台湾岛西南海域福尔摩沙海脊冷泉区地形地貌特征分析

利用水深数据和ROV近海底影像资料,对福尔摩沙海脊冷泉区的海底地形地貌和冷泉系统的海底表征进行了描述和分析,并讨论了二者之间的响应关系。结果表明,相对于船载多波束数据而言,近海底多波束测深系统所获得的数据能更高精度地反映冷泉区海底地形地貌特征,是研究冷泉系统不可或缺的基础资料。基于ROV近海底观测影像资料,福尔摩沙海脊冷泉系统整体表现为局部被化能自养生物群落覆盖并有流体喷口零星分布的巨大自生碳酸盐岩岩丘,海底表征主要包括形态各异的自生碳酸盐岩结壳或岩体、化能自养生物群落、流体喷口、还原性沉积物等几种形式。研究表明,福尔摩沙海脊冷泉区的地形地貌特征与冷泉系统海底表征具有良好的响应关系,并且该区的地形地貌特征主要受控于出露于海底的自生碳酸盐岩的形态特征及规模。首次揭示了福尔摩沙海脊冷泉区地形地貌特征与其海底表征之间的响应关系,以期为后续的冷泉研究提供必要的背景资料支持。     

海底甲烷冷泉特征与冷泉生态系统的群落结构

海底冷泉及冷泉生态系统是现代海洋地质学和生物学研究的前沿领域,它提升了人类对深海资源的认识和利用,拓展了深海极端环境下生命的潜在界线。综述了海底甲烷冷泉的成因、冷泉喷发的类型及其特征,海底冷泉分布、形成的主要阶段(150—100Ma BP,42—28Ma BP和12Ma BP以来)以及指示海底冷泉系统的简要特征;综述了冷泉化能自养生态系统及其食物链构成和特征,专性种、潜在专性种和非专性种的生物组成及其特征,冷泉环境中有孔虫和轻小型底栖动物的主要变化;最后划分了我国近海的冷泉区(点)并简要介绍它们的分布和特征,为开展我国近海冷泉及其冷泉生物群落的调查和研究提供了基础资料。     

南海北部天然气渗漏系统地球物理初探

本文主要针对南海北部大陆边缘发育的5个沉积盆地——台西南盆地、珠江口盆地、琼东南盆地、莺歌海盆地和中建南盆地,分析了近年来利用地球物理方法研究南海北部天然气渗漏系统的成果,重点包括3个方面:天然气水合物的储藏、流体运移通道以及海底表面渗漏特征。其中表征天然气水合物存在的似海底反射BSR在台西南和珠江口盆地发育明显,莺歌海盆地发现有大型气田;5个盆地流体运移活跃,其内发现了多样的运移通道:断层、底辟、气烟囱、多边形断层及水道(峡谷)等破裂结构;海底表面渗漏特征也在台西南、珠江口、莺歌海和中建南盆地均有发现。南海北部大陆边缘天然气渗漏系统广泛发育,值得进一步深入研究。     

北印度洋海底冷泉流体活动研究进展

冷泉是继洋中脊热液之后,在海底发现的又一种流体渗漏类型,是20世纪80年代以来海洋地质领域最引人注目的发现之一。北印度洋欧亚大陆边缘构造活跃,印度东西两侧发育巨厚沉积层,极易孕育冷泉活动。目前,已在莫克兰和孟加拉湾地区海底观测到多处活动冷泉,对它们的研究为深入了解海底冷泉流体活动的资源环境效应打开了新的窗口。文章以北印度洋典型冷泉区——莫克兰和孟加拉湾地区为例,综述了该区海底冷泉流体来源、相关沉积环境和触发机制,着重阐述了:1)莫克兰地区最小含氧带内外冷泉活动的沉积记录和地震触发冷泉的机制及环境响应;2)孟加拉湾地区海底天然气水合物分解在碳酸盐岩中的记录。进一步指出了北印度洋海底冷泉活动研究中遇到的挑战和未来工作中需给予重视的科学问题。     

海底冷泉原位观测装置研究回顾与展望

海底冷泉多由海底天然气渗漏形成,是以水、碳氢化合物、硫化氢或二氧化碳为主要成分的流体.它既是海底天然气水合物存在的标志,又与温室效应、海洋生态环境、冷泉生物群落等问题密切相关,对海底冷泉的流体渗漏通量和化学组成进行测定,对认识上述问题有重大意义.与实验室化学分析和数值模拟相比,原位观测可保证数据的可靠性和真实性,作为冷...     

海底天然气水合物及冷泉流体渗漏的原位观测技术

海底天然气水合物藏是天然的巨型碳储藏库,是深部甲烷等烃类气体运移至海底过程中暂时的碳储,是地球碳循环过程的重要一环。冷泉通常与海底天然气水合物藏分解密切相关,是深源或浅层气及水合物分解气在海底发生渗漏的现象。该文根据国内外天然气水合物及冷泉系统勘查的最新动向,综述了与水合物及冷泉流体渗漏相关的羽状流、运移通道、海底微地形地貌等要素的海底原位观测技术,主要包括：走航式及坐底式原位观测、海面及低空渗漏甲烷观测、海底可视化观测、与水合物及冷泉相关的海底观测网络等。综合使用原位观测技术可以更细致、全面地描绘水合物和冷泉系统的时空“景象”,更好地协助厘清海底渗漏甲烷的归趋,拓展人类对深海独特生命绿洲的认知。     

海底冷泉标志与主要冷泉区的分布和比较

海底冷泉从发现到现在已经近40年,主要发生在大陆边缘及边缘海盆地。海底冷泉的地球物理探测、地球化学研究、地质现象等提供了冷泉的寻找标志。在研究海底冷泉的过程中,一般从地球物理探测、海洋原位探测、生物地球化学和生物标志化合物等角度去研究冷泉的形成过程及环境,这些研究巩固并扩展了冷泉的寻找标志。对于沉积物中的元素,采用主成分因子分析法判断物质来源和分布,为分析冷泉的产物时提供了一个宏观背景。重点比较了我国近海的7个冷泉区域,并从冷泉碳酸盐岩和生物群落两方面对全球3种代表性的地质背景下的冷泉区域做了比较。通过比较指出了冷泉研究存在的问题和未来的研究方向。     

南海冷泉分布特征及油气地质意义

在系统收集和分析南海海底冷泉资料基础上,应用浅剖和多波束水体影像技术识别海底冷泉,结合地质条件综合研究南海冷泉分布特征,进而分析探讨其油气地质意义。研究结果表明,南海冷泉分布广泛,神狐、东沙西南部、东沙东北部、琼东南、西沙海槽、南沙南部和越南沿岸等海域均发现冷泉,冷泉分布水深为200~3 000m。海底冷泉与深部油气乃至浅层天然气水合物资源有着密切的成因联系。冷泉及其伴生物(冷泉碳酸盐岩)的探测与识别对海洋油气勘探,尤其是天然气水合物勘查的指示作用明显。浅剖和多波束水体影像技术不仅可以探测和识别冷泉,而且两者结合可实现低成本、高效率的海底地质异常体(冷泉碳酸盐岩、泥底辟及气烟囱等)的声学异常探测,极大地提高了海洋油气勘探及天然气水合物勘查的成功率。     

海底甲烷缺氧氧化与冷泉碳酸盐岩沉淀动力学研究进展

海底缺氧带甲烷氧化作用是一个重要的甲烷生物地球化学过程,已被许多地球化学现象所证实。甲烷缺氧氧化有效地减少了渗漏到海水和大气中的甲烷通量,但目前仅有的数据还不能很好地限定甲烷缺氧氧化在全球甲烷循环和全球碳循环中的作用。甲烷缺氧氧化的机理还存在争议,很可能是一个“反甲烷生成”过程。在许多天然气渗漏发育区域,由于甲烷缺氧氧化作用引起环境碱度的增加而沉淀冷泉碳酸盐岩,在海底表层沉积物中形成块状碳酸盐岩结壳。但冷泉碳酸盐岩生成所需的物理化学和生物地球化学条件在很大程度上还不清楚。数值计算表明,孔隙水中溶解足够量的甲烷、冷泉渗漏强度适中、较小的生物扰动作用有利于冷泉碳酸盐岩的生成,而过高的沉积速率则抑制冷泉碳酸盐岩结壳的生成。因此,海底发育冷泉碳酸盐岩可以指示天然气渗漏系统的演化特征。     

海底水合物冰丘的特征及意义

海底水合物冰丘是一种特殊的海底构造,外观表现从平滑浑圆的陡峭丘状体变化到粗糙不平的缓斜丘状体。地震剖面上,内部常表现为空白反射,并与似海底反射(BSR)紧密相关。归纳了前人对海底水合物冰丘的研究。综合分析认为规模较大的海底水合物冰丘通常形成于高通量汇聚型流体运移通道附近;海底水合物冰丘的出现可能指示了下部水合物及油气藏的赋存和大陆边缘汇聚型流体的运移;同时,在汇聚型流体运移条件下,伴随着流体向上运移的深部热流和高盐度水可能导致BSR深度变浅;此外,水合物冰丘的形成与发育为动态过程,其形成过程可分为水合物成核、聚集/冰丘型以及分解/冰丘垮塌3个阶段。开放型流动系统中形成的水合物丘的气体来源于"深部"沉积物渗滤的外部流体,可形成规模较大、高饱和度的水合物矿产,具有勘探价值。为更好地认识海底水合物冰丘演化史以及其与汇聚型运移通道、BSR分布位置等之间的关系,需要进一步开展海底调查、高精度多道地震调查,并结合地球化学等方法进行综合评价研究。     

海底沉积物-水界面溶解甲烷渗漏通量原位观测研究进展

海底沉积物-水界面溶解甲烷渗漏不仅是海底天然气水合物的存在标志和分解释放途径,也是冷泉生物群落的物质和能量来源,因其对海洋环境乃至全球变化的可能重要影响而日益引起人们关注,而海底原位观测及渗漏甲烷通量估算是理解上述问题的关键。目前国际上有两种较为成熟的海底甲烷通量观测方法:1流体渗漏速率原位测量配以室内甲烷浓度分析;2底栖室流体连续取样配以室内甲烷浓度分析,前者能灵敏反应冷泉渗漏速率的时序变化,而后者具有较高的甲烷通量测量准确度。随着甲烷传感器技术的发展,原位测量方法将大大提高甲烷通量测量精度、时间和分辨率。在可移动式观测平台上搭载甲烷传感器,同时进行近海底界面微尺度甲烷浓度梯度测量和湍流观测,不仅能够精细刻画近海底甲烷浓度变化、渗漏通量变化,并且非封闭环境能够最大限度地避免沉积物-水界面遭受扰动,使观测数据更接近海底真实环境,这成为未来海底原位观测的主要发展方向之一。除此之外,特征冷泉生物群落的分布已被广泛应用于将个别测量站位的观测结果扩展到整个区域的甲烷渗漏流量估算。目前,国外学者已经对部分典型海底冷泉区进行了渗漏甲烷通量估算,发现每个渗漏系统每年通过溶解形式向海水释放甲烷量约为6×103~1.35×107 mol,并且甲烷渗漏在时间上和空间上都是多变的,但还没能将单个冷泉系统的通量估算延伸到更大的时空尺度,这成为深入研究海底甲烷储库及其在全球碳循环和气候变化中的作用的瓶颈之一。     

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。     

台湾甲仙地区早上新世冷泉白云岩的地质地球化学特征及沉积环境

白云石成因一直是地学中尚未解决的难题,海底冷泉系统中发育的原生白云石为解决白云石成因问题提供了新途径.台湾甲仙白云仙谷早上新世盐水坑组页岩地层中发育有冷泉白云岩,其流体来源和沉积环境并不清楚.本文通过矿物学和岩石学,结合碳氧同位素、微量和稀土元素地球化学,探索该冷泉白云岩的流体特征和形成环境,为解决白云石成因提供参考....     

南海东沙海域冷泉渗漏区沉积物稀土元素地球化学特征

东沙海域是我国典型的冷泉活动区,该区域表层沉积物的稀土元素地球化学特征不仅受其源区控制,同时也可能会受到冷泉渗漏活动的影响。本文选取位于南海北部陆坡973-4站位的柱状样为研究对象,该站位位于21°54.3247’N、118°49.0818’E,水深为1 666m,柱状样总长1 375cm,采用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)、X射线荧光光谱(XRF)等分析测试方法,测得样品的稀土元素以及部分微量和主量元素数据,并结合总碳(TC)、总有机碳(TOC)以及有孔虫质量分数等数据,探讨了冷泉泄漏对周围成岩环境及沉积物稀土元素地球化学特征的影响。结果发现,973-4站位柱状样在海底以下459~619cm深度范围内稀土元素含量整体异常减少,但所有样品稀土元素分布模式及相关稀土元素参数均十分一致。结合冷泉活动研究,表明该区域沉积物元素地球化学特征的异常与物源无关,是受自生碳酸盐岩的增加所影响。此外,通过分析δCe值随深度的变化以及自生碳酸盐岩和硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)的分布情况发现三者相关度很高,表明自生碳酸盐岩的增加很可能是该区域发生的冷泉渗漏导致的甲烷厌氧氧化作用(AOM)所产生的。     

琼东南盆地冷泉差异发育特征及其深部控制机理

海底冷泉与天然气水合物资源、全球气候变化和极端环境生态系统等重大问题密切相关,具有重要的科学意义.冷泉系统形成演化影响因素众多,其时空分布、活动特征及相关物理、化学和生物作用差异较大.冷泉活动的浅表层响应与深部控制要素的耦合关系、冷泉差异发育的流体动力学过程与控制机理等科学问题有待深入研究.以琼东南盆地为主要研究对象,...     

水下激光扫描成像系统及其在冷泉研究中的应用

利用深潜器及其搭载光学设备获得重点调查区的高分辨率影像资料是深远海调查的重要内容,对于研究冷泉、热液等特殊海底环境及其生态系统的组成、空间规模、分布特征以及演化规律具有重要意义。主要介绍了搭载于"发现"ROV的4 500m级L1000型图像和激光扫描系统及其应用实例。利用该系统拍摄并带有位置信息的海底高清照片,首次获得了台西南冷泉区的高清全幅海底拼接图像,并根据该拼接图像对台西南冷泉区的海底特征、空间分布规律和规模进行了直观分析和量化研究,有效地提高了我国深远海近海底测绘的能力。     

南海北部陆坡泥底辟/气烟囱基本特征及其与油气和水合物成藏关系

以南海北部陆坡深水区琼东南盆地南部及珠江口盆地白云凹陷地质地震资料为基础,综合分析了泥底辟及气烟囱分布特征、发育演化特点、成因机制及其与油气和水合物成藏的关系。研究结果表明:泥底辟及气烟囱主要相对集中发育于凹陷中心或凹陷与凸起构造转换带,具有杂乱模糊地震反射特征且其模糊带形态各异;泥底辟及气烟囱展布规模大小不一,刺穿层位及幅度亦存在明显差异,且常常伴生强烈的热流体活动;泥底辟及气烟囱形成受控于沉积充填的巨厚欠压实泥页岩及其伴生的高温超压潜能、断层裂缝及构造薄弱带和有机质生烃增压等地质因素;泥底辟与气烟囱及其伴生断层裂隙是深部气源向浅层运移聚集的优势通道,通过这些流体运聚的高速通道,可以将其运移至上覆新近系储层和深水海底浅层高压低温稳定域,最终形成深部常规油气藏与海底浅层天然气水合物矿藏纵向叠置复式聚集的组合特点。     

地震资料中柱状流体运移通道形态参数及其地质意义

深部流体在向上运移的过程中,能够形成垂直-近似垂直的柱状通道,如气烟囱构造、流体逸散管道等。利用高分辨率地震资料,能够直观地对这些柱状地球物理异常进行精细的描述与刻画,从而统计其形态参数。综合不同海域的研究成果,本次研究系统总结归纳了柱状流体运移通道的8个重要参数,分别是发育层位、终止层位、平面形状、直径、高度和宽高比、反射偏移、椭圆率、拟合椭圆方位角。形态参数分别与通道群在平面上的展布方位、特殊的海底异常地貌(如海底麻坑、丘状体等)、深部构造发育与分布(如底辟、断层等)等进行耦合关联,能够进一步揭示柱状流体运移通道的地质含义。可将形态参数分为:(1)从形态学上对柱状通道进行直接分类的参数;(2)指示柱状通道形成诱发因素或形成过程的参数;(3)划分柱状通道幕式流体活动及期次的参数;(4)定义柱状通道中流体活动时间区间的参数;(5)间接反映柱状通道中流体通量相对大小的参数。实际研究过程中,单一形态参数难以准确反映出复杂地质背景下柱状通道的真实地质含义,多参数组合、相互对比验证,能够更好地对柱状流体通道的地质含义做出综合分析。     

冲绳海槽海底冷泉-热液系统相互作用

热液和冷泉活动是现代深海环境中两个重要的极端系统,它们均是岩石圈与外部圈层之间进行物质、能量转移和交换的重要途径,它们之间既有显著差异,但也存在很多相似点。一系列调查研究表明,在某些特殊构造单元,热液和冷泉活动可能并不是彼此孤立的,而是在构造地质、生物生态和元素循环上存在某种相互作用或耦合关系。冲绳海槽作为西太平洋一个典型的弧后盆地,发育了繁盛的热液和冷泉活动,是研究这两个海底极端系统相互影响机制的天然实验室。在大量文献调研和野外精细探测结果的基础上,分析了冲绳海槽内相互毗邻的冷泉和热液之间的物质扩散过程及生物地球化学作用,初步建立了两个极端系统内两种不同流体相互作用的概念模型,认识到未来如对两个深海极端环境共生区构造发育特征、地层流体演化、生物群落以及矿物元素组成进行系统分析,将有助于建立更加完善的冷泉-热液两个系统在物质和能量上的耦合关系模型,同时也有助于揭示它们在生物生态之间的沟通融合规律,最终可建立盆地尺度上热液-冷泉区相互作用模式,从而加深对西太平洋甚至全球范围内冷泉-热液两个极端环境系统甚至"流体-固体"耦合的规律性认识。     

海洋沉积物中金属依赖型甲烷厌氧氧化作用研究进展及展望

海洋沉积物中大部分甲烷会通过甲烷厌氧氧化作用(anaerobic oxidation of methane, AOM)而被消耗。早期研究表明,AOM可与硫酸盐、硝酸盐和亚硝酸盐的还原作用相耦合,从而有效减少甲烷向大气的排放。最近,金属依赖型AOM(metal-AOM,活性金属氧化物还原反应驱动的AOM)被证实存在于自然界沉积物和富集培养的样品中。但是,目前仍未从自然海洋环境中分离获得能够介导metal-AOM的微生物。对海洋沉积物中metal-AOM的研究大多聚焦于热液或冷泉等海洋特殊生境,一系列研究表明地质流体在这些海底化能自养生态系统的维持和演化方面起到了重要作用,并深刻影响全球地球化学循环,因此,该科学问题研究吸引了越来越多的注意力。本文讨论了可能参与海洋沉积物中metal-AOM的微生物类群及其地球化学证据,并在前人工作基础上,以冲绳海槽冷泉-热液共生区为例,提出一种新的metal-AOM作用机制。认为在全球冷泉-热液系统相互作用地区的调查有助于更好地探讨metal-AOM的发生机制及微生物在深海生境中分布的连通性问题。