生物作用才使得地球环境不至于向一个方向演变,而是处于一个能够自我调节的状态.