南海北部陆坡沉积物中硫酸盐浓度变化模型与硫酸盐甲烷界面(SMI)的计算

硫酸盐作为电子受体,在有机质早期成岩作用中扮演着十分重要的角色,且较浅的硫酸盐甲烷作用带往往预示着下部有较大的甲烷逸散,或下部暗含天然气水合物藏(或天然气藏)。南海北部作为天然气水合物赋存区,了解赋存区沉积物中硫酸盐浓度变化对我们研究沉积物早期成岩作用和水合物的赋存是有重要帮助的。本文在分析了南海北部陆坡多个站位的沉积物柱状剖面中硫酸盐浓度变化特征之后,提出了南海北部硫酸盐变化模型及SMI界面深度计算方法。根据南海北部硫酸盐变化特征由浅至深可依次划分为有机质氧化驱动硫酸盐还原带、中层过渡带及下部甲烷厌氧氧化还原硫酸盐带。其中部分站位下部甲烷厌氧氧化硫酸盐还原带可分为上、下两层,两者硫酸盐还原速率以及硫酸盐梯度具有明显差异。有机质氧化带与甲烷厌氧氧化还原硫酸盐带在区内各处广泛发育,中层过渡带的存在与否取决于下部甲烷通量,在通量较大的地区中层过渡带消失。表层硫酸盐浓度增大是由有机硫氧化产生硫酸盐引起的。还应该注意的是,在计算SMI界面深度时,应剔除上部有机质氧化消耗硫酸盐的相关数据后进行计算,若下部甲烷厌氧氧化层根据硫酸盐还原速率可以划分成不同的两层,则应该使用下层数据进行拟合,计算SMI界面深度。     

南海北部陆坡天然气水合物及其赋存沉积物特征

南海北部陆坡的天然气水合物样品各具特色,神狐海域天然气水合物样品肉眼不可见,是典型的分散型水合物;珠江口盆地东部海域天然气水合物样品具有块状、脉状、结核状及分散状等多种赋存形式。在实验室内,采用现代分析仪器对这些水合物及其赋存的沉积物样品进行了系统的分析测试,研究了南海北部陆坡神狐、珠江口盆地东部海域天然气水合物的微观结构、水合指数、气体组成等基本特征,探讨了沉积物对天然气水合物赋存形式及微观分布的影响。结果表明,神狐海域沉积物中富含钙质微化石和有孔虫有利于水合物生成,且水合物主要分布在其腔体内;珠江口盆地沉积物颗粒更细,且不含微化石与有孔虫,故难以生成分散状水合物。研究区天然气水合物是典型的Ⅰ型结构,主要组成气体是甲烷,占99.4%以上;神狐海域与珠江口盆地水合物中甲烷分子在大笼的占有率99.3%以上,在小笼中分别为85.7%和91.4%,相应的水合指数分别为5.99和5.90。碳、氢同位素的综合研究表明,研究区天然气水合物的甲烷主要来源于微生物作用下的CO_2还原。     

南海北部陆坡高速堆积体沉积物稀土元素特征及其物源意义

对南海北部陆坡MD05-2905站9个沉积物样品稀土元素进行分析,结果显示MD05-2905站沉积物中稀土含量总量(ΣREE)变化范围较大,其分布范围为60.66×10-6～350.37×10-6,平均值为174.59×10-6,其中全新世样品的稀土含量总量明显低于末次冰期样品,其球粒陨石分布模式与上地壳基本一致。对比发现,其ΣREE平均值相对接近中国黄土和珠江口,而与深海粘土中稀土元素的丰度相差较大,说明其主体可能来自陆源。稀土元素分馏参数δEu和δCe以及富集因子(EF)和判别函数(DF)揭示南海北部MD05-2905站沉积物与黄土、珠江口和台湾浅滩都有联系,显示了多物源多传输方式的特征。另外发现富集因子(EF)和判别函数(DF)数值在末次冰期时期与全新世时期差别相对较大,末次冰期时期黄土、珠江口和台湾浅滩的DF值都远远小于全新世时期,这可能反映末次冰期时黄土、珠江口和台湾浅滩对南海北部的物源贡献更大,也反映末次冰期与全新世期间各个物源供给/传输方式可能发生变化。     

南海北部陆坡表层沉积物强度特征研究

随着海洋开发活动由浅海走向深海,南海北部陆坡的沉积物强度特性逐渐成为关注热点。本文通过参与2015年与2016年共享航次计划,在南海北部莺琼陆坡、神狐陆坡、东沙陆坡、台湾浅滩陆坡进行沉积物重力取样与箱式取样,并现场剖样,用以进行沉积物强度测试。地质取样结果表明东沙陆坡砂含量相对较高并发现直径约22cm黑色气孔状碳酸盐结核。在神狐陆坡沉积物表层发现活体壳类生物,在110cm深度处发现壳类生物遗骸。十字板剪切试验与笔式贯入试验结果表明南海北部陆坡,沉积物强度差异较大。但总体而言,除东沙陆坡外,莺琼陆坡、神狐陆坡、台湾浅滩陆坡表层沉积物强度一般较低。0～20cm范围内,笔式贯入阻力一般小于0.1N,十字板剪切强度最大一般不超过10kPa。0～300cm深度范围内,沉积物强度沿深度方向大致呈递增趋势,个别站位递增趋势不明显。台湾浅滩陆坡等南海北部陆坡表层沉积物存在强度分层:分层界面以上,沉积物强度较低;分层界面处,沉积物强度骤增。该分层界面可能是海底滑坡的潜在滑动面。     

南海北部陆坡聚集流体活动系统及其对天然气水合物成藏的指示意义

利用台西南盆地三维高精度地震资料,对南海北部陆坡聚集流体活动系统进行了分析和研究。在研究区识别出了断层、气烟囱、泥火山、泥底辟等聚集流体活动系统。研究区聚集流体活动系统主要特征包括：①断层与气烟囱相伴生;②气烟囱发育的区域与似海底反射（BSR）分布区域基本吻合,在气烟囱上方可以识别出一定长度的BSR;③泥底辟/泥火山导致周围和上覆地层形成了大量小尺度断层和微裂隙,中、深部流体可沿破裂带向上运移至天然气水合物稳定带内形成天然气水合物。因此,研究区聚集流体活动系统为天然气水合物发育成藏提供了流体来源,有利于天然气水合物的聚集,对于揭示天然气水合物的富集规律意义重大,能够为其他区域天然气水合物勘探提供借鉴。     

南海北部陆坡聚集流体活动系统及其对天然气水合物成藏的指示意义

利用台西南盆地三维高精度地震资料,对南海北部陆坡聚集流体活动系统进行了分析和研究.在研究区识别出了断层、气烟囱、泥火山、泥底辟等聚集流体活动系统.研究区聚集流体活动系统主要特征包括:①断层与气烟囱相伴生;②气烟囱发育的区域与似海底反射(BSR)分布区域基本吻合,在气烟囱上方可以识别出一定长度的BSR;③泥底辟/泥火山导...     

南海北部陆坡GHE24L柱样沉积物磁性特征及其环境意义

对取自南海北部陆坡神狐海域的近6m长的GHE24L柱状样沉积物磁性特征的详细研究,探讨了其磁性特征的纵向变化与沉积环境演变的关系。研究结果表明,该柱状样沉积物中的磁性矿物没有明显受到后期还原成岩作用的影响。沉积物中的磁性矿物主要是假单畴磁铁矿,其含量和粒度的变化记录了过去20ka 以来的环境演化,尤其是对末次盛冰期以来的几个重要气候事件如Heinrich 1事件、Bφlling-Allerφd暖期、新仙女木事件等有很好的响应。研究结果可为重建南海区域环境演化提供依据,也可为探究东亚海陆气候变迁的耦合联系提供约束。     

南海北部陆坡构造坡折带中的天然气水合物

构造坡折带是由同沉积构造长期活动引起的沉积斜坡明显突变的地带,对盆地充填的可容纳空间和沉积作用可产生重要的影响,构造坡折带和油气资源分布有着较为密切的关系。本文首次把“构造坡折带”概念引入到天然气水合物调查研究中,认为:构造坡折带是天然气水合物发育和赋存的重要构造单元。论文从海底坡降、断层发育以及温压场环境等角度讨论了构造坡折带对天然气水合物的控制作用,发现BSR发育位置的海底坡降一般在10×10-2～30×10-2之间;利用论文中设计的相对构造强度的算法计算了南海北部陆坡D区的相对构造强度,发现相对构造强度的次高值区有利于水合物赋存;根据高分辨率地震数据计算的构造坡折带的温压场环境,发现构造坡折带中连续变化的温压场环境能够使游离气运移到适宜的温压场中并形成水合物。在对上述研究进行总结归纳的基础上,初步提出了南海北部陆坡构造坡折带中天然气水合物的成藏模式。     

南海北部深水区沉积物稀土元素特征及其物源指示意义

对南海北部白云深水区沉积物稀土元素的研究表明,渐新世至中新世的物源发生较大变化。渐新世时期,白云深水区不同区域稀土元素的分布特征差异明显,表明沉积物物源不同。深水区北部沉积物主要来自古珠江物源区,深水区东、西部沉积物中含有较多中基性火山物质,南部则主要包含基性火山物质,说明当时南海北部地区构造活动较强,存在较多火山活动,火山活动由北向南基性成分增多。渐新世末的白云运动使南海北部深水区产生强烈持续沉降,造成陆架坡折带北移,白云深水区从渐新世浅海陆架环境演化为中新世陆坡深水环境,中新世期间沉积物主要来自深水区北部的珠江三角洲物源,深水区东部存在东沙隆起源区,而深水区南部沉积物在中新世仍受到基性火山活动的影响。     

南海北部陆坡西部海域“海马”冷泉甲烷渗漏及其海底表征

2015年3月"海马"号遥控无人潜水器(ROV)在南海北部陆坡西部海域首次发现活动冷泉,并命名为"海马"冷泉,此后中国地质调查局广州海洋地质调查局先后组织了3个航次,对"海马"冷泉开展进一步勘查和研究。本次研究在综合分析4个航次调查数据的基础上,初步阐述"海马"冷泉的分布范围、地形地貌、生物群落、自生碳酸盐岩和流体活动等特征。总体而言,"海马"冷泉区地势平缓,气体渗漏现象非常发育,是以CH₄为主要气体渗漏形成的活动冷泉区,且气体渗漏活动具有时空迁移性。气体碳同位素组成表明,海马冷泉区的CH₄为混合成因气,且以微生物成因为主;"海马"冷泉区发育有多种类型的化能自养冷泉生物群落,冷泉区种类丰富,目前已报道了多个冷泉生物新种。这些发现为研究南海北部陆坡西部海域天然气水合物分解及其环境效应、冷泉生物生命起源与演化和南海与印度洋及太平洋物种迁移贯通等科学问题提供重要依据。     

南海北部陆坡天然气水合物区海水甲烷浓度分布特征及其影响因素探讨

2011—2015年对东沙和神狐水合物钻探区进行了连续5年7个航次的海上调查工作,获取了大量研究区海水水文、水化学及溶解甲烷含量数据,为天然气水合物勘查与试采环境评价提供了良好的基础数据及采前环境基线。调查期间,研究区海水甲烷浓度范围为0~31.4nmol·L~(-1),平均浓度为6.7nmol·L~(-1),高于全球平均海水甲烷浓度,表明南海海水甲烷浓度本底值高于全球平均水平;研究区海水溶解甲烷浓度及其分布特征不受区域海水水文特征、海水化学特征及季节等因素影响,且表层海水-大气甲烷交换并非单一的汇或者源的关系,而是根据时间的不同,海水-大气甲烷交换存在汇源转换;综合调查结果表明,研究区甲烷渗漏对海水、大气甲烷含量没有明显影响,且水合物钻探对区域环境没有明显的影响。     

南海北部陆坡高速堆积体的构造成因

南海北部陆坡是南海海域沉积活动最为活跃的地区之一,发育着迄今为止所发现的南海最高沉积速率堆积体。构成该堆积体的沉积物究竟来自何方,仍是南海沉积学研究中未解决的问题之一。通过对南海北部多道地震剖面的解释和海底底流观测资料的分析,指出南海北部中新统披覆层是南海北部断陷阶段结束后开始沉积的一套地层,直到上新世开始前,该地层在很大一个区域内是保持水平的;上新世后,由于构造抬升,中新统披覆层随之隆起,并在东沙隆起的部位遭受很大程度的剥蚀,其剥蚀量和南海北部珠江、韩江以及台湾西南部高屏溪和曾文溪向南海的输沙量相当,为南海北部一个非常重要的沉积物来源。研究分析指出,如果珠江和韩江所携带的沉积物全部沉积到南海北部陆坡区,则可获得的沉积速率为12 cm/ka,这一数值远低于该高速堆积体上的沉积速率值。从南海北部现今的沉积动力条件和地形上看,来自珠江和韩江的沉积物几乎不可能经过平坦的陆架区,再绕过东沙岛,优先沉积到该高速堆积体上。本研究中的高速堆积体的沉积物也不可能主要来自台湾西南的高屏溪和曾文溪,因为台西南河流所携带的沉积物被特殊的洋流体系圈闭于台湾周边一个较小的范围内沉积下来。观测数据表明,南海北部东沙隆起区有足够强的水动力环境能够剥蚀海底隆起的沉积地层,并将剥蚀下来的沉积物向南经陆架输运到陆坡区;该高速堆积体紧邻东沙隆起剥蚀区,其沉积物来源应该主要来自东沙隆起剥蚀区。     

南海北部陆坡西沙海槽XS-01站位沉积物孔隙水的 地球化学特征及其对天然气水合物的指示意义*

天然气水合物是近年来国际上发现的一种新型能源,大量赋存在海底沉积物中。西沙海槽位于南海北部陆坡区,周边有多个大型深水油气田区。对该区地形地貌、地质构造和沉积条件分析以及地球物理BSR分布表明,西沙海槽是我国海洋天然气水合物资源勘查的一个有利远景区。文章主要研究了位于西沙海槽最大BSR区内的XS-01站位沉积物孔隙水的地球化学特征,发现该站位孔隙水阴阳离子浓度和微量元素组成特征变化显示出可能与天然气水合物有关的明显地球化学异常,与国际上己发现有天然气水合物地区的异常相类似。因此,认为该站位是西沙海槽区最有利的天然气水合物赋存区,值得进一步的勘查工作。     

南海北部陆坡天然气水合物的地震速度研究

采用D ix公式法和速度反演法分别对南海北部陆坡测线A和B的层速度及纵波速度进行计算,结合BSR、振幅空白带以及波形极性反转等多种水合物赋存信息的分析,对水合物成矿带的速度特征进行了综合研究。结果表明:低速背景中的高速异常,是天然气水合物赋存的重要特征;高速异常体一般呈平行于海底的带状分布;在高速异常体的内部,速度也是不断变化的,一般在异常体的中心速度最高,由中心到边缘速度逐渐降低,反映在水合物矿带内部,水合物饱和度由矿体中心向边缘逐渐降低的特征。研究结果表明高精度速度分析不仅可以帮助寻找水合物矿点,还可以进一步判定水合物的富集层位。     

南海北部陆坡天然气水合物区地质灾害类型及其分布特征

南海北部陆坡区存在着有利天然气水合物的成藏条件,综合调查及钻探结果揭示南海北部陆坡区蕴藏着丰富的天然气水合物资源,天然气水合物多发育在构造活动复杂地区,同时也是灾害地质因素高发区,潜在的灾害地质因素对水合物的赋存及商业开发是极大的威胁。本文基于广州海洋地质调查局多年来在南海北部天然气水合物发育区采集的大量2D、3D、浅地层剖面及多波束测深资料对南海北部水合物发育区进行海底灾害地质研究,对研究区地形地貌特征、灾害地质因素类型、特征、成因及分布特征进行了综合分析,同时阐述了灾害地质因素与水合物的形成与分解之间的关系,研究结果对南海北部陆坡区天然气水合物区成矿预测、试采井布置及未来灾害风险评价提供了基础数据和决策依据。     

南海神狐海域Site 4B沉积物地球化学特征及其对甲烷渗漏的指示意义

前人对Site 4B站位海底浅表层沉积物的研究显示该站位历史上可能存在甲烷渗漏事件。为研究该站位的甲烷渗漏历史,分析了Site 4B站位柱状沉积物的元素地球化学特征,及沉积物中Mg/Ca和Sr/Ca比随深度的变化规律以及自生碳酸盐矿物的分布特征。元素相关性分析表明:研究区Ca、Sr等碳酸盐相关的元素极有可能来自于与甲烷渗漏有关的自生碳酸盐。结合沉积物的粒度特征,认为Site 4B站位在15.78 ka B.P.之前泥火山活动造成甲烷渗漏,且甲烷渗漏速率具有增大—减小的周期性变化特点。研究站位在24.15 ka B.P.、27.47 ka B.P.、31.05 ka B.P.具有相对较高的甲烷渗漏速率,且在31.05 ka B.P.达到最大值。研究结果对探明南海北部的甲烷渗漏历史具有重要的意义。     

南海北部陆坡软黏土动力应变-孔压特性试验

针对南海北部陆坡原状软黏土,开展了不同偏压固结比 和循环应力比CSR条件下的动三轴试验,探究了动荷载作用下试样的残余动应变、残余动孔压与循环振次的变化规律;综合考虑试验过程中残余动应变和残余动孔压的关联性,提出了基于动应变-孔压模式的动三轴试验破坏标准,并采用微观电镜扫描（SEM）图像揭示其作用机制。研究表明：在给定 条件下,CSR值不同,残余动应变随循环振次的发展趋势呈现出显著差异性,而残余动孔压随循环振次的变化规律基本一致;随着 的增加,CSR临界值逐步增大,相应的最终残余动应变逐渐减小,而残余动应变-动孔压曲线也表现出相似特征;将传统的应变值破坏标准扩展至由应变-孔压曲线拐点控制的破坏区间,可以有效界定破坏振次并描述试样的完整破坏过程,揭示动荷载条件下试样内在的有效应力-应变-孔压互馈机制。上述研究成果将为南海北部陆坡软黏土软化-孔压模型的建立、海洋地质灾害评价与预测、海洋工程基础设计提供可靠参考。     

内蒙古额济纳盆地硫酸盐沉积物中δ17O异常及其指示意义

为探析我国干旱地区地表硫酸盐沉积物中δ17O异常的存在及其变化特征,在西北额济纳盆地采集地表盐结层、现代风尘土、湖底沉积物和盐池土壤四种不同类型的硫酸盐沉积物样品。利用硫酸银(Ag2SO4)热解法同时测定硫酸盐样品中的δ17O和δ18O值,其δ17O、δ18O和Δ17O的分析精度分别为0.5‰、0.3‰和0.1‰。研究发现:(1)四种不同硫酸盐沉积物中均存在δ17O异常,其Δ17O值为0.2‰~1.0‰,这表明具有δ17O异常的硫酸盐能够从大气圈转移到陆壳矿物中,并在特定的地表环境中累积起来;(2)西戈壁的吉格德查盐池土壤剖面上硫酸盐Δ17O值随深度增加而增大,变化范围为0‰~0.6‰,这可能是干旱区极其有限的降水淋滤作用使具有较大Δ17O值的硫酸盐优先淋滤的结果,这种分离效应揭示的是在干旱的气候条件下,硫酸盐在土壤剖面上分离的过程。本研究证明我国干旱沉积环境中的硫酸盐δ17O异常的存在,为大气中臭氧(O3)和过氧化氢(H2O2)的氧同位素异常能够转移到地表矿物中提供新的证据,为地表沉积物中硫酸盐的来源、迁移、混合及沉积后的变化提供有效信息。     

南海北部狭窄陆架-断裂陆坡控制的大型深水扇体系

南海北部狭窄陆架-断裂陆坡控制的深水沉积体系研究程度极低.以“源-渠-汇”耦合思想为指导,基于岩石学特征、测井相、地震相分析,刻画了揭阳凹陷珠海组深水扇砂体的垂向叠置和横向迁移特征,并将其形成演化划分为珠海组四段初始形成期、珠海组三段-二段发展扩大期、珠海组一段萎缩消亡期.揭阳凹陷珠海组大型盆底扇的形成受控于易剥蚀的中生界物源、多期的相对海平面快速下降、狭窄陆架-断裂陆坡的有利地貌这3个关键因素的耦合作用;在区域三级相对海平面快速下降的背景下,揭阳凹陷北侧东沙隆起富砂的下白垩统快速剥蚀,沉积物直接沿狭窄陆架区的侵蚀下切谷或小型陆架边缘三角洲的水下分流河道搬运,顺断裂坡折带或构造转换带调节,以重力流形式经峡谷水道继续搬运至下陆坡盆地形成大型海底扇.