南海北部烟囱状碳酸盐岩记录的冷泉流体活动演化特征研究

冷泉碳酸盐岩是冷泉渗漏活动的重要产物之一,它记录了冷泉流体的来源、其活动演化特征和沉积环境等。通过对南海北部东沙海域Site3站位采集的三个烟囱状冷泉碳酸盐岩的矿物成分、碳氧同位素及碳酸盐岩中黄铁矿硫同位素的研究,确定了冷泉渗漏可能的流体来源,结合烟囱状碳酸盐岩独特的形貌特征,探讨了研究区冷泉流体的活动演化特征。烟囱A为环状,外环直径16 cm,中央流体通道直径5 cm;烟囱B呈底部直径8 cm的实心锥形;烟囱C也为环状,外环直径20 cm,中央流体通道直径12 cm。三个烟囱都具有较负的碳同位素组成(δ~(13)CVPDB值低至–55.7‰)和较正的氧同位素组成(δ~(18)OVPDB值高达5.4‰)特征。研究认为,甲烷是该海域冷泉渗漏流体的主要烃类来源,其中沉淀烟囱C的冷泉流体中很可能存在水合物分解释放流体的加入。三个烟囱状碳酸盐岩的外层相比于内层,普遍具有δ~(13)C值高、δ~(18)O值低、δ~(34)S值高的特征,认为这是由于烟囱状碳酸盐岩从外至内形成过程中沉积空间逐渐受到限制导致流体渗漏强度增强而造成的。综上所述,烟囱状冷泉碳酸盐岩因其独特的形态结构,是冷泉流体渗漏特征在时间和空间上变化的优良记录者。     

秭归地区震旦系陡山沱组碳酸盐岩结核成因新认识及其地质意义

扬子克拉通秭归地区震旦系陡山沱组第四段黑色泥页岩中广泛发育具明显δ13C负异常的碳酸盐岩结核,其是否与古甲烷天然气水合物渗漏有关值得深入研究.对该碳酸盐岩结核开展的沉积结构构造、岩相学和地球化学研究表明,碳酸盐岩结核具典型韵律环带结构,普遍发育有亮晶球体结构、草莓状黄铁矿,以及与渗漏系统有关的凝块组构,δ13C具明显负异常(-5.65‰~-6.76‰),U、Mo元素强烈富集(U_EF=8~26,Mo_EF=99~320),Y/Ho比值为31.05~37.31,稀土配分型式为平缓左倾,主微量元素K、Sc、V、Cr、Co、Ni、Rb、Sr、Ba、Th、U和Mo等总体显示为缺氧-硫化环境,与冷泉碳酸盐岩的形成环境和特征一致.碳酸盐岩结核环带SiO₂、MgO、CaO、CO₂等地球化学元素含量呈阶段性连续增减变化,显示碳酸盐岩结核形成经历了初始形成、成岩-交代、成岩后改造3个连续演化阶段.据此,提出碳酸盐岩结核是新元古代末噶斯奇厄斯冰期(582~551 Ma)结束温度回暖,黑色泥页岩中低温封存固态天然气水合物发生分解释放和成岩-交代形成的冷泉碳酸盐岩结核,也是古天然气水合物存在的重要地质记录和标志,这一新认识为华南扬子克拉通在震旦系和下古生界沉积盖层中寻找页岩气(甲烷天然气)储集层位提供了重要地质依据.      

贵州紫云泥盆系重晶石矿床中与古甲烷渗漏事件有关的球状灰岩成因厘定

关于古代冷泉碳酸盐岩的报道主要集中于新元古代"盖帽"碳酸盐岩和晚古生代以来(特别是石炭纪以来)的沉积地层中,与沉积矿床伴生的冷泉碳酸盐岩的研究鲜有报道。本文通过对贵州紫云泥盆系大型重晶石矿床中新发现的球状、椭球状灰岩进行详细地野外观察,并结合矿物学、元素地球化学和C—O同位素研究,探讨并揭示了灰岩的成因和形成环境,以及与古甲烷渗漏事件之间的关系。结果表明:灰岩呈球状、椭球状、管状顺层产于重晶石之中及其下部地层。灰岩中发育大量类似现代海底冷泉沉积碳酸盐岩的凝块和草莓状黄铁矿;草莓状黄铁矿内部结构呈葵花状,组成葵花状的单颗黄铁矿大小基本一致,轮廓清晰。灰岩较低的δ~(13)C?(V-PDB)值(-10.3‰)表明其碳源主要为热解成因甲烷气或混合气。灰岩Ce/Ce*值除反映古沉积环境为还原状态外,也指示间歇性氧化状态的存在,这可能与甲烷气体的渗漏速率有关。     

西藏申扎早二叠世碳酸盐岩的极低碳稳定同位素及其冷泉指示意义

极低碳稳定同位素是识别地质历史时期古冷泉及其甲烷释放事件的关键证据,目前,世界范围内尚无有关二叠纪冷泉活动的直接证据报道。本研究首次报道了西藏地区拉萨地块早二叠世碳酸盐岩的极低碳同位素数据,δ¹³C_V-PDB值最低可达-34.69‰,碳、氧稳定同位素呈现较好的负相关性,指示为甲烷厌氧氧化作用成因。该碳酸盐岩发育于西藏申扎地区下二叠统昂杰组上段(碎屑岩段),以透镜状碳酸盐岩夹层及碳酸盐质胶结结核产出,可见方解石结晶扇,其碳同位素普遍较结核中碳酸盐胶结物更贫¹³C。推测研究区存在早二叠世古甲烷冷泉渗漏活动,其成因可能与冈瓦纳冰期后温暖海水导致的海洋甲烷水合物藏的失稳释放有关。作为研讨地质历史时期水合物-冰期反馈模型的重要实例,本研究对进一步探讨冰期海平面变化、古海洋化学、古生态和古气候等特殊环境变化事件具有重要的指示意义。     

南海神狐海域富Fe碳酸盐岩烟囱矿物学和地球化学的研究

<正>冷泉碳酸盐岩广泛分布在世界各地的主动或被动大陆边缘,它是冷泉区渗漏的甲烷与海水中硫酸根离子发生甲烷厌氧氧化和硫酸盐细菌还原作用的产物,详细记录海底流体的渗漏情况。因此,利用冷泉碳酸盐岩中的矿物组成、元素含量以及C、O、Fe同位素特征示踪碳酸盐的沉淀氧化还原环境、海底流体来源及其流体活动、探讨天然气水合物存在的可能性具有非常重要的作用。南海北部陆坡是天然气水合物发育的理想场所,已发现水合物发育的地质、地球化学和生物证据。2007年,广州海洋地质调查局在神狐海域     

冷泉流体沉积碳酸盐岩的地质地球化学特征

冷泉流体是指来自海底沉积界面之下的低温流体以喷涌和渗漏方式注入盆地, 并产生系列的物理和化学及生物作用, 这种作用及产物称为冷泉?它是继洋中脊以盆下源中高温流体的热泉被发现和研究之后的又一个新的盆地流体沉积领域?日前研究较多的是以水? 碳氢化合物 (天然气和石油) ? 硫化氢? 细粒沉积物为主要成分, 温度与海水相近的流体, 广泛发育于活动和被动大陆边缘斜坡海底?冷泉流体沉积体系发育高密度的化学自养生物群, 以碳酸盐岩和天然气水合物为主, 有少量的硫化物和硫酸盐等?冷泉碳酸盐岩的产状有丘? 结核? 硬底? 烟囱? 胶结物和小脉等, 以化学自养生物碎屑和多期次的自生碳酸盐胶结物组成的生物丘最为常见, 它在物质来源? 形成环境? 形成作用等方面与传统来源于海水碳的碳酸盐岩建隆不同, 用术语 C h e r m o h e r m 表示, 以区别于传统海水碳酸盐岩建隆术语b i o h e r m s ? l i t h o h e r m s ? p s e u d o b i o h e r m s 和 b i o s t r o m e s ?地层中石化的化学自养生物丘常是含有大量底栖生物化石的碳酸盐岩建隆产于深水相沉积地层中, 在沉积环境和相分析上出现纵向和横向的不连续, 甚至出现反常现象?矿物以镁方解石? 白云石和文石为主, 与传统的碳酸盐岩相似, 在地球化学组成上最大的区别是冷泉流体沉积碳酸盐岩的碳来源于冷泉体系中的细菌生物成因碳, 具有特别负的碳同位素值?冷泉在海底主要沿构造带和高渗透地层呈线性群, 或围绕泥火山或盐底劈顶部呈圆形或不规则状冷泉群分布,或以海底地形低凹处和峡谷转向处呈孤立冷泉形式产出?冷泉流体以沉积建造流体为主?上覆快速堆积? 成岩压实和胶结作用? 构造挤压和变形作用? 深部的后生作用和成岩作用? 海底沉积物中的天然气水合物分解作用是建造流体向上运移进入海底成为冷泉的驱动力?冷泉碳酸盐岩的沉积作用主要有胶结作用? 充填作用和生物化学沉积作用?冷泉流体中的碳主要是以甲烷为主的碳氢化合物形式存在, 经微生物作用转变为 C O₂ ,最终形成冷泉碳酸盐岩?     

意大利亚平宁地区第三纪中新世“Calcaria Lucina”冷泉碳酸盐岩中结晶扇的沉积岩石学及地球化学特征

结晶扇是冷泉碳酸盐岩的一种标志性沉积构造,主要由文石或重晶石等矿物呈放射状聚集形成。意大利亚平宁地区的第三纪中新统广泛发育冷泉碳酸盐岩,其中"Calcari a Lucina"冷泉碳酸盐岩中发育有典型的结晶扇。结晶扇主要由放射状文石聚集形成,含少量的方解石,具有明显的生长纹层。文石纹层的δ13CPDB为-37.9‰~-53.5‰,δ18OPDB为+2.4‰~+6.0‰,相邻文石纹层之间的δ13CPDB和δ18OPDB值差别明显,可能是与碳和氧的来源及流体渗漏速度有关。全岩稀土元素总量很低,w(REE)为0.23×10-6,页岩标准化模式具有明显的Ce负异常,显示结晶扇形成于氧化环境。     

贵州松桃大塘坡地区南华纪早期冷泉碳酸盐岩地质地球化学特征

贵州松桃大塘坡地区的南华系是研究古代天然气渗漏及冷泉碳酸盐岩的理想地区之一.该区冷泉碳酸盐岩由两类岩石组成: 一是两界河组含砾砂岩中(Sturtian冰期早期) 的白云岩丘或透镜体; 二是之上的大塘坡组第一段黑色含锰岩系中的似层状或透镜状菱锰矿矿体及少量白云岩透镜体.该地区冷泉碳酸盐岩的碳同位素具明显的负偏特征, 充填在菱锰矿矿石气孔中的沥青碳同位素为-30.98‰, 并具有异常高的硫同位素正值.结合冷泉碳酸盐岩的空间分布、古天然气渗漏构造、菱锰矿的沉积有机质等特征分析, 认为其与现代冷泉碳酸盐岩的特征十分相近.两界河组的白云岩丘是目前所发现的最古老的冷泉碳酸盐岩, 与在它之上的菱锰矿矿体是同一个古天然气渗漏系统中不同时期的冷泉碳酸盐沉积.天然气泄漏形成的冷泉与大塘坡组烃源岩的形成关系密切.      

新元古代晚期盖帽碳酸盐岩的成因与“雪球地球”的终结机制

新元古代晚期约635 Ma的地球发育了到达赤道附近的冰川作用，地质记录上表现为代表寒冷气候的冰期沉积杂砾岩，直接被代表温暖环境的碳酸盐岩层（常称盖帽碳酸盐岩）覆盖。由于盖帽碳酸盐岩奇特的岩石学和地球化学特征，引起了对其成因认识的巨大争论，提出了“雪球地球”和“甲烷渗漏”等假说。“雪球地球”假设可以解释一些令人困惑的地学现象，如低纬度和低海拔冰川沉积、盖帽碳酸盐岩、碳酸盐δ13C负漂移和条带状铁矿层等，但许多科学家对此提出了质疑。最近对盖帽碳酸盐岩的δ13C分析结果（最低达-41‰）、盖帽碳酸盐岩发育的类似现代冷泉碳酸盐岩沉积组构等似乎支持“甲烷渗漏”假说。     

南海北部冷泉碳酸盐岩研究进展及其对大洋钻探选址的指导意义

冷泉系统在大陆边缘海域中广泛发育，我国的南海北部海域因其独特的地质条件成为了研究冷泉系统的天然实验室。在冷泉系统中，由于甲烷厌氧氧化作用的存在，极大地促进了碳酸盐岩等自生特征矿物的形成。而自生碳酸盐岩继承了冷泉环境中的地球化学特征，是记录冷泉活动信息的优良载体。近十几年以来，国内外科学家对南海北部冷泉碳酸盐岩进行了大量的研究，取得了一系列的成果，但有关南海北部碳酸盐岩最新研究成果的整体认识和未来的研究方向仍缺乏相应的汇总分析。因此，本文对近年来南海北部冷泉碳酸盐岩的相关研究成果进行了综述。目前研究主要关注冷泉碳酸盐岩的成岩过程及其环境影响，包括流体来源、氧化还原环境、元素循环等，而有关冷泉活动对全球变暖和碳循环影响的研究较少；同时大多研究基于单一期次的冷泉活动，有关地质历史时期的冷泉活动鲜有报道。本文在对已有研究基础上进行综述，认为未来需要在南海北部合适的区域进行大洋钻探，重建地质历史时期以来的冷泉活动，探讨其对全球变暖和碳循环的影响。基于前期的工作成果，笔者认为琼东南海域和东沙海域冷泉区是对地质历史时期冷泉活动进行深入研究的理想区域。     

南海北部冷泉碳酸盐岩和石化微生物细菌及地质意义

通过对2002年广州海洋地质调查局在南海北部海域拖网采集的碳酸盐岩样品进行岩石、矿物、微量元素和同位素特征的研究,证实在南海水合物远景区发育有冷泉碳酸盐岩。冷泉碳酸盐岩形态类似于烟囱,主要由方解石、伊利石、石英、黄铁矿和一种未知的矿物组成。保存了很可能是石化的甲烷氧化和硫酸盐还原细菌。碳酸盐岩矿物的δ^13CPDB为-51.24‰～-51．757‰。碳酸盐岩矿物的页岩标准化稀土元素配分模式具无Ce和Eu异常、微弱的轻稀土亏损和中稀土富集特征,表明形成于还原的缺氧环境,显示了冷泉碳酸盐岩的特征,指示在南海北部水合物远景分布区内冷泉活动的近海底可能发育有水合物。     

南海北部甲烷渗漏系统环境变化的碳、氧同位素记录

冷泉碳酸盐岩记录了甲烷渗漏活动和流体组分随时间的变化过程,对示踪冷泉系统沉积环境变化具有非常重要的意义.对南海北部获取的冷泉碳酸盐岩进行了碳、氧同位素剖面研究,并对南海北部冷泉碳酸盐岩的碳、氧同位素变化范围进行了统计分析.研究结果及已发表的δ13C和δ18O剖面数据表明,南海北部冷泉碳酸盐岩剖面的δ13C和δ18O之间普遍存在相关性,相关系数R2最高可达0.933 1.经统计,南海北部冷泉碳酸盐岩样品δ13C和δ18O均具有较大的变化范围,其最大变化分别为34.50×10-3和5.89%(Vienna Pee Dee Belemnite,V-PDB).冷泉碳酸盐岩δ13C和δ18O的相关性特征可能指示了初始流体的变化、后期矿物形成/重结晶作用、渗漏系统较为复杂或者成岩作用等环境变化信息.对不同碳酸盐岩样品来说,δ13C的变化主要由海水的参与程度决定,而δ18O的变化可能与温度和Mg元素参与方解石沉淀的程度有关.      

珠江口盆地东部陆坡末次冰期天然气水合物-冷泉活动的记录与时间

对珠江口盆地东部陆坡GMGS 08C孔的3层自生碳酸盐岩(结核状)和有孔虫(底栖和浮游)开展高分辨率氧碳同位素分析和AMS~(14) C测年,第1层自生碳酸盐岩δ~(13) C为-38.85‰,第2、3层的δ~(13) C介于-41.36‰~-56.74‰,平均值-51.64‰,均低于-40‰。δ~(18) O值介于2.94‰~4.18‰,平均值3.68‰,明显偏重。这表明其为天然气水合物分解的产物,形成于微生物对甲烷的缺氧氧化作用,甲烷主要源自生物成因;自生碳酸盐岩层位的底栖有孔虫Uvigerina peregrina和浮游有孔虫Globigerinoides ruber的δ~(13) C值几乎同时出现极负偏,最低值分别达到-12.17‰和-9.06‰,有孔虫δ~(18) O总体上正偏,最大正偏幅度达1.50‰,说明其负偏与后期源于甲烷厌氧氧化作用(Anaerobic Oxidation of Methane,简称AOM)的成岩作用有关。自生碳酸盐岩及其与有孔虫异常碳(偏负)氧(偏正)、粥状沉积是GMGS 08C孔水合物分解甲烷渗漏的重要指标,据此推断该孔在末次冰期(MIS2—MIS3)发生过至少2次天然气水合物分解释放-冷泉甲烷渗漏活动,分别距今36ka和31~26ka,主要发生在低海平面期,说明冷泉活动明显受海平面变化影响。     

海底沉积物孔隙水钡循环对天然气渗漏的指示

冷泉流体的渗漏活动强烈地影响着海底沉积物孔隙水钡循环。冷泉流体中的Ba2+ 向上扩散与孔隙水硫酸盐反应,在硫酸盐—碳氢化合物转化带（SHT）之上沉淀重晶石。随着沉积物的埋藏,先前沉淀的重晶石被埋藏于SHT之下的硫酸盐亏损带,将发生溶解,溶解的钡向上扩散,在SHT之上再次沉淀重晶石。当体系中向上扩散的Ba2+超过埋藏的重晶石中的钡时,在剖面上形成“钡锋”。向上渗漏的碳氢化合物（甲烷为主）通量控制了SHT的深度,二者之间存在很好的地球化学耦合关系,从而,可以用“钡锋”来评价天然气渗漏活动的特征。在总结和分析国际海底冷泉渗漏活动区沉积物孔隙水的甲烷和钡循环的研究进展基础上,综述了海底沉积物孔隙水钡循环对现在和过去天然气渗漏的指示,总结了渗漏成因重晶石的地质和地球化学特征。     

温度对甲烷渗漏背景下自生矿物形成影响的实验

<正>海底冷泉是指来自海底沉积地层的气体以喷涌或渗漏的方式注入海洋中的一种海洋地质现象[1]。冷泉沉积物一般由碳酸盐和硫化物组成,这些自生矿物一方面将渗漏甲烷和海水中的硫转化并固定在海底沉积物中,显著地调控着全球甲烷收支平衡;另一方面,几乎所有的天然气水合物产地均发现有自生碳酸盐和硫化物的存在。因此,自生碳酸盐和硫化物对下伏天然气水合物具有指示作用,是天然气水合物赋存的地球化学找矿标志和含甲烷冷泉流体渗漏的地球化学标志[2]。自生碳酸盐和硫化物的形成与甲烷     

羌塘盆地双湖地区曲色组冷泉碳酸盐岩及其地质意义

羌塘盆地南部双湖地区曲色组地层发育大量碳酸盐岩结核,这些结核多呈丘状、椭球状、透镜状、似层状、脉状、树枝状产出。其物质组分主要为泥微晶碳酸盐矿物,少量粘土矿物、石英及草莓状、半自形黄铁矿等。草莓状黄铁矿平均粒径在5.0μm左右,内部可见葵花状构造。发育凝块状、气孔状和渗漏孔等特殊构造。产双壳类、菊石类、蠕虫状或树枝状生物及超微生物化石,生物密度极高。碳同位素明显负偏,硫同位素则明显正偏,其特征与现代海底天然气水合物的渗漏、释放所形成的冷泉碳酸盐岩机理一致,因而推测为古代海底天然气渗漏喷发形成。大量海底天然气泉口的存在,可能表明羌塘盆地双湖地区早侏罗世大洋缺氧事件与海底天然气水合物喷发存在极大关联。     

海底天然气渗漏系统微生物作用及冷泉碳酸盐岩的特征

海底天然气渗漏系统是全球海洋环境中广泛分布的自然现象。部分渗漏天然气通过细菌作用转变为二氧化碳,同时海水硫酸盐被还原为硫化氢, 与孔隙水中的钙和铁结合而沉淀冷泉碳酸盐岩。冷泉碳酸盐岩的常见矿物有微晶方解石、文石、白云石和黄铁矿。冷泉碳酸盐岩常发育一些特殊的组构, 如黄铁矿环带结核、溶蚀面、平底晶洞、凝块和向下生长的叠层石组构等。碳酸盐岩特别负的δ13C值指示碳来源于生物成因的甲烷, 而18O富集可能与天然气水合物的分解有关。冷泉碳酸盐岩中黄铁矿的δ34S值低于海水的, 这指示硫来源于微生物还原的海水硫。冷泉碳酸盐岩中的生物标志化合物及其极负的δ13C值指示微生物的生命代谢活动。     

南海北部冷泉碳酸盐岩中系列藿烷酸的检出及意义

对南海东沙海域九龙甲烷礁冷泉碳酸盐岩的藿烷酸系列化合物进行了研究, 结果显示冷泉碳酸盐岩中含有17β(H), 21β(H)-30-藿烷酸至17β(H), 21β(H)-33-藿烷酸系列化合物. 其中site1样品TVG3-C2(ANME-2古菌种群为主)中的17β(H), 21β(H)-32-藿烷酸化合物亏损13C(-69.8‰), 且其同位素值较接近iso-/aiso-C_15:0脂肪酸(-75.2‰~-90.0‰), 说明其母质摄入了甲烷来源的碳.尽管site2(TVG13-C3和TVG14-C2)和site3(TVG8-C5)自生碳酸盐岩中藿烷酸化合物都表现出了非渗漏特征(-30.7‰~-40.3‰, ANME-1古菌种群为主), 但这些样品中藿烷酸的δ13C值同样较接近硫酸盐还原菌来源的iso-/anteiso-C_15:0的δ13C值(-32.5‰~-49.8‰).由此说明大多数存在于以ANME-1种群为主的渗漏环境中的硫酸盐还原菌并没有参与到甲烷厌氧氧化作用中, 而导致藿烷酸化合物和硫酸盐还原菌来源的生物标志物并不明显亏损13C, 并且δ13C值相近.      

南海东沙西南海域冷泉碳酸盐岩特征及其意义

海底冷泉流体或自生碳酸盐沉积可为碳氢化合物(主要指常规油气或天然气水合物)、冷泉生物群落的调查和研究提供有利线索。对东沙群岛海区、神狐海区和ODP184-1146钻孔碳酸盐沉积的特征进行了对比和研究,结果表明这些海区碳酸盐岩的岩性特征、碳氧同位素组成等存在明显差异。东沙群岛海区和神狐海区的碳酸盐岩的化学成分如TFe、A l2O3、TiO2、K2O、Na2O、MnO、P2O5等不同,表明它们可能分别受到了粘土矿物和铁锰氧化物影响。在神狐海区至少发生了一次冷泉流体活动,形成了早晚两期冷泉碳酸盐岩,而在东沙群岛海区发生了至少3次冷泉流体活动,形成了多期冷泉碳酸盐岩,反映了这两个海区碳酸盐沉积的甲烷成因不同,且形成环境也受不同的因素控制。研究揭示,在东沙群岛南部海区可能发育热成因甲烷汇聚的天然气水合物,其海底可能存在冷泉生物群落,这为东沙西南海域天然气水合物和冷泉生物群落的进一步寻找和研究提供了新思路。     

冷泉碳酸盐岩Sr同位素示踪研究进展

在冷泉的研究中,确定富甲烷流体的来源是非常重要的,Sr同位素对流体来源、混合模式和水岩反应等具有很好的示踪作用。近年来,国际上对冷泉碳酸盐岩Sr同位素的示踪研究越来越关注。本文系统总结了现代和古代冷泉碳酸盐岩Sr同位素的研究进展,简要归纳了Sr同位素分析测试方法,并对化学前处理过程中采用的不同酸溶液溶解样品的方法进行了对比,指出了建立标准化学前处理方法的必要性。现代和古代冷泉碳酸盐岩Sr同位素组成的变化范围较大,不同碳酸盐矿物具有不同的Sr同位素特征。冷泉碳酸盐岩Sr同位素的示踪研究集中在现代和古代冷泉流体来源的定性研究、混合流体来源的定量模型计算、以及古代冷泉碳酸盐岩的Sr同位素定年等方面。尽管取得了一系列进展,但是定量计算端元流体混合比例的准确性还有待提高,同时利用Sr同位素对古代样品进行定年存在不确定因素,其适用条件也需要进一步研究。