南海北部深海甲烷冷泉自生碳酸盐岩显微结构特征与流体活动关系初探

对2002年"海洋四号"在南海北部深水冷泉活动区水深约3000m海底获得的1块自生碳酸盐岩展开了岩石学、地球化学和显微结构的分析研究。结果表明,该HD-83站位岩石样品为有多孔不规则块体,属于与扩散流有关的冷泉自生碳酸盐岩。其自生碳酸盐矿物成分为镁方解石或文石,含量达全岩的17%。全岩碳同位素值δ13C为-61.403‰,氧同位素值δ18O为3.5606‰,属于甲烷冷泉喷口成因自生碳酸盐岩,甲烷来源以微生物成因为主。该岩石显微结构有泡孔状、充填通道、不规则裂隙、虫孔边缘加厚4种主要类型。通过对比,推知这些显微结构可能与甲烷分解排气释放或流体逃逸通道有关。本研究注意到在岩石的裂隙或孔道中菌丝体普遍存在,可能属于菌席的组成份子,依靠通道内流体进行化能合成。     

南海北部神狐海区的自生碳酸盐岩烟囱--海底富烃流体活动的记录

大陆边缘海的流体喷流活动或水合物分解都会导致自生碳酸盐岩的形成。南海北部神狐海区出现的自生碳酸盐岩主要为烟囱状,以铁白云石、文石、方解石碳酸盐矿物为主;稳定同位素研究显示,烟囱的δ^13CPDB值在-40．18‰～-38．69‰、δ^18OPDB值在3．75‰～4．31‰之间变化,显示了导源于甲烷厌氧氧化作用的特征,是海底富含甲烷的流体活动的最终产物。持续或间断的流体喷流活动,使神狐海区碳酸盐岩烟囱发生单阶段或多阶段沉淀。     

南海北部神狐海区冷泉碳酸盐岩的地球化学特征

冷泉碳酸盐岩作为海底渗漏体系的重要标志,分布在世界范围内的主动和被动大陆边缘.大量研究表明,在冷泉碳酸盐岩发育区近海底往往赋存有天然气水合物.     

南海北部冷泉碳酸盐岩矿物微形貌及其意义探讨

主要通过南海北部冷泉碳酸盐岩的扫描电子显微镜观察,发现该区结核状碳酸盐岩具有微孔结构,这些微孔可能是甲烷渗漏的通道,并且结核状碳酸盐岩矿物堆积较为紧密;碳酸盐矿物的微形态呈近菱形、菱形、球状、丝状、短柱状、卵状等形态或集合体,其中球状碳酸盐具有微生物结构,由蠕虫状或丝状矿物组成,其他几种微形貌的碳酸盐矿物由纳米级的微晶颗粒组成.碳酸盐集合体微形貌和微晶颗粒在形态和大小上与甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原菌差别较大,由此推测在其沉淀过程中这两种细菌可能只是提供了物质基础,而其沉淀作用则与纳米细菌密切相关.在南海北部冷泉碳酸盐岩中还发现了结晶程度不同的碳酸盐矿物连续生长的现象,以及一些未知的蘑菇状和管状矿物.     

南海东北陆坡烟囱状冷泉碳酸盐岩生长剖面的碳、氧同位素特征与生长模式

 对SO177航次采集自南海东沙东北古冷泉活动区的烟囱状碳酸盐岩样品（TVG14 C1 1）进行解剖研究,探讨烟囱样品的形成机理。我们首先对烟囱样品的横截面进行高分辨率精细取样并进行碳氧同位素分析,在充分了解其矿物组成特征的前提下,利用碳酸盐岩-水体系氧同位素分馏方程计算古冷泉流体的氧同位素组成并定量分析流体的端元成分和相对贡献,然后根据它们在烟囱生长剖面上的变化特征,为碳酸盐质烟囱建立生长模式。分析表明,该样品横截面的δ13C值在-50.136‰～-43.923‰之间变化,δ18O值在2.762‰～4.848‰之间变化,由中心向外,碳氧同位素呈反向协同变化趋势,δ13C 逐渐升高而δ18O逐步降低。结合该样品的年龄和古海水的氧同位素组成,计算得到形成该样品的冷泉流体的δ18O在1.2‰~2.3‰ V SMOW之间变化,较冰期海水的更富18O。认为在形成烟囱的不同阶段,水合物分解产生的富18O流体与同期海水发生了不同程度的混合,烟囱中心部位水合物分解水的相对贡献高达53.6％,而烟囱外层,水合物分解水的贡献低至6.1‰。通过综合研究,提出了烟囱样品的生长模式。     

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。     

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?     

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.      

冲绳海槽北部冷泉碳酸盐岩对海底天然气渗漏活动的指示

<正>我国东海冲绳海槽是一个年轻弧后盆地,发育高沉积速率、富有机质的新生代陆源沉积,其高热流值和多构造裂隙环境有利于烃类转化和运移,适合海底天然气水合物的形成。相关地质构造分析、底层水温实测以及地球物理调查等工作表明,冲绳海槽具有丰富的天然气水合物资源远景(范德江和杨作升,2004;方银霞等,2005;陈建文,2014)。相对于在海槽中部和南部发现了反映天然气水合物存在的BSR(拟海底反射层)地震反射特征(唐勇等,2003;2005),冲绳海槽北部缺乏天然气水合物的详细实测研究资料。     

冷泉自生碳酸盐岩的沉积结构对冷泉活动示踪的初步研究

<正>冷泉是一种富烃类(主要为甲烷)的低温流体,至今仍活跃在世界范围内大陆边缘陆架区和陆坡区的海底[1]。冷泉持续地将沉积物深部的甲烷带至浅部,在合适的低温高压条件下,甲烷与周边的水一同形成天然气水合物[2]。一方面,天然气水合物具有相当可观的能源前景[3],由此冷泉也受到越来越多的关注;另一方面,到达沉积物浅部的甲烷也会在产甲烷菌和硫酸盐还原菌的共同作用下,与下渗海水带来的硫酸盐进行甲烷厌氧氧化反应(AOM),将甲烷和硫酸盐转化为重碳酸根和硫化氢[4]。大量释放的重碳酸根为     

南海北部新生代构造演化序列

本文从构造地质学的基本理论出发,在综合分析板块作用、壳幔作用、岩浆热事件、构造变形、沉积作用等地质作用特点及其相互印证与制约关系的基础上,梳理了南海北部新生代主要构造事件和构造演化序列,提出受欧亚、印澳、太平洋3大板块的共同影响,南海北部新生代主要构造运动划分为礼乐运动、西卫运动一幕、西卫运动二幕、南海运动、南沙运动5次较为合适。其中礼乐运动使南海北部进入裂陷发展阶段,并产生NE走向小型断陷;西卫运动一幕使断陷进一步扩展;西卫运动二幕使南海北部由断陷向断坳转变,断陷走向向NEE向转变;南海运动使南海北部进入坳陷发展阶段;南沙运动使南海北部进入差异性区域沉降阶段,构造格局基本形成。南海北部这种构造演化序列造就了前古近系、古近系、新近系3层含油气结构层系及始新统湖相、渐新统湖相—湖沼相及海陆过渡相和中新统海相3套烃源岩,围绕3套烃源岩可形成"上生下储上盖"、"自生自储自盖"与"下生上储上盖"3类成藏组合和背斜、古潜山、地层-岩性等多种类型的油气藏及其复式油气聚集带。     

宁芜北部脉状铜矿床地质与成矿流体特征研究

提要：宁芜北部地区分布众多热液成因的脉状铜矿床。本文对区内的谷里铜矿和南门头铜矿进行了流体包裹体研究,结果表明,二者石英-金属硫化物期石英的流体包裹体均一温度分别为202.9~299.4℃、166.7~355.4℃;盐度分别为4.5 wt% NaCl eqv.~11.1 wt% NaCl eqv.、3.5 wt% NaCl eqv.~12.0 wt% NaCl eqv.;密度分别为0.75~1.01 g/cm3 、0.80~0.89 g/cm3;估算二者的成矿压力和深度分别为18.2~30.4 MPa、0.69~1.15 km和12.8~35.1 MPa、0.48~1.32 km。谷里和南门头铜矿(体)成矿流体均具有中低盐度、低密度和浅成条件等共同点,但前者为中温流体,后者为中高-中低温流体。激光拉曼光谱分析显示二者的包裹体气相组成有明显区别,南门头的包裹体气相成分组合为H2O+CO2±N2,而谷里铜矿包裹体气相组分仅见H2O。结合矿床地质特征,如矿物组合、赋矿围岩、矿化蚀变、成矿岩体等方面的差异,推测宁芜北部可能存在两期铜成矿,早期与大王山旋回的辉石闪长玢岩有关（以谷里铜矿为代表）;晚期与姑山—娘娘山旋回的花岗岩类有关（以南门头为代表）。     

南海北部海马冷泉区表层沉积物的AOM生物标志化合物特征及意义

选取采自南海天然气水合物赋存区海马冷泉,管状蠕虫区（ROV06站位）和贻贝区（HM101站位）的2个表层沉积物柱状样品,提取其中的生物标志化合物,对其种类和稳定碳同位素进行了测定,用以探讨海底表层沉积物中的有机质来源、微生物种群分布及其对冷泉渗漏活动的响应特征. 两个站位的沉积物中均发现了大量与甲烷厌氧氧化古菌（ANME）有关的生物标志物,如2,6,11,15?四甲基十六烷（crocetane）、2,6,10,15,19?五甲基二十烷（PMI）等类异戊二烯烃,古醇（archaeol）、sn2?羟基古醇（sn2?OH?Ar）等,以及来源于硫酸盐还原菌（SRB）的异构/反异构脂肪酸iso?C₁₅和ai?C₁₅等. 这些生物标志物均具有极低的碳同位素特征（古菌生标δ13C值低至-126‰,硫酸盐还原菌生标δ13C值低至?89‰）,表明沉积物中发生了甲烷厌氧氧化作用（AOM）. ROV06和HM101站位沉积物中均检测到了crocetane,大多数sn2?羟基古醇/古醇大于1,同时ai?C₁₅/iso?C₁₅脂肪酸比值小于2,这说明两个站位沉积物中的甲烷厌氧氧化古菌主要以ANME?2/DSS为主,指示甲烷渗漏强度较强. ROV06站位的表层沉积物含有crocetane,但sn2?羟基古醇/古醇小于1,且ai?C_15/iso?C₁₅脂肪酸比值大于2.1,指示了ANME?1/DSS和ANME?2/DSS混合存在的种群特征,说明ROV06站位顶部甲烷渗漏强度有减小的趋势. 根据古菌种群ANME?2化合物对甲烷的碳同位素分馏（Δ:-50‰）及古菌生物标志物（PMI、古醇、sn2?羟基古醇）的平均δ13C值,计算得到甲烷δ13C值（-58‰~-53‰）,显示甲烷为热成因和生物成因混合气. 虽然ROV06和HM101站位的甲烷具有相近的δ13C值,但ROV06站位的SRB生物标志物比HM101站位要更加亏损13C（Δδ13C:18‰）,这可能与管状蠕虫的共生菌（硫氧化菌）吸收硫化物并释放出硫酸盐有关,因为其不断释放出的硫酸盐很可能极大地增强了甲烷厌氧氧化作用,使沉积物中含有更多13C亏损的无机碳.      

南海盆地演化及碳酸盐岩油气勘探

南海盆地碳酸盐岩油气勘探最早可追溯到19世纪后期，20世纪70年代开始有较多发现。南海的形成演化经历了安第斯型边缘-弧后裂谷-大西洋型海底扩张等一系列转变，形成了众多规模不等、类型各异的新生代含油气盆地。这些盆地可划分为拉张型、聚敛型、走滑型三大类，且可细分为陆缘张裂型、裂离陆块型、弧前型、周缘前陆型、走滑一拉分型以及残留洋壳型等6种类型，不同的构造演化背景和盆地类型，碳酸盐岩的建隆及其生物礁具有不同的特征，其地震相特征也有一定差异。碳酸盐岩主要发育在中中新统一上中新统中及上始新统上部，储层分布范围广，发育有台地边缘礁、塔礁、块礁、点礁、环礁等多种类型，以铸模灰岩、颗粒状白云岩的油气储集性能较好。碳酸盐岩的形成和分布受大地构造演化的影响和控制。以越东一廷贾断裂为界，其北部海域发育晚始新世一早中新世(早期)和中一晚中新世(晚期)两期碳酸盐岩和生物礁；而其南部海域仅发育晚期碳酸盐岩。在南海，至今尚未发现有单纯的典型碳酸盐岩构成油气源岩的，绝大多数是与所伴生的生物礁一起组成储集层，所发现的碳酸盐岩及其生物礁(滩)型油气田，普遍具有较好的物性。在南海北部盆地和东南巴拉望盆地中是油气兼有，而在南海南部以产天然气为主。     

新生代以来南海北部部分盆地岩浆活动特征

<正>南海北部位于欧亚板块、印度—澳大利亚板块和太平洋板块的交接部位,是地球表面构造-岩浆非常活跃的地区。1地质概况南海北部陆缘地区,白垩纪以来以拉伸盆地的形成和火山喷发、基性岩脉(岩墙)侵位为标志的伸展张裂作用非常强烈。在岩浆活动方面,白垩纪—古近纪时既有喷出也有侵入;新近纪以来,中酸性岩浆活动消失,取而代之的是大量基性超基性岩浆的喷溢(玄武岩),或沿断裂贯入(基性岩脉);而晚新生代以火山喷     

南海盆地演化及碳酸盐岩油气勘探

南海盆地碳酸盐岩油气勘探最早可追溯到19世纪后期,20世纪70年代开始有较多发现。南海的形成演化经历了安第斯型边缘-弧后裂谷-大西洋型海底扩张等一系列转变,形成了众多规模不等、类型各异的新生代含油气盆地。这些盆地可划分为拉张型、聚敛型、走滑型三大类,且可细分为陆缘张裂型、裂离陆块型、弧前型、周缘前陆型、走滑-拉分型以及残留洋壳型等6种类型,不同的构造演化背景和盆地类型,碳酸盐岩的建隆及其生物礁具有不同的特征,其地震相特征也有一定差异。碳酸盐岩主要发育在中中新统一上中新统中及上始新统上部,储层分布范围广,发育有台地边缘礁、塔礁、块礁、点礁、环礁等多种类型,以铸模灰岩、颗粒状白云岩的油气储集性能较好。碳酸盐岩的形成和分布受大地构造演化的影响和控制。以越东-廷贾断裂为界,其北部海域发育晚始新世-早中新世(早期)和中-晚中新世(晚期)两期碳酸盐岩和生物礁;而其南部海域仅发育晚期碳酸盐岩。在南海,至今尚未发现有单纯的典型碳酸盐岩构成油气源岩的,绝大多数是与所伴生的生物礁一起组成储集层,所发现的碳酸盐岩及其生物礁(滩)型油气田,普遍具有较好的物性。在南海北部盆地和东南巴拉望盆地中是油气兼有,而在南海南部以产天然气为主。     

南海北部深海花粉记录的环境演变

本文报道了南海北部深海沉积物中花粉的研究结果。所研究的17940孔长13．30m,包括最近4万年的沉积物。共鉴定统计103个样品,样品间距10cm,分辨率约为360a,自下而上分为3个花粉带和8个亚带。P1带(13．06～8．70m,约37000～15000aB．P．)以山地针叶树(Picea,Abies,Tsuga)花粉高含量组合与蒿属花粉占优势组合交替出现为特征,指示冷湿及温干频繁交替的气候。根据氧同位素资料该带相当于3期及本次盛冰期。P2带前期(P2-a亚带,8．70～7．23m,约15000～11300aB．P．)热带-亚热带常绿阔叶乔木花粉增加指示气候变暖,其中14000aB．P．前后红树林的高峰可能是海平面一度上升的结果;P2带后期P2-b亚带(7．23～660m,约11300～10000aB．p．)高山雨林及山地针叶树花粉增加指示气候变冷。根据氧同位素资料P2－a亚带与Bφlling－Allerφd升温期相当,而P2－b亚带属新仙女木期。P3带(660～0m,10000aB．P．至现在)为全新世,花粉组合以松属花粉占绝对优势,与现代南海北部表层沉积物中花粉组合相似,说明近万年以来南海北部气候与现代气候相近。近1400年来芒其孢子突然增加说明人类活动加剧。     

南海北部晚更新世以来的古海洋环境演化特征——来自N-31柱样的沉积记录

对南海北部N-31柱状样沉积物进行了浮游有孔虫定量分析鉴定、氧碳同位素、碳酸盐含量和粒度测试以及AMS14C测年,并采用古生态转换函数计算了表层海水古温度和温跃层深度,揭示了该海区约55 ka以来的古海洋环境特征.转换函数计算的表层海水古温度结果表明,夏季温度的变化范围为27.0～29.6℃,变化幅度为2.6℃,冬季温...     

南海北部中新世以来粘土矿物特征及东亚古季风记录

应用X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM) 和X射线能谱(EDS) 分析技术对南海北部ODP1146站中新世以来(~20 Ma) 粘土矿物的组成、结晶学特征、微形貌和化学成分进行了研究, 分析了粘土矿物的物质来源及其记录的东亚季风演化历史.1146站粘土矿物组合的总体特点是以伊利石和蒙脱石为主, 高岭石和绿泥石含量较低.物源分析表明, 1146站蒙脱石主要来自于吕宋岛, 伊利石和绿泥石来自于珠江和台湾(长江), 而高岭石则主要来自于珠江.1146站的粘土矿物不仅被南海周围物源的同时代气候所控制, 而且为相互消长的不同传输作用(表层洋流) 的强度所影响.1146站(伊利石+绿泥石) /蒙脱石比值可以用来作为东亚季风演化的矿物学标志.指标变化显示出东亚冬季风强度和冬季风相对夏季风的强度在15 Ma、8 Ma和3 Ma左右发生了3次显著加强, 结果可以与黄土、北太平洋风尘沉积、南海微体古生物记录等很好对比.青藏高原的阶段性隆升可能促进了东亚季风的这3次加强.