长江口-东海内陆架早期成岩过程及影响因素

边缘海沉积物中的早期成岩作用是影响碳循环和埋藏的重要过程,目前对早期成岩过程及其影响因素的了解还不够深入。于2018年8月在长江口-东海内陆架采集了短柱状沉积物,对间隙水中溶解无机碳(DIC)、溶解无机氮(DIN)、二价铁(Fe ²⁺)、二价锰(Mn²⁺)和硫酸根(SO₄^2-)离子等参数进行了分析,并结合表层沉积物中粒度、比表面积、有机碳及稳定碳同位素组成和底层水环境参数,研究了不同沉积环境下沉积物中的早期成岩过程及其影响因素。结果表明,长江口-东海内陆架泥质区沉积物间隙水中DIC和NH₄⁺的浓度随着深度的增加逐渐增大,且在其中心站位有较高的DIC、NH₄⁺产生通量(分别为4.03 mmol/(m²·d)和0.57 mmol/(m²·d))和SO ₄^2-消耗通量(-4.56 mmol/(m²·d)),沉积...     

冲绳海槽沉积物孔隙水地球化学特征及其指示意义

通过对东海外陆坡–冲绳海槽GSW1孔沉积物孔隙水δ₁₃C、δ₁₈O、δ₁₁B、δ₃₇Cl同位素和Cl_-、S O₄^2-、K₊、Na₊等离子指标的分析,探讨了沉积物早期成岩作用、流体来源、迁移和氧化环境的变化。研究发现,GSW1孔孔隙水溶解无机碳主要来自海水和有机质,SO₄^2-浓度随深度下降比较平缓,Cl_-浓度远低于海水,该孔表层沉积物中硫酸盐消耗主要由有机质硫酸盐还原作用（OSR）所控制,甲烷厌氧氧化作用（AOM）发生在4 m以下更深的层位。OSR产生的H₂S向上扩散富集并被氧化,是导致GSW1孔110～360 cm处SO ₄^2-浓度未明显下降的主要因素。孔隙水SO₄^2-浓度整体随着深度增加呈减小的趋势,表明GSW1孔沉...     

杭州湾沉积物中硫酸盐—甲烷转换带内的碳循环

杭州湾海底沉积物中蕴藏着大量的浅层生物气,作为温室气体CH4的重要载体,研究其甲烷厌氧氧化(AOM)及相关碳循环过程,对正确评估浅层生物气的生态环境效应具有重要的科学意义。通过对YS6孔柱状沉积物孔隙水、顶空气等地球化学参数的测试分析,基于质量平衡和碳同位素质量平衡原理,利用"箱式模型"定量研究了硫酸盐—甲烷转换带(SMTZ)内的碳循环过程。结果表明:SMTZ位于海底约6～8 mbsf沉积层,其内部碳循环过程除了包含有机质的硫酸盐还原(OSR)、AOM和碳酸盐沉淀(CP)反应外,还隐藏存在"AOM生成的溶解无机碳(DIC)"产甲烷反应(CR),反应速率分别为9.14、7.42、4.36、2.72 mmol·m^-2·a^-1,而有机质降解产甲烷反应(ME)未发生。各反应对SMTZ内孔隙水DIC的补充贡献率为OSR>AOM>ME,而对DIC的消耗贡献率CP>CR。深部含甲烷沉积层向上扩散而来的CH4并不是驱动SMTZ内部SO42-还原的唯一电子供体,CR和OSR反应亦是导致进入SMTZ内硫酸盐扩散通量大于甲烷的重要因素,且SMTZ...     

南海北部神狐东南海域沉积物孔隙水地球化学特征及其对天然气水合物的指示

SH-CL13、SH-CL16与SH-CL17站位位于南海北部神狐东南海域BSR发育区内。地球化学分析结果显示,SH-CL16与SH-CL17柱状样孔隙水中的氯离子(Cl~-)浓度及氢同位素(δD)值分别随深度明显降低和升高,指示下伏沉积物可能发育水合物。3个站位的浅表层沉积物甲烷通量很低,甲烷通量的大小控制了SMI的深浅和硫酸盐通量。孔隙水SO_4~(2-)浓度变化趋势及δ~(13)C_(DIC)值表明,在浅表层沉积物中硫酸盐消耗均由有机质硫酸盐还原作用(OSR)所控制,甲烷缺氧氧化作用(AOM)发生在较深的层位。综合地球化学和地球物理研究成果,3个站位位于水合物有利发育区内,由此推测神狐东南海域可能发育扩散型水合物,具有良好的水合物勘探前景。     

南海北部琼东南盆地浅表层沉积物的地球化学特征及对沉积环境的指示*

南海北部琼东南盆地海底存在着巨型麻坑, 现有研究多认为其形成主要与海底流体渗漏有关。目前对琼东南盆地深海沉积物地球化学特征及麻坑区的生物地球化学过程等尚不清楚。文章选取南海北部琼东南盆地C14、C19两个站位岩心样品, 进行了总硫(TS)、总碳(TC)、总有机碳(TOC)、铬还原性硫化物(CRS)及其δ³⁴S_CRS值测试, 并结合总氮/总碳(TN/TOC)比值和已发表的孔隙水中SO₄^2-浓度等进行了地球化学特征分析。研究表明: C14站位以3.91m bsf (below seafloor)为界, 上下分别存在有机质参与的硫酸盐还原反应(OSR)和甲烷厌氧氧化作用(AOM)驱动的硫酸盐还原反应(SR); 3.91m bsf以上的部位沉积物的TS、TC含量均低于3.91m bsf以下部位, 且沉积物孔隙水中SO₄^2-浓度由3.91m bsf以上的缓慢凹型减少变成3.91m bsf以下的线性减少, 说明该处成为沉积物中地球化学特征分界的明显标志; 在3.91m bsf以下, 受到甲烷渗漏的影响。C19站位沉积物中TS与TC含量由浅到深逐渐增加, 但与TN/TOC比值变化呈现几乎相反趋势, 即整个岩心以OSR为主, 并呈现出有机质早期成岩阶段的沉积现象。C14和C19两个站位柱状沉积物的δ³⁴S_CRS值变化范围分别为-50.2‰~-46.9‰和-50.1‰~-42.0‰ (V-CDT标准), 均显示出了较为偏负的硫同位素值, 表明研究区主要的生物化学过程是在相对开放体系下硫酸盐还原作用的结果, 综合说明该研究区麻坑的甲烷流体已经喷发, 目前可能处于衰退期, 甚至已经不活跃, 该结果与前人的认识基本一致。     

红树林湿地沉积物硫酸盐-甲烷界面分布特征及其影响因素研究

利用孔隙水化学和稳定同位素化学等方法分析珠江口红树林湿地沉积层孔隙水硫酸根(SO_4~(2-))、游离甲烷气体(CH_4)、总溶解无机碳(DIC)以及δ13CDIC的垂直剖面分布特征.结果显示,孔隙水SO_4~(2-)浓度自表至底呈线性梯度减小,至硫酸盐-甲烷界面(SMI)附近,硫酸盐几乎全部消耗,而CH_4浓度急剧增大,KC1、KC3、KC4、K17和K10等5个站位SMI深度分别为20、50、70、80、50 cm,SMI深度由红树林湿地林间向光滩逐渐增大.同时,孔隙水DIC浓度在该深度明显升高,沉积物发生强烈的甲烷厌氧氧化(AOM)作用.在AOM过程中,由于12CH_4氧化速率较13CH_4快,故引起沉积物孔隙水δ13CDIC偏轻.沉积层中的有机质含量及其活性高低是制约沉积物SMI分布深浅的关键因素,高含量的活性有机质可加速孔隙水SO_4~(2-)再矿化过程的消耗,使得通过AOM作用的SO_4~(2-)消耗通量相应增大.在微生物作用下,部分活性有机质被大量消耗,致使进入沉积物SO_4~(2-)还原带的活性有机质数量相应减少,从而引起部分SO_4~(2-)转为与CH_4发生反应促进AOM作用.     

琼东南盆地与甲烷渗漏有关的早期成岩作用和孔隙水化学组分异常

X-射线衍射和扫描电镜观察表明,采自南海北部琼东南盆地的沉积物样品中有天然气水合物和甲烷渗漏指示意义的自生碳酸盐、硫酸盐和草莓状framboids黄铁矿,自生矿物组合和显微结构特征与冷泉沉积物类似,属微生物成因。沉积物孔隙水化学组分分析结果显示,随着埋藏深度加深,SO₄2-,Ca2+,Mg2+和Sr2+浓度明显降低,Mg2+浓度与Ca2+浓度和Sr2+浓度与Ca2+浓度的比值急剧增加,这些地球化学特征与世界上天然气水合物产区的浅表层沉积物孔隙水中离子浓度异常吻合较好,暗示采样站位深部可能有油气或天然气水合物藏。     

深圳湾和茅洲河湿地浅层沉积物孔隙水中营养盐和金属元素赋存特征及其界面扩散通量研究

为了解湿地微环境中营养盐和金属元素的分布特征及其内在联系,并进一步估算两者在沉积物-水界面的扩散通量,本文借助薄膜扩散梯度技术获取深圳湾和茅洲河红树林湿地浅层沉积物孔隙水中营养盐和金属元素浓度以及二维高分辨有效态硫浓度分布。研究结果表明：除了NO₃^-和 Mo 外,茅洲河沉积物孔隙水中NH₄⁺、P 与 S_2-和重金属 Cd、Co、Cu、Fe、Ni、Pb 与 Zn 的平均浓度均高于上覆水和深圳湾水体中平均浓度,这说明茅洲河沉积物孔隙水的污染程度更高,但深圳湾水体中营养盐和金属元素等污染物来源多于茅洲河。茅洲河有效态硫浓度空间分布不均匀,存在明显的生物扰动通道,浓度值也随着沉积物深度逐渐增高。深圳湾在沉积物-水界面处营养盐和金属元素的扩散通量为-0.27～0.006 5 μg/(cm²·d),茅洲河的扩散通量为-0.061～0.069 μg/(cm²·d)。     

考洲洋牡蛎养殖海域海-气界面CO2交换通量的时空变化

根据2018年7月、11月和2019年1月、4月对广东考洲洋牡蛎养殖海域进行4个季节调查获得的p H、溶解无机碳(DIC)、水温、盐度、溶解氧(DO)及叶绿素a(Chla)等数据,估算该区域表层海水溶解无机碳体系各分量的浓度、初级生产力(PP)、表层海水CO₂分压[p(CO₂)]和海-气界面CO₂交换通量(FCO₂),分析牡蛎养殖活动对养殖区碳循环的影响。结果表明:牡蛎养殖区表层海水中Chl a、DIC、HCO₃^–和PP显著低于非养殖区;养殖淡季表层海水中pH、DO、DIC、HCO₃^–、和CO₃^2–显著大于养殖旺季,养殖旺季的p(CO₂)和FCO₂显著大于养殖淡季。牡蛎养殖区表层海水夏季、秋季、冬季和春季的海-气界面CO₂交换通量FCO₂平均值分别是(42.04±9.56)、(276...     

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。     

南海南部浅表层柱状沉积物孔隙水地球化学特征对甲烷渗漏活动的指示

海底沉积物孔隙水地球化学特征能快速响应甲烷渗漏活动及其生物地球化学过程,从而记录甲烷渗漏活动特征。对采自南海南部北康盆地的3个重力沉积柱状沉积物孔隙水样品(BH-H75、BH-H13Y和BH-H61)进行了甲烷浓度、溶解无机碳(DIC)和碳同位素(δ~(13)CDIC)、阴离子(SO_4~(2-)、 Cl~-)以及主微量元素(Ca~(2+)、 Mg~(2+)、 Sr~(2+)、 Ba~(2+))等地球化学分析。(△DIC+△Ca~(2+)+△Mg~(2+))/△SO_4~(2-)比率图解与δ~(13)CDIC深度剖面特征揭示了有机质硫酸盐还原反应(OSR)和硫酸盐驱动-甲烷厌氧氧化反应(SD-AOM)在不同沉积柱中所占比例的不同,其中BH-H13Y沉积柱中OSR和SD-AOM共同存在;BHH75沉积柱中OSR占主导;在BH-H61沉积柱中SD-AOM占主导,且其底部可能存在微生物产甲烷作用。硫酸盐浓度线性拟合关系指示BH-H13Y的硫酸盐-甲烷过渡带(SMTZ)的深度约为700 cmbsf。结合SO_4~(2-)浓度、DIC浓度最大值和δ~(13)CDIC最小值推测BH-H61的SMTZ深度约为480 cmbsf。BH-H61和BH-H13Y沉积柱中,较浅的SMTZ深度、上升的DIC浓度以及强烈负偏的δ~(13)CDIC值指示研究区存在甲烷渗漏活动。此外,在BH-H61和BH-H13Y站位,硫酸盐浓度随深度降低的变化梯度在沉积柱下部较上部陡,指示向上迁移的甲烷通量在时间上逐渐增强。孔隙水中Ca~(2+)、Mg~(2+)、Sr~(2+)浓度以及Mg/Ca、Sr/Ca比值变化特征指示研究区沉积物中可能有自生高镁方解石矿物生成;而BH-H61站位SMTZ界面以下,孔隙水中Ba~(2+)浓度升高,指示了硫酸钡的溶解作用。     

截然不同的3个天然气水合物区域通过海底的CH4通量:对大洋和大洋化学的影响

在全球甲烷储库中甲烷水合物的作用缺乏充分的评估,因为人们对甲烷通过海底表面进入大洋和大气过程中的搬运以及在水柱中作为营养剂消耗的程度所知甚少。在3个截然不同的气体水合物环境中,在甲烷羽中或其附近采集孔隙流体和水柱样品,分析甲烷、溶解有机碳（DIC）、硫化物/硫酸盐、     

南海北部深海浅层沉积物中甲烷生物地球化学过程数值模拟研究北大核心CSCD

富甲烷浅层海相沉积物中的生物地球化学过程已引起了国内外学者的广泛关注。研究采用数值模拟的方法对"海洋四号区"浅层沉积物中甲烷生物地球化学过程进行定量研究。依据研究区域实际地质资料,使用Mathematica建立起一维反应运移稳态模型。模拟结果认为研究区深层沉积物内赋存有甲烷源,释放的甲烷气以气泡的形式运移至沉积物表层,并造成气泡淋滤现象。气泡淋滤使孔隙水中SO_4^(2-)等溶质浓度在海底以下0~2.8m的范围内保持不变。甲烷气泡在浓度梯度作用下向孔隙水中溶解,溶解通量为160mmol·m^(-2)·a^(-1),溶解甲烷在微生物作用下被SO_4^(2-)氧化,氧化速率为140mmol·m^(-2)·a^(-1)。甲烷通量与氧化速率均远小于水合物脊等甲烷渗漏活跃地区,SMTZ埋藏也相对较深,故推测甲烷源埋藏较深或规模较小,也有可能是良好的圈闭条件阻止了甲烷逸出。作为AOM过程的重要自生矿物,本地区碳酸盐和硫化物矿物沉淀速率都比较低(分别为35mmol·m^(-2)·a^(-1)和70mmol·m^(-2)·a^(-1)),且碳酸盐的沉淀受到了硫化物矿物的影响。     

南海北部深海浅层沉积物中甲烷生物地球化学过程数值模拟研究

富甲烷浅层海相沉积物中的生物地球化学过程已引起了国内外学者的广泛关注。研究采用数值模拟的方法对"海洋四号区"浅层沉积物中甲烷生物地球化学过程进行定量研究。依据研究区域实际地质资料,使用Mathematica建立起一维反应运移稳态模型。模拟结果认为研究区深层沉积物内赋存有甲烷源,释放的甲烷气以气泡的形式运移至沉积物表层,并造成气泡淋滤现象。气泡淋滤使孔隙水中SO_4~(2-)等溶质浓度在海底以下0~2.8m的范围内保持不变。甲烷气泡在浓度梯度作用下向孔隙水中溶解,溶解通量为160mmol·m~(-2)·a~(-1),溶解甲烷在微生物作用下被SO_4~(2-)氧化,氧化速率为140mmol·m~(-2)·a~(-1)。甲烷通量与氧化速率均远小于水合物脊等甲烷渗漏活跃地区,SMTZ埋藏也相对较深,故推测甲烷源埋藏较深或规模较小,也有可能是良好的圈闭条件阻止了甲烷逸出。作为AOM过程的重要自生矿物,本地区碳酸盐和硫化物矿物沉淀速率都比较低(分别为35mmol·m~(-2)·a~(-1)和70mmol·m~(-2)·a~(-1)),且碳酸盐的沉淀受到了硫化物矿物的影响。     

甲烷通量对自生碳酸盐岩和水合物饱和度的影响

为了探讨甲烷通量或SMT对自生碳酸盐岩埋深和水合物饱和度的影响,综述了第六届国际水合物论文集中的相关论文得出如下结论：海底发生富含甲烷的孔隙水渗漏和甲烷气的排出,有利于海底自生碳酸盐岩的沉积;甲烷通量和海底侵蚀可能控制了自生碳酸盐岩和SMT的埋深,然而,甲烷通量或SMT埋深是否控制沉积物中水合物的饱和度目前尚无定论。     

南海北部神狐海域水合物钻探区沉积物地球化学特征

海底水合物形成分解/甲烷渗漏的甲烷以及相关的生物地球化学过程可能对海底的沉积环境产生影响,因此识别水合物的形成分解/甲烷渗漏对海洋沉积环境改造有助于了解水合物成藏特征及其形成分解过程。选取南海北部神狐海域2007年水合物钻探区的SH3钻孔沉积物为研究对象,对SH3钻孔岩心的碳硫数据、主微量元素,尤其是氧化还原敏感元素(U、Mo、U/Mo、V/Sr)进行分析测试,同时结合SH3钻孔孔隙水数据和前人对神狐水合物钻探区的研究成果等进行对比研究。结果表明南海北部神狐海域沉积物来源除河流沉积物以外,同时还有少量中国黄土以及大陆岛弧的长英质岩浆岩沉积物;通过对U、Mo、U/Mo以及碳硫数据分析,发现SH3钻孔在10~25mbsf(meter below the seafloor)层位为硫酸盐驱动的甲烷厌氧氧化作用(Anaerobic oxidation of methane,AOM)造成的还原沉积环境,AOM作用导致了在这一层位发生了LREE/HREE、MREE/HREE的分馏;SH3钻孔沉积物在约180~215mbsf的含水合物层位出现了浊流沉积的次氧化的沉积环境,同时其赋存的细粒沉积环境也导致了轻重稀土元素的分馏,与水合物饱和度存在一定的相关性。     

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。     

南海越南上升流区沉积物中溶解氧、锰和铁的垂直分布特征

2007年夏季航次对南海越南上升流区的三个站位进行现场采样,利用微电极技术测定了沉积物间隙水中的溶解氧(DO溶解氧分子)、锰(Mn2+)、铁(Fe2+)的浓度和氧化还原电位,估算了DO的通量、消耗速率和有机碳的消耗速率.在沉积物间隙水中DO浓度随深度的增加而迅速降低,渗透深度为9-48mm.在沉积物深处还检测到Mn2+和Fe2+.采用元素分析仪测定了沉积物中总有机碳(TOC)含量和总氮(TN)含量,三个站位沉积物中的TOC含量为0.7%-1.03%,TN含量为0.052%-0.10%,C/N为10.5-16.0.从C/N可以看出,该研究区域沉积物中的有机物有部分来源于陆源输入,其中一个站位位于湄公河冲淡水区域,其C/N最大.从氧化还原电位来看,三个站位的沉积环境都属于还原性环境.此研究首次测量了南海越南上升流区沉积物的氧化还原化学成分,对于认识该海区海底生物地球化学具有重要意义.     

珠江口淇澳岛湿地甲烷排放通量及日变化规律

2009年8月份采用静态箱法对珠江口淇澳岛湿地甲烷通量日变化进行测定,结果表明甲烷排放通量在当日23∶00和翌日早晨9∶00出现两个高峰值,分别为40.07和50.99mg·m-2·h-1;在当日17∶00和翌日凌晨5∶00出现两极小值,分别为1.13和1.57mg·m-2·h-1,同步观测孔隙水中SO2-4、Cl-浓度和沉积物表层温度和采样点潮位变化,发现湿地甲烷排放通量与孔隙水中SO2-4浓度和潮位存在显著负相关性,因此,潮汐所导致孔隙水中SO2-4浓度和上覆水深度改变,可能是控制珠江口淇澳岛潮间带湿地甲烷日排放通量变化的两个关键因素。同时计算采样点甲烷日排放净通量达到962.7mg·m-2·d-1,表明夏季珠江口淇澳岛湿地是大气甲烷的源区。柱状沉积物孔隙水中甲烷浓度范围为0.52~5.18mmol·dm-3,其最大值出现在9cm深度,同时测试沉积物中总有机碳(TOC)、温度、氧化还原电位和孔隙水中SO2-4的浓度,结果表明高的甲烷浓度主要是由于沉积物中高的TOC含量和孔隙水中低的SO2-4浓度所导致。     

南海北部东沙海域沉积物地球化学特征及其反映的冷泉活动

南海北部东沙海域是典型的水合物成藏区,冷泉活动对其沉积物地球化学特征有显著影响。分析了东沙海域冷泉区973-4站位1 375cm(水深1 666m)和973-5站位935cm(水深2 998m)长的柱状样的总有机碳(TOC)、总硫(TS)含量,并挑选其中的底栖有孔虫进行了碳氧同位素测试。通过沉积物总硫含量分析和临近站位孔隙水数据分析表明,2个站位沉积物均有较浅的硫酸盐甲烷还原界面(SMI)深度和较大的甲烷通量,其中973-4站位硫酸盐甲烷界面深度为海水―沉积物界面以下约900cm,973-5站位硫酸盐甲烷界面深度为海水―沉积物界面以下约750cm。总碳/总硫比值表明冷泉流体活动对沉积物硫埋藏起主导作用。Uvigerina spp.的δ13 C表明末次盛冰期(LGM)之前东沙海域有持续的冷泉活动,而自末次盛冰期以来Uvigerina spp.的δ13 C其偏负程度逐渐变小、冷泉活动逐渐减弱,这可能是海平面上升扩大了天然气水合物稳定区范围,从而抑制了冷泉流体上涌的结果。