珠江口盆地东部海域天然气水合物成藏气源特征探讨

通过钻探,在珠江口盆地东部海域获取了天然气水合物实物样品,在5个取心站位目标层段进行了保压取心,获取了水合物岩心释放气样品,同时在13个层段获取了水合物分解气体样品。钻探取心的5个站位都在航次现场选择层段制备了顶空气样品。所有气体均进行了气体组成与同位素分析,结果表明:水合物气体组成以甲烷占绝对优势,甲烷含量96.5%～99.8%;乙烷含量极少,为(175～554)×10~(-6),未检测出C_(2+)以上烃类气体。水合物气体甲烷碳-氢同位素分析测试结果表明,δ~(13)C_(1 )为-68.4‰～-71.2‰,δDC_1为-182‰～-184‰,据此判识水合物气体成因类型为生物成因气。水合物气源成因类型与水合物产出形态没有直接关系,多种产出类型的水合物可能与储层发育及形态特征有密切联系。主要气源位于1000m以内的浅地层中,主要以侧向运移方式运移至稳定域有利部位形成水合物。     

南海ODP1146站位烃类气体地球化学特征及其意义

ODP1146站位位于东沙群岛南部的尖峰北小型裂谷盆地内。系统的顶空气和酸解烃分析结果表明,在0～250m（海底合成深度）区间的烃类气体含量较低且变化不大,但在390～590m特别是在550～590m区间存在较明显的高烃异常。这一高烃异常可能与天然气水合物有关,是邻区天然气水合物分解后释放出的高烃流体沿层间裂隙或断层侧向迁移的结果。甲烷碳同位素的测定结果显示其δ^13C1值为-24.0‰～-37.8‰（PDB标准）,结合烃类气体的分子比值C1／（C2＋C3）,1146站位的烃类气体应是热解气或是以热解气为主的混合气,但在中上部可能存在部分微生物气。     

南海北部陆坡九龙甲烷礁冷泉碳酸盐岩沉积岩石学特征

本文对南海北部陆坡九龙甲烷礁采集的两个冷泉碳酸盐岩样品TVG-1和TVG-11进行了矿物学、岩石学和碳氧同位素分析研究。X射线衍射分析（XRD）结果表明，自生矿物主要为文石、白云石和高镁方解石等，碎屑矿物含量较少。TVG-11中存在大量的文石，而TVG-1只保留了已转化为方解石的文石假象，据此可以推断TVG-1的形成要早于TVG-11。扫描电镜（SEM）显微结构特征显示，自生矿物主要是通过细菌的厌氧氧化作用，直接从冷泉中沉淀出来的。碳、氧同位素测试结果显示，碳酸盐岩具有强δ^13C亏损和一定程度的δ^18O富集的特征，TVG-1和TVG-11的δ^13C值分别为-46．22％。和-52．88％，均低于-40%，表明碳源于微生物作用的甲烷厌氧氧化，是指示该海域存在冷泉的重要证据；TVG-1和TVG-11的δ^18O值分别为3．19‰和4．07‰，存在一定程度的δ^18O富集。碳氧同位素和矿物的显微结构特征都说明九龙甲烷礁碳酸盐岩是烃类渗漏微生物作用而形成的自生碳酸盐岩，可能是天然气水合物分解引起的沉积，显示该区存在水合物的可能性很大。     

东海冲绳海槽泥火山发育区甲烷气体来源研究

高沉积速率、构造活动发育和高热流值3个重要地质条件促使了冲绳海槽广泛发育泥火山、气烟囱等烃类流体渗漏构造,前人对该类泥火山及气烟囱的地球物理特征做过较多的研究,但是鲜有研究从地球化学角度揭示渗漏流体来源及形成机制。本研究通过对东海冲绳海槽中部泥火山发育区2个泥火山站位开展海底钻探取样,获取浅表层60 m沉积物并开展孔隙水烃类浓度、甲烷稳定碳、氢同位素研究。通过分析发现,18-01孔孔隙水顶空烃类比值C_1/C_2为960.53～1 120.75,甲烷稳定碳同位素(δ~(13)C_(C H4))为-36.07‰～-56.60‰V-PDB,甲烷稳定氢同位素(δD_(CH4))为-163.94‰～-237.81‰V-SMOW;在18-05孔,孔隙水顶空烃类比值C1/C2为1 064.66～1 546.74,δ13CC H4为-36.10‰～-62.92‰V-PDB,δD_(CH4)为-122.86‰～-282.09‰V-SMOW。系统分析2个站位甲烷气源均为热解成因或以热解成因为主的混合成因。综合分析2个站位泥火山及气烟囱发育的地质背景以及高通量甲烷渗漏的特征认为,深部地层中有机热解成因甲烷流体是通过断层、气烟囱等运移通道,在流体超压的驱动下渗漏、扩散至浅表层地层中,并在海底形成了泥火山以及羽状流等构造。     

天然气水合物气体成因及其来源

天然气水合物中烃类气体主要有微生物和热因两种，应用天然气水合物烃类气体的C1／（C2＋C3）比值以甲烷的δ^13C同位素组成可以较好地区分气体成因，而甲烷的δD同位素组成可以用于判别CO2还原或醋酸根发酵的微生物成因方式。根据CH4以及CO2的δ^13C同位模式计算以及孔隙水的Br^-含量可以推测天然气水合物的气体来源。     

日本海西部大陆坡自生碳酸盐的特征与成因

对日本海西部大陆坡沉积物柱状样中的自生碳酸盐样品进行了X射线衍射、扫描电镜、地球化学和碳氧同位素组成的系统研究。X射线衍射和扫描电镜分析结果表明,碳酸盐主要组成矿物为颗粒状自生高镁方解石微晶,放射状自生文石微晶仅在一个层位出现。结合碳酸盐的地球化学组成,认为研究区碳酸盐来自于富Ca2+、Mg2+和HCO3-流体的沉淀。中度亏损的13C(-33.85‰～-39.53‰)表明碳来自于甲烷的厌氧氧化,同时,这也是研究区海底存在甲烷冷泉的重要证据。重氧同位素比值(5.28‰～5.31‰)则指示着富18O流体来源,而该流体应源于天然气水合物的分解。综上可知,研究区碳酸盐来自于研究区甲烷冷泉上升流的沉淀,指示着海底更深处天然气水合物的存在与分解。     

培养条件下埃及真星介碳同位素分馏及对古环境重建的意义

选取青海湖咸水介形虫——埃及真星介为研究对象,通过温度培养实验评价胖真星介壳体的碳氧同位素分馏状况及对古环境重建的意义。实验结果表明,埃及真星介壳体的碳同位素组成来自其生长水体DIC,10℃、15℃和19℃下埃及真星介与其生长水体DIC之间的平均碳同位素差值分别为-0.48‰、-0.59‰和0.7‰。介壳与水体DIC之间存在明显的碳同位素分馏,但是两者之间的碳同位素分馏几乎不受温度的影响。与碳同位素平衡分馏条件下形成的无机方解石相比,随水体pH值的升高,埃及真星介壳体与水体DIC之间的碳同位素分馏越接近平衡分馏。因此,在利用介形虫的碳同位素组成进行古环境重建时,应该考虑不同水体生长环境中介形虫的碳同位素分馏对重建结果产生的可能影响。     

南海东北部冷泉区末次冰期沉积间断及其成因

对南海东沙海域冷泉区DH-CL10和DH-CL5柱状样开展AMS14 C年代学、高分辨率底栖有孔虫和沉积物同位素以及沉积学研究。结果表明:DH-CL10柱状样在全新统底部574cm处出现沉积间断,间断面相邻沉积物AMS14 C年龄分别为9 850/(9 680~9 950)cal.aBP和27 610/(27 500~27 700)cal.aBP,相当于MIS2期和部分MIS3期的沉积缺失。底栖有孔虫Uvigerina bifurcata的δ13 C值为-0.37‰~-1.91‰,平均值为-1.11‰,沉积物全岩碳同位素值为-22.7‰~-23‰,均为正常的碳同位素值。尽管该柱状样未发现天然气水合物分解释放的地球化学证据,但相邻的DH-CL5柱状样相当于其所缺失的部分沉积中的自生碳酸盐岩和沉积物的δ13 C负偏明显,分别为-55.24‰和-25.9‰~-27.9‰,表明与天然气水合物分解有关。推断DH-CL10柱状样沉积间断所缺失的沉积物可能记录了天然气水合物分解的证据,且沉积间断主要出现在末次盛冰期低海平面,与天然气水合物易分解的时间相吻合,因此,沉积间断的形成可能主要与下伏天然气水合物的分解导致沉积物的滑塌有关。     

气体水合物中甲烷的地球化学特征

通过对气体水合物样品中烃类气体组分和甲烷碳同位素组分的检测,表明自然界中存在Ⅰ型、Ⅱ型和Ｈ型３种类型的气体水合物,在水合物结构中甲烷客体分子主要源自沉积有机质中ＣＯ２的微生物还原作用,也存在热成因甲烷,少数地区为微生物成因和热成因混合甲烷,微生物成因甲烷总是占优势。     

稳定同位素在天然气水合物地球化学勘查中的应用简介--以"布莱克海隆"海区为例

介绍了国外在布莱克海隆（包括ODP164航次994、995、997站位）进行天然气水合物勘查过程中应用稳定同位素的研究实例；通过对这3个站位样品的甲烷、CO2、DIC（dissolved inorganic carbon)、有机碳以及自生碳酸盐的δ^13C分析，指出浅部（0－30m)甲烷和DIC的δ^13C值随深度迅速降低又迅速升高的变化可以作为天然气水合物存在的地球化学指标。994站位孔隙水δ^18O值深度从0.30‰下降到-0.37‰；氢同位素δD随深度略有下降（从11‰到-12‰），这与水合物形成时氢氧重同位素相对富集于固相有关，表明天然气水合物的存在。997站位δ^37Cl从海底沉积物表层以下30m处为接近海水的最大值0，至钻孔底746.85m处降为-3.68‰，可能也与天然气水合物的形成有关。     

南海神狐海域含水合物层底栖有孔虫群落结构与同位素组成

为评价水合物甲烷对底栖有孔虫群落结构和同位素的影响,对南海北部神狐海域获取天然气水合物的钻孔BY3岩心,进行底栖有孔虫群落结构和稳定同位素分析,发现含水合物层底栖有孔虫丰度、分异度下降,群落中以内生种占绝对优势,有孔虫破碎率增加;与不含水合物层中的底栖有孔虫相比,含水合物层的底栖有孔虫碳同位素值出现较明显的负偏移。含水合物层中的Uvigerinaspp.、Cibicidesspp.和Oridorsalisspp.的δ13C平均值分别为-1.61‰、-0.79‰和-1.80‰,而在不含水合物层它们的δ13C平均值分别为-0.88‰、-0.27‰和-1.04‰;其中Uvigerinaspp.和Oridorsalisspp.的δ13C最轻值均出现在含水合物层,分别为-1.83‰和-2.29‰。这些说明底栖有孔虫在生长和埋藏过程中可能受到沉积物中甲烷水合物形成和演化的影响。     

冷泉渗漏区海底微生物作用及生物标志化合物

在有冷泉活动和水合物产出的海底环境中,甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌十分发育,它们主导着海底天然气(主要是甲烷)的缺氧氧化作用,并在海底碳循环和生物种群繁衍中发挥着重要作用。海底天然气渗漏活动区的甲烷氧化古细菌使渗漏CH4缺氧氧化为HCO3-,硫酸盐还原细菌使SO42-转化为HS-,从而使细菌微生物获得生命所需的能量,生物种群得以发育和繁衍。甲烷氧化古细菌有ANME-1、ANME-2、ANME-3三个种群,形成相应的醚类异戊二烯类和类异戊二烯烃类生物标志物。硫酸盐还原细菌有Desulfosarcina和Desulfococcus两个主要的细菌群落,形成二烃基甘油二醚和脂肪酸生物标志化合物。这种天然气渗漏区内微生物活动产生的生物标志化合物都具有特别负的碳同位素组成,δ13C值为-41.1‰~-95.6‰,说明微生物群落在生命代谢过程中摄取了来自甲烷的碳,同时也反映了天然气渗漏系统缺氧带存在的古细菌和硫酸盐还原细菌活动。     

南极普里兹湾及其邻近海域悬浮颗粒有机物的碳同位素组成及其影响因素

依托中国第29次南极科学考察航次开展了南大洋普里兹湾及其邻近海域悬浮颗粒有机物碳同位素组成(δ13CPOC)的研究,结合温度、盐度、营养盐和溶解CO_2的数据,揭示了影响研究海域颗粒有机物碳同位素组成的主控因素,计算出混合层中浮游植物吸收无机碳过程的碳同位素分馏因子。结果表明,普里兹湾及其邻近海域的δ13CPOC介于-28.5‰~-21.1‰,平均值为-24.6‰,表现出湾内大于湾外的特征。浮游植物同化吸收CO_2过程的碳同位素分馏是影响研究海域混合层δ13 CPOC的主要因素,根据δ13CPOC和1/[CO_2(aq)]的线性拟合关系,计算出浮游植物同化吸收CO2过程的碳同位素分馏因子εp为23.4‰。δ13CPOC的垂直分布随深度增加而增大,反映出颗粒有机物垂向输送过程中颗粒有机物再矿化过程同位素分馏作用的影响。     

海洋沉积物中早期成岩作用地球化学研究进展

海洋沉积物中早期成岩作用过程以有机质降解为基础。按照反应自由能大小,有机质依次被O2、NO-3、Mn4+、Fe3+、SO2-4氧化,在产甲烷菌作用下发生产甲烷作用,形成大量生物成因甲烷,这是海洋沉积物中甲烷主要来源之一。甲烷气体在向上运移过程中既可在水合物稳定带中与水分子结合形成水合物,游离态和溶解甲烷也可以在硫酸盐还原菌和甲烷菌联合作用下发生甲烷厌氧氧化作用,并与沉积物中的Ca2+、Fe2+结合,形成碳酸盐岩和黄铁矿等自生矿物。这一系列过程埋藏了大量甲烷(碳),成为重要的碳汇。早期成岩作用的各种反应机制,特别是沉积环境因素的影响及其产生的阳离子同位素分馏仍是未来的重点研究方向。通过大量的文献调研,概括了早期成岩作用过程中有机质降解及甲烷厌氧氧化作用的反应机理,黄铁矿、碳酸盐岩等自生矿物的形成机理以及同位素分馏特征等地球化学研究进展,并提出了未来重点研究的方向的建议。     

天然气水合物客体分子与同位素组成特征及其地球化学应用

对1999—2011年间发表的全球18个地区(包括海洋、内陆海与湖泊、陆域冻土区)244件天然气水合物样品的气体分子与同位素组成数据进行了归纳与总结,结果发现:C1是自然界中天然气水合物的最主要组成成分,C2-C6烷烃和CO2也是其常见的客体分子,C6+、H2S等较少存在于水合物分解气中。海洋、内陆海与湖泊、陆域冻土区天然气水合物的客体分子种类存在一定的差异,且碳氢同位素的组成范围也比较宽泛。根据气体分子与同位素组成数据可有效判识天然气水合物的气体来源与成因类型,甚至在研究水合物形成与分解控制因素、气体迁移与成藏过程等方面也具有重要的指示作用。     

神狐海域天然气水合物的特征及其气源

我国天然气水合物首钻的钻探结果显示,南海北部陆坡神狐海域的天然气水合物呈分散浸染状分布在以粗粉砂、中粉砂、细粉砂和极细粉砂为主要组分的松散沉积物中。沉积物顶空气组成分析显示,神狐钻探区沉积物中的游离气体主要是烃类气体,另外也有微量的CO2,其中,甲烷含量界于62.11%~99.91%之间,平均含量达到了98.04%。而天然气水合物的气体同位素组成显示,神狐海域形成天然气水合物的烃类气体主要是微生物通过CO2还原的形式生成。在此基础上,进一步分析了神狐海域研究区上中新统上部和上新统微生物成因甲烷的生产力,认为神狐海域具备良好的适合微生物成因甲烷大量生成的地质条件。     

氢和氧稳定同位素示踪湖泊蒸发的对比研究

氢氧稳定同位素被广泛用于水文循环过程的研究。本文观测了2015年太湖湖水H~2HO和H_2~(18)O组分,分析了它们的时空变化规律及其控制因子,探讨亚热带大型浅水湖泊的同位素富集机制;基于稳定同位素质量守恒法计算太湖蒸发量;评价了动力分馏学系数的传统湖泊算法与海洋算法的适用性;重点分析了H~2HO和H_2~(18)O示踪湖泊蒸发的效果,对比二者之间的差异。研究结果表明,在空间上,太湖湖水和河水的氢氧同位素在南部特别是东南部较为富集但在北部区域较为贫化,这主要是受水流方向的控制,东南部湖水经历的蒸发时间较长,因此湖水中同位素累积较多;在季节上,冬季湖水同位素较贫化、春夏季较富集。对于2015年太湖的年蒸发量,用氢同位素示踪的结果与观测值较一致,为880mm;氧同位素的示踪结果略低,为690mm。使用传统湖泊研究中对动力学分馏系数的取值,会导致蒸发被显著低估,而氧稳定同位素的示踪结果对动力学分馏系数的取值更为敏感,同时氢稳定同位素在同位素分馏过程中主要是平衡分馏效应占主导,因此H~2HO在动力学分馏系数的参数化方案中影响较小,在实际应用中更为稳定。本文的研究结果表明了稳定同位素水文学研究中使用合适的动力学分馏系数的重要性。     

墨西哥湾和Blake洋脊气体水合物区的经济地质状况

墨西哥湾和 Blake洋脊气体水合物区储藏有近似相同体积水合化的碳氢气体化合物 (在标准温压条件下它们分别是 ( 1 0～ 1 3 .7)× 1 0 18m3和 3 0× 1 0 18m3。气体水合物在两地的储集成因是不同的。在墨西哥湾 ,气体水合物主要储藏在厚厚的、构造集中的稳定盖层内 ,这样大量的烃类气体就可以从海底深部的油气层中运移到气体水合物稳定带。在 Blake洋脊内 ,气体水合物是分散的 ,它们是在细菌成因甲烷生成处形成的 ,而在该处从底部运移上来的甲烷数量很少。诸如气体水合物易于赋存的浅海底地层和在裂隙中气体水合物的高赋集率等有利地质因素…     

冲绳海槽浮岩中碳、氢同位素组成特征

利用分阶段热解释放气体质谱分析法研究了冲绳海槽浮岩热解释放气中CO₂和H₂O的碳、氢同位素组成,结果显示:浮岩中原生CO₂和H₂O主要释放于400～1 000℃,CO₂的碳同位素组成介于-6.7×10-3～-22.7×10-3,H₂O的氢同位素组成从-45×10-3变到-71×10-3,均落入幔源火山岩的变化范围,而且浮岩的氢同位素组成与海槽区玄武岩的氢同位素组成非常接近,这表明冲绳海槽浮岩与玄武岩之间具有密切的成因联系,浮岩岩浆和玄武岩岩浆是同源岩浆不同程度结晶分异的产物.另外,这些浮岩较洋中脊玄武岩要贫13C,并富集D,同时具有从洋中脊玄武岩向岛弧玄武岩变化的趋势,这表明浮岩岩浆在形成或上升过程中可能受到俯冲板块释放流体的影响.     

南祁连盆地木里冻土区天然气水合物气源分析

南祁连盆地木里冻土区天然气水合物的气体成因或来源存在不同观点,目前还没有统一认识,这直接影响到水合物的资源评价及下一步勘探方向。文章依托前人研究成果及新近钻探木参1井、木参2井及SK-0井资料,对比分析中侏罗统与上三叠统尕勒得寺组两套烃源岩,结合天然气水合物气体组成与碳氢同位素特征进行综合研究,结果表明:南祁连盆地木里冻土区天然气水合物的气体以轻烃为主,具湿气特征,其同位素表现为正碳同位素系列,为有机成因,成气母质主要为腐泥型干酪根的油型气,是热演化程度较低的原油伴生气;少量与微生物成因气有关,与煤层气关系不大。中侏罗统有机质丰度高、类型较好,镜质体反射率Ro在0.48%~1.14%之间,处于生油高峰期,生油过程中原油伴生气为天然气水合物的主要气体来源;上三叠统尕勒得寺组有机质丰度较高、类型较好,但成熟度高,处于生凝析气或裂解气阶段,总体生排烃能力差,从气源对比分析来看对天然气水合物气体来源贡献不大。