BIT指标对神狐海域SH7B站位水合物赋存层段生源输入判识及意义

实际的天然气水合物明显不同于冷泉碳酸盐岩样品。南海已有诸多冷泉碳酸盐岩的研究,针对具有水合物实际产出的神狐海域沉积物样品开展了GDGTs分析测试研究,试图为其成因、来源、AOM作用、生源等提供信息。研究结果表明:SH7B站位96.5~225.2m的岩心样品中,传统指标总有机碳的δ13 C值和C/N值对南海神狐海域天然气水合物赋存段的沉积物之生源输入指示效果不明显;GDGTs主要以类异戊二烯GDGTs为主,水合物赋存段(155~177m)较非水合物赋存段,支链GDGTs相对百分含量明显增多,类异戊二烯GDGTs相对百分含量明显减少。BIT值进一步明确说明:水合物赋存段比非水合物赋存段,沉积物的陆源有机质输入明显增多。前人研究表明~6 Ma左右南海北部接受了较强的河流碎屑和季风碎屑输入,此次事件造成水合物赋存段(6.0~6.74 Ma)陆源有机质输入增多,结果导致沉积物颗粒粒度增大,孔隙空间增多。较粗颗粒物的大量注入可以改善储层物性,形成上细下粗的有利储集体系,从而为神狐海域天然气水合物提供良好储集空间。     

南海天然气水合物项目纳入973计划

我国南海北部陆坡是天然气水合物发育的理想场所。近年来,在中国地质调查局统一组织下,广州海洋地质调查局经过9年的调查研究,发现了天然气水合物赋存的地质、地球物理、地球化学和生物证据,圈定了有利远景区,初步评价认为南海北部具有良好的天然气水合物资源前景,并于2007年5～6月经钻探在南海北部神狐海域获取了天然气水合物的岩心样品。     

南海神狐天然气水合物系统沉积物中自生黄铁矿的特征研究

南海神狐海域是中国最重要的天然气水合物调查研究区之一,为了解水合物存在对沉积物地球化学环境的影响,对采自神狐海域W19B井位的沉积物样品进行了矿物学和地球化学研究。X射线衍射分析和主量元素结果显示部分层位有异常高含量的硫化物（主要为黄铁矿）。扫描电镜结果表明随着样品深度的增加,黄铁矿的晶面、晶棱更加明显,且集合体形态呈现聚莓→单莓→细粒的变化趋势,扫描电镜还观察到草莓状黄铁矿向细粒自形黄铁矿转化的中间产物。在53.0 mbsf（meters below seafloor）和140.4 mbsf层位均发现异常高含量的黄铁矿。其中140.4 mbsf层位黄铁矿充填有孔虫壳体的现象普遍,并伴有大量柱状黄铁矿产出,可能与有机质和甲烷厌氧氧化相关,但主导作用应为甲烷厌氧氧化,该层位可能位于古硫酸根-甲烷界面（sulfate-methane interface,SMI）附近。根据所得结果,推测地质历史时期中甲烷异常渗漏事件的发生,致使向上的甲烷通量增加,推动SMI上移,导致53.0 mbsf和140.4 mbsf界面处因甲烷厌氧氧化而形成大量黄铁矿。多个黄铁矿富集层的存在可能表示沉积史中曾发生多期次的深部流体渗漏或者天然气水合物的分解活动。     

南海北部神狐海域沉积物中烃类气体的地球化学特征

烃类气体是形成天然气水合物的物质基础,浅表层沉积物顶空气中烃类气体的异常特征可用来探测深部是否存在天然气水合物藏.对南海北部神狐海域浅表层沉积物以及钻探采获的含或不含天然气水合物的沉积物的顶空气样品中烃类气体组分和同位素组成进行了测试分析,结果表明:291个1 mbsf(bsf,below sea floor)沉积物顶...     

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。     

南海北部神狐海域天然气水合物分布的主控因素

针对天然气水合物沉积成矿因素不明确等问题,通过利用南海北部神狐海域的高分辨率三维地震、测井和岩心等资料,对晚中新世以来的地层进行了高分辨率层序划分和精细的沉积解释。从温压、沉积、构造等方面探讨了神狐海域天然气水合物分布的主控因素,认为：BSR上部附近处于水合物稳定温压范围内;粗粒沉积物有利于天然气水合物的富集;在含水合物层段内,孔隙度与天然气水合物饱合度成正比关系;滑塌体是天然气水合物赋存的有利相带;气烟囱形成过程中产生的断裂系统可为富含甲烷流体向上运移提供通道,并在其上部滑塌体富集成矿。因此,神狐海域具备天然气水合物成藏的优越条件,是天然气水合物勘探开发的有利区块。     

南海北部神狐海域天然气水合物差异性分布的控制因素

南海北部陆坡区具备天然气水合物形成聚集的地质条件,神狐海域的海底沉积层温度和压力条件符合水合物成藏的要求;源岩生烃潜力巨大且烃类运移条件良好,可以为水合物成藏提供充足的气源和通畅的运移通道。然而,钻探结果揭示了神狐海域天然气水合物在相似地质背景地区聚集分布的差异性,其机理及控制因素并不清楚。基于研究区8口钻探井的成藏地质条件,综合对比分析了成功获取及未获取水合物站位处的地震、测井、钻井、地球化学等数据,并以此探究南海北部神狐地区天然气水合物分布不均匀性的控制和影响因素。     

南海北部神狐海域沉积物Fe-P-S元素地球化学特征及对甲烷渗漏的指示

神狐海域是我国天然气水合物勘探试采的重点区域,在甲烷渗漏过程中会形成黄铁矿和蓝铁矿等具有指示意义的矿物,这些矿物和Fe、P、S等元素密切相关,通过Fe-P-S等元素地球化学特征来研究该区域的甲烷渗漏对进一步了解南海水合物的成藏状况有重要意义.本研究选取南海北部神狐海域Site 2A柱状沉积物为研究对象,通过对其主微量元...     

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。     

南海北部神狐海域天然气水合物形成及分布的地质因素

从天然气水合物发育的地质构造条件、沉积条件、气源条件、温压条件等分析了神狐海域影响水合物形成及分布的地质因素.指出神狐海域处在洋陆壳的过渡带上,断裂-褶皱构造及流体底辟构造发育,对水合物的形成具有重要的控制作用.受等深流和海底滑塌双重作用,研究区沉积异常体发育,沉积厚度大、沉积速率高,有利于水合物发育.通过对神狐海域附近钻探结果及区内地质调查站位资料的分析表明:目标区具有含巨量的生物气和热成因气资源潜力,具备形成天然气水合物的气源条件,气源为文昌-恩平组烃源岩.此外,受热流值北高南低的分布格局的影响,神狐海域BSR埋深也表现为北部浅南部深,且BSR分布区整体处在天然气水合物稳定存在的温压范围内,满足水合物形成及保存所需的温压条件.神狐海域的地质构造条件、沉积特征、气源条件、温压条件等都非常有利于天然气水合物发育.     

细砂质含水合物沉积介质的非线性弹性力学模型

描述含水合物沉积介质的应力-应变关系,建立含水合物沉积介质的力学模型,预测水合物储层的变形规律,是有效开发水合物资源的基本前提。以经典邓肯-张模型为基础,结合细砂质含水合物沉积介质力学三轴试验数据,提出了适合细砂质含水合物沉积介质的非线性弹性力学模型及其参数,并验证了模型的准确性。结果表明,该模型及其参数可以很好地描述细砂质含水合物沉积介质的应力-应变的非线性弹性关系。     

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。     

神狐海域W18/19区块水合物上覆层水平渗透系数分布

水合物储层上覆地层水平渗透系数是水合物试采工程设计的关键参数之一。以我国南海北部神狐海域W18/19区块水合物上覆钙质黏土层孔压静力触探数据为依托,在剖析基于位错理论的地层水平渗透系数预测模型基本原理的基础上,进行W18/19区块水合物层上覆钙质黏土层水平渗透系数纵向分布规律预测。结果表明,Elsworth方法不适用于W18/19区块水合物层上覆钙质黏土层水平渗透系数评价;W18/19区块水合物层上覆钙质黏土层水平渗透系数为0.1×10^-8～4×10^-8 m/s,且随着深度的增大而减小;30mbsf以浅地层预测结果受扰动较大,30mbsf以深地层的水平渗透率系数为0.1×10^-8～0.6×10^-8 m/s,且不同模型预测结果间的差异较小;孔压扩散模型和初始孔压分布函数的差异是导致不同模型预测结果差异的根本因素。     

西菲律宾海26万年来古生产力变化的颗石藻证据

基于国际海洋古全球变化研究项目(IMAGES)在西菲律宾海本哈姆海台获取的高质量柱状沉积物岩芯MD06-3047(17°00.44′N、124°47.93′E),利用颗石藻下透光带属种Florisphaera profunda的相对丰度以及初级生产力转换函数,恢复了260 ka以来西菲律宾海上部水体营养跃层以及初级生产力的变化历史。发现该区域26万年以来初级生产力冰期-间冰期变化特征较不明显,冰期生产力平均值略高于间冰期。通过与前人已发表的指示东亚冬季风强弱的伊利石/蒙脱石记录和热带太平洋纬向表层海水温度梯度记录的对比,提出MIS 8期以来,热带西菲律宾海古生产力变化的主要受控因素在MIS 5a左右发生明显转变。在MIS 8后期至MIS 5a之间,初级生产力受到长期类ENSO过程的影响较为显著,当热带东西太平洋海水表层温度梯度较小的时期,认为热带太平洋处于类El Niňo状态,此时西菲律宾海营养跃层相对较浅,生产力较高,反之则相反。而在MIS 5末期至末次冰消期时段,生产力受东亚冬季风的影响相对于长期ENSO过程更强,可能掩盖了后者的古生产力信号。冰期东亚冬季风加强,一方面,可以引起上部水体混合加强,增加下部营养物质向上的输送,另一方面大量风尘物质的输入可以刺激颗石藻的生长;反之在冰消期,水体混合较弱,风尘输入显著减少,生产力也随之降低。     

鸭绿江端元粒度分级样品常量元素控制因素分析及物源识别

对鸭绿江河口表层沉积物陆源组分进行了水动力敏感粒度分级,以消弱"粒度效应"对沉积物地球化学组成的影响。通过多元统计方法,对不同粒级样品内常量元素含量特征、控制因素、源区特征等内容进行了探讨,并与全样测试结果进行对比分析。结果表明:源区化学风化程度是控制常量元素分布的主要因素,"粒度效应"和表生环境下的自生作用对常量元素的分布也有一定的控制作用,但"粒度效应"主要控制8μm以下样品内元素分布;源区目前处于以斜长石风化为主的中等化学风化程度阶段,风化产物未遭受钾交代影响;Al2O3、Fe2O3、MgO、MnO、TiO2、P2O5六种元素在>63μm、32~63μm和8~32μm 3个粒级内含量相近,8μm以下样品随粒级减小元素含量显著增加,CaO、Na2O两种元素在各粒级内含量分布特征与上述6种元素相反,高K2O含量且未受"粒度效应"控制,可作为鸭绿江端元的指示性元素。根据流域岩性特征分析,>2μm粒级样品可能主要来自鸭绿江中下游地区变质基底和花岗质侵入体的风化产物;而<2μm粒级样品则可能主要来自鸭绿江上游地区基性侵入体的风化产物。此外,对比分析还表明,全样测试结果仅相当于分粒级样品的均值水平,极大地掩盖了不同粒级内元素地球化学特征的差异性和规律性。因此,在利用全样地球化学特征进行物源示踪时需综合考虑。     

台湾东黑潮主流区近千年来沉积物稀土元素的变化特征与来源

基于沉积物AMS14 C定年,研究了近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物的稀土元素组成变化特征及赋存形态,探讨了该区近千年来稀土来源。台湾东黑潮主流区近千年来沉积物中稀土元素总量平均为119.82μg/g,低于上陆壳和中国黄土的稀土元素平均含量,与冲绳海槽较为接近;轻重稀土元素比值平均为11.30,明显富集轻稀土,具有明显的陆源属性。研究区沉积物稀土元素对球粒陨石和上地壳标准化配分模式均表现为轻稀土富集重稀土相对亏损,且具有弱的Ce正异常。根据定年结果及稀土元素变化特征趋势将柱状沉积物分为3层:0～8.5、8.5～21.5和21.5～30cm,随深度增加稀土元素总量的平均值逐渐增大,轻重稀土元素比值逐渐减小,Ce正异常程度逐渐减弱。稀土元素赋存形态分析表明,La、Ce、Pr、Nd 4种轻稀土元素主要为天然陆源,其他稀土元素受氧化还原环境影响相对较大。稀土元素主要存在于残渣态中,其次为铁锰氧化物结合态,残渣态对台湾以东黑潮主流区沉积物中总稀土元素的配分模式起决定性作用,也是造成Ce正异常的关键赋存形态。近千年来沉积物中稀土元素变化与沉积物粒度关系不大,物质来源较为稳定,台湾东部河流输入是研究区沉积物中稀土元素的最重要来源,亚洲大陆风尘输送对稀土元素的贡献较小。     

近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物来源及其对气候波动的响应

基于AMS¹⁴C定年结果,对近千年来台湾以东黑潮主流区沉积物的粒度、黏土矿物组成及结晶学特征等进行研究,分析该区沉积特征、物质来源及近千年来环境演化的沉积记录。结果表明,台湾以东黑潮主流区沉积物主要为细粒的粉砂和黏土,沉积速率平均为34.44 cm/ka,低于东海陆架和冲绳海槽南部,高于开阔大洋,具有从陆架向大洋过渡的沉积特征。黏土矿物组成的分析结果表明,台湾以东黑潮主流区沉积物黏土矿物组成以伊利石(平均57%)和蒙脱石(平均25%)为主,含有少量绿泥石(平均16%),几乎不含高岭石(平均2%),其中蒙脱石主要来源于吕宋岛弧物质输送和附近海域原位的基性火山物质蚀变,伊利石和绿泥石主要来源于亚洲大陆风尘输送和台湾东部河流输入,高岭石主要来源于台湾东部河流和吕宋岛弧物质输入。黏土矿物的物源定量识别研究表明,研究站位的黏土矿物有26%～72%来源于亚洲大陆风尘输送,11%～55%来源于台湾东部河流输入,11%～26%来源于吕宋岛弧物质输送。近千年来沉积物物源的变化特征较好地反映了中世纪暖期、小冰期和现代暖期这3个百年尺度的全球性气候变化阶段。亚洲大陆风尘输送和台湾东部河流输入对研究区沉积物的相对贡献量变化反映了中世纪暖期较强的东亚冬季风特征和台湾地区较为干旱的气候环境,同时也反映了小冰期逐渐减弱的东亚冬季风强度和台湾地区较为湿润的气候环境。现代暖期和中世纪暖期在东亚热力差异和降水异常上的差别反映了人类活动对沉积物的扰动。而研究区小规模的沉积特征突变事件主要与暴雨、台风和地震活动相关。     

中国东部近海现代沉积环境

东海近岸海域岛屿、入海河流众多,大量陆源物质随沿岸流自长江口向东迁移,是海陆相互作用最为强烈的区域之一。对2016和2017年夏季采集的570个东海近岸表层沉积物样品进行了沉积物物理化学性质、粒度特征、有机质含量等测试分析。结果表明,这些特征参数明显受区域沉积环境的控制。杭州湾区域沉积物偏弱碱性,氧化还原电位(Eh)<0,有机质含量北部偏高,沉积物组成以黏土质粉砂为主,抗剪强度较低(普遍<0.5kpa),各指标无明显分布规律,相关性较强。浙江东部沿海区域沉积物近中性至弱酸性,Eh较高(>0),Eh与pH自陆向海降低,象山港、乐清湾海域有机质含量较高;舟山至台州海域以粉砂为主,台州以南分布斑块状泥质区,抗剪强度比杭州湾区域偏高,各指标无明显相关性。整体来看,杭州湾与浙江东部沿海属于两个完全不同的沉积环境体系,主要是因杭州湾物质来源较为稳定,区域水动力较强,导致沉积物分布相对均一;而浙江东部海域河流、岛屿较多,各个区域物质来源和水动力环境都存在较大差异。     

南海东部管事海山铁锰结壳的矿物组成和地球化学特征

对于开阔大洋海山结壳的矿物组成和地球化学特征研究已经比较深入,但对边缘海海山铁锰结壳的研究却较少。以在南海东部管事海山上采集的两块铁锰结壳为研究材料,对其进行了X射线衍射、扫描电镜及电子探针微区的分析,结果显示结壳矿物以水羟锰矿为主,含有少量针铁矿,碎屑矿物主要是石英和长石。结壳的显微结构呈现条带状分布,有10~15μm长的空隙和0.5μm直径大小的孔洞。相对于大洋结壳,结壳的Mn含量较高,与马尼拉海沟附近火山喷发物质有关,但Cu、Co和Ni含量更低,可能与边缘海沉积速率高或有机络合物吸附有关。矿物组成及元素比值表明结壳主要是水成的,但未发生明显磷酸盐化作用。元素比值和相关性表明,Mn主要来源于南海扩张停止后火山喷发、玄武岩风化形成溶解Mn;Fe与Si元素均来自火山碎屑、生源物质和陆源物质,还受到管状蠕虫吸附的影响。南海管事海山结壳是在富氧环境中上升流作用下选择性吸附水体中溶解化学元素缓慢沉积而成。结壳中元素含量随时间变化趋势反映了南海的古环境变化。     

南黄海底栖有孔虫组合对1855年黄河改道的响应

黄河改道是中国东部陆架沉积物源汇过程的特有现象,对包括南黄海在内的东部海域的沉积环境具有重要的影响。本研究通过南黄海YSL04柱的底栖有孔虫的分析,结合岩心粒度数据和放射性核素210Pb的年代标定,揭示了1855年黄河改道事件在南黄海中部泥质区西南边缘的沉积记录,探讨了有孔虫对黄河改道事件的响应。研究表明:改道之前,研究区形成了相对细颗粒沉积,有孔虫的丰度、分异度均较低,以广盐的近岸浅水冷水属种为主,研究区受河流作用和黄河入海淡水的影响,水体盐度较低;改道之后,废黄河三角洲发生快速侵蚀,岸线后退,沉积颗粒变粗,有孔虫丰度、分异度均相对较高,有孔虫组合中喜冷、窄盐的陆架浅水种含量增加,研究区波浪作用增强,失去黄河淡水注入,但是受黄海沿岸流的影响,表现为研究区水体盐度升高而水体温度降低。该研究显示1855年黄河北归渤海对南黄海沉积环境具有显著的影响。