南海西沙海槽S14站位的地球化学异常特征及其意义

西沙海槽具备良好的天然气水合物的形成条件,并已发现与其有关的地球物理标志--模拟海底反射层（BSR）。通过对西沙海槽S14大型活塞站位的孔隙水和沉积物样品进行化学组分、酸解烃和热释光等方面的分析测试,结果发现在海底之下4～5 m区间存在着较明显的高盐高烃异常,其中酸解烃中的甲烷、乙烷、丙烷含量及其热释光值均有所增高,孔隙水中的绝大部分离子及其盐度也存在着明显的升高,这一高盐高烃异常可能是下部与天然气水合物有关的孔隙流体沿着断层向上迁移所致。这些地球化学异常以及模拟海底反射层等地球物理标志显示该站位之下可能存在天然气水合物。     

海洋沉积物孔隙水硫酸盐浓度和碳同位素对天然气水合物的指示

硫酸根离子（SO42－）是海洋沉积物孔隙水中的重要组分之一。硫酸盐还原菌利用孔隙水中SO42－作为氧化剂氧化沉积物中有机质或甲烷，造成孔隙水中SO42－离子浓度降代，同时使溶解在孔隙水中CO2的碳同位素组成降低。研究表明，在有天然气水合物出现的地区，强烈的甲烷缺氧氧化作用使孔隙水SO42－浓度急剧下降，表现为海底沉积物中硫酸盐－甲烷界面（SMI）较浅。如布莱克海台区，SMI界面为5.1～23.9m，界面附近深解于孔隙水中CO2的δ13C值低达－39％。笔者发现南海北京海区几个站位具有类似于布莱克海台区的较浅的SMI界面（7.5～17.2m）和极低的δ13C值（－29‰），结合其他地质、地球物理和地球化学证据，推测这些站位处可能赋存有天然气水合物，值得开展进一步详查工作。     

南海北部地区海洋沉积物中孔隙水的氢、氧同位素组成特征

海洋沉积物中孔隙水的H、O同位素地球化学研究可以有效示踪天然气水合物的存在,中国南海地区由于地处三大板块交会处,地质构造特殊,沉积地层厚,沉积速率高,有机质丰富,并有指示天然气水合物存在的地球物理证据BSR存在,符合天然气水合物的赋存条件.本文对南海北部地区部分海域浅层沉积物中孔隙水样品进行了H、O同位素分析,试图探讨与天然气水合物赋存有关的地球化学异常.通过研究认为,①南海处于三大板块的交界处,具有特殊的地球物理场和构造沉积特征以及较适合天然气水合物赋存的温压条件,特别是南海北部地区有利于天然气水合物的生成;②南海北部地区部分海域的浅表层沉积物的H、O同位素测试中可以看出,总体上与海水的正常值一致,可能来自海水,但是在其中A14站位8个样品表现出了与天然气水合物有关的重同位素随深度增加的趋势.也许指示该区有天然气水合物存在的可能性.     

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。     

南海北部西沙海槽沉积物管状黄铁矿特征及其形成机理*

南海北部西沙海槽S1站位的岩心柱沉积物中广泛发育自生矿物黄铁矿,其形态以管状为主,且具有内部中空的圈层结构。使用扫描电镜、电子探针、LA-ICP-MS、SIMS等测试方法研究了管状黄铁矿的形态及圈层结构,结果显示: (1)管状黄铁矿发育内部中空的圈层结构,其中内圈层(I_py)由莓球状黄铁矿呈五角十二面体紧密堆积组成,外圈层(O_py)由晶形较好晶粒较大的八面体黄铁矿组成,并混有沉积碎屑及钙质生物壳体;(2)内圈层和外圈层分别呈现出贫S富Fe和富S贫Fe的特征,其成因是甲烷渗漏造成的局部还原环境使得As进入黄铁矿中导致晶格空缺或被扭曲,从而促进Ni、Co、Cu、Zn、Pb等微量元素的掺入;(3)内圈层、外圈层发生了明显的硫同位素分馏现象,内圈层中 δ³⁴S 平均为-37.8‰,外圈层中 δ³⁴S 平均为-29.3‰。研究认为,管状黄铁矿作为曾经甲烷渗漏的通道,其生长机制可分为3个阶段: (1)气水通道形成阶段: 向上运移的甲烷流体在沉积物孔隙中逐渐形成气水通道;(2)外圈层形成阶段: 当向上运移的甲烷与硫酸盐发生甲烷厌氧氧化时,逐渐形成晶体较大、晶形较好的八面体黄铁矿外圈层;(3)内圈层形成阶段: 随着甲烷浓度逐渐降低,在气水通道中的微生物作用下,剩余甲烷与向下运移的硫酸盐继续反应形成莓球状黄铁矿内圈层。因此,南海北部的泥岩中大量发育的管状黄铁矿常常与地层中甲烷水合物的存在有关。     

东沙群岛海域沉积物游离烃和孔隙水特征及其地球化学意义

对东沙群岛海域HD170和HD196A两个站位，通过系统的顶空气和孔隙水离子取样测试，对柱状样沉积物和底层水中游离甲烷的含量和沉积物孔隙水的离子组成特征以及孔隙水的来源进行了分析。游离气的分析表明，多数沉积物样品中游离甲烷的含量小于20μL／kg，但在HD196A站位，随着沉积物在海底以下埋深的增加，其中的游离甲烷含量迅速增加，在754～774cm，沉积物中游离甲烷的含量达到了7468．66μL／kg，推测其下存在巨大的烃类供应源。孔隙水的^86St／^87Sr同位素测试显示，本文所研究的两个站位沉积物孔隙水来源于正常的海洋沉积过程，而δ^11B的特征表明，沉积物中存在着与海水交换的吸附水，并且HD170站位的交换更多。柱状样沉积物孔隙水中，Ca^2＋、Mg^2＋与SO4^2-浓度表现出随着深度增加而明显降低的趋势，其中HD196A站位的硫酸盐甲烷界面小于10mbsf，暗示了该站位深部很可能赋存天然气水合物。     

南海琼东南盆地-西沙海槽天然气水合物地球化学勘探与资源远景评价

研究工区范围为南海琼东南盆地至西沙海槽一线的海域。数据来自：中国地质大学参加了2000年和2006年在中国南海西沙海槽工区天然气水合物地球化学勘探,通过现场快速勘查实测和室内分析测试得到的多种烃类数据;申请到大洋钻探3个航次典型钻井的样品,经国内实验室实测得到的酸解烃指标和酸解烃微量甲烷碳同位素数据;搜集的其他文献涉及研究区的酸解烃指标数据和酸解烃微量甲烷碳同位素数据。依据甲烷的地球化学特征、湿度比值分布和甲烷碳同位素的组成特征对研究区天然气水合物的成因进行了分析研究;依据数据对比探讨了酸解烃微量甲烷同位素值的地球化学意义,对中国海区天然气水合物的成因进行了讨论判别。最后,依据上述结论对区内天然气水合物资源的远景进行了评价和预测。     

南海北部孔隙水碘与天然气水合物成藏关系研究

天然气水合物是一种重要的新型能源。然而,深海水合物具有埋藏深、作业难度大等特点,水合物难以被高效准确地识别,这已成为制约南海水合物地质调查的瓶颈之一。针对这一问题,本文结合近年来国际上新兴的碘及碘同位素方法,对南海北部台西南盆地两个站位的柱状沉积物(HD-86V和HD-109)开展了水合物成藏识别的研究。该沉积物孔隙水中碘离子含量分别介于8.3~132.0μmol/L和7.4~118.1μmol/L之间,远高于正常海水值(0.44μmol/L)。结合区域水合物勘查结果及甲烷含量特征,发现孔隙水碘离子含量与甲烷含量表现为显著的正相关关系。对比琼东南盆地及神狐工区等区域数据,均表明沉积物孔隙水碘离子含量在南海水合物成藏示踪方面具有良好的应用前景和推广价值。     

南海北部东沙群岛HD196站位地球化学特征及其对水合物的指示

南海北部是中国海上油气的重要基地,也是中国天然气水合物调查的首选地区。对南海北部东沙群岛附近具有BSR特征的HD196站位沉积物样品的地球化学特征进行综合分析,得到以下结果:柱状样沉积物的常量元素的分布具有分段性,且与沉积物孔隙水中的离子浓度和甲烷含量的变化趋势相一致,可能对其下面是否存在天然气水合物有指示意义;同时柱状样沉积物孔隙水中离子浓度的变化与世界上发现天然气水合物地点的孔隙水离子浓度的变化一致。HD196站位的地质条件表明本站位具有天然气水合物形成的温压条件、气源条件和构造条件,因此在本站位的下面赋存天然气水合物的可能性比较大,在此进一步工作有可能取得天然气水合物勘查的突破。     

南海北部海区海底沉积物中孔隙水的Cl-和SO42-浓度异常特征及其对天然气水合物的指示意义

硫酸根含量是天然气水合物孔隙水中重要的参数之一,硫酸根与水合物的赋存关系已成为天然气水合物地球化学异常研究的重要组成部分。为了更深入地了解硫酸根浓度异常产生的原因和机制,建立一种实时、快速的测定方法就显得尤为重要。本文利用自行设计的天然气水合物反应装置,建立了海水中硫酸根在高压低温环境下的拉曼光谱定量测定方法。硫酸根的浓度（ρ）在2.0~70.0 g/L范围内,与其拉曼光谱参数（R）有良好的线性关系,线性回归方程为R=0.0013ρ-0.000066,相关系数r = 0.9998。方法检出限为0.2 g/L,精密度（RSD,n=12）为2.5%~3.4%,回收率为102.1%~123.8%。测试结果表明,采用拉曼光谱法可在线检测天然气水合物-水体系中硫酸根的浓度变化;相对于离子色谱法,具有不破坏原样品和方便快捷等优点。通过对硫酸根浓度变化的初步分析,发现其浓度呈阶梯状升高,认为天然气水合物的形成是一个气体溶解-成核-生长反复进行的过程,直至整个反应体系达到平衡。

     

海上气态烃快速测试与西沙海槽天然气水合物资源勘查

西沙海槽具有适合天然气水合物形成和赋存的地形地貌及地质条件 ,是中国海洋天然气水合物资源勘查的远景区。为配合中国首次天然气水合物资源的调查研究 ,在该区进行了海底表层沉积物甲烷、乙烷等气态烃快速现场测试。研究发现 ,海底沉积物随着埋深的增加气态烃含量具有增高的趋势 ;最佳取样深度应在埋深 1～ 4m处 ;海底沉积物甲烷高含量异常区域主要分布在B33周围、A0 9—A11周围、B17—A0 2周围和B0 1—B0 3周围等区域。西沙海槽北部陆坡比槽底及南部斜坡具有更好的甲烷异常显示。该研究成果为以后该区天然气水合物资源的重点勘查提供了科学依据     

Geochemical characteristics of sediment pore water from Site XS-01 in the Xisha trough of South China Sea and their significance for gas hydrate occurrence

Gas hydrate is a recently-found new source of energy that mostly exists in marine sediments. In recent years, we have conducted gas hydrate exploration in the South China Sea. The Xisha trough, one of the promising target areas for gas hydrate, is located in the northern margin of the South China Sea, adjacent to several large oil and gas fields. The Xisha trough extends 420 km long with the water depth of 1 500 m in the west part and 3 400 m in the east part and deposits thick sediments with organic matter content of 0.41%–1.02%. Previous studies on topographical features, geological P-T conditions, structural geology, sedimentary geology and geophysical bottom simulating reflectors (BSR) in the Xisha trough suggest that this area is favorable for the formation and accumulation of gas hydrate. In this paper, we present geochemical analyses for the sediment and pore water from a piston core at Site XS-01 in the Xisha trough. Seven pore water samples were analyzed for their anion (Cl⁻, SO₄ ²⁻, Br⁻, I⁻) contents, cation (Na, K, Ca, Mg) contents and trace element (Li, B, Sr, Ba, Rb, Mn) contents. Eight sediment samples were analyzed for stable carbon and oxygen isotopic compositions. A number of geochemical anomalies such as anions (e.g. Cl⁻, SO₄ ²⁻), cations (e.g. Ca, Mg) and trace elements (e.g. Sr, Ba, B) were found in this study. For example, the concentrations of Cl⁻ and SO₄ ²⁻ in pore water show a decreasing trend with depth. The estimated sulfate/methane interface (SMI) is only 18 m, which is quite similar to the SMI value of 23 m in the ODP164 Leg 997 at Blake Ridge. The Ca, Mg and Sr concentrations of pore water also decrease with depth, but concentrations of Ba, and Mg/Ca and Sr/Ca ratios increase with depth. These geochemical anomalies are quite similar to those found in gas hydrate locations in the world such as the Blake Ridge and may be related to the formation and dissociation of gas hydrates. The salt exclusion effect during the gas hydrate formation will cause an increase in major ion concentrations in the pore waters that diffused upward such as Cl. The anaerobic methane oxidation (AMO) may lead to the change of SO₄ ²⁻ and other cations such as Ca, Mg, Sr and Ba in pore water. Low δ ¹³C value of authigenic carbonates is a good indicator for gas hydrate occurrence. However, the bulk sediment samples we analyzed all show normal δ ¹³C values similar to biogenic marine carbonates, and this may also suggest that no gas hydrate-related authigenic carbonates exist or their amount is so small that they are not detectable by using this bulk analytical method. In conclusion, we suggest that the Site XS-01 in the Xisha trough of the northern margin of the South China Sea is a potential target for further gas hydrate exploration. Translated from Quaternary Sciences, 2006, 26(3): 442–448 [译自: 第四纪研究]     

南海北部天然气水合物远景区末次冰期以来底栖有孔虫稳定同位素特征及其影响因素

底栖有孔虫碳同位素负偏移是地质记录中天然气水合物释放的重要证据之一.对南海北部西沙海槽和东沙陆坡等天然气水合物远景区XH-27PC和DS-4PC柱状样分别进行顶空气甲烷含量分析、有机碳含量分析、粒度分析和有孔虫氧碳同位素分析.结合碳酸盐含量及AMS 14C 测年,揭示研究区末次冰期以来底栖有孔虫的稳定同位素特征.结果显示: 西沙海槽BSR区沉积物中甲烷含量较低; 底栖有孔虫碳同位素负偏不明显,与顶空气甲烷含量呈弱正相关(R=0.32),与有机碳含量有强负相关(R=-0.82),说明低通量甲烷不足以引起底栖有孔虫碳同位素显著偏移,在无甲烷或甲烷轻微渗漏的环境中有机碳的厌氧氧化是影响底栖有孔虫碳同位素组成的主要因素.东沙陆坡BSR区沉积物中含有大量的甲烷气体; 底栖有孔虫氧同位素记录在末次冰期异常偏重,可能与天然气水合物的分解释放有关; 同时可识别出多期碳同位素快速负偏事件,其成因很可能是末次冰期海平面下降导致海底沉积物的温度、压力条件发生变化,从而引发水合物甲烷失稳分解,底栖有孔虫吸收富 12C的甲烷源碳致使壳体碳同位素负偏移.     

中国南海天然气水合物沉积成藏条件初探及其分布

中国南海是西太平洋最大的边缘海之一 ,具备良好的天然气水合物成藏条件和勘探前景。根据沉积条件 (沉积速率、沉积相和含砂率等 )分析 ,综合多方面的地质条件 ,认为气水合物存在于水深30 0～ 35 0 0m的区域 ;陆坡和靠近沉积中心的高沉积速率的厚层沉积为天然气水合物聚集的有利部位 ,与BSR分布的吻合率在 6 0 %～ 80 %之间 ;等深流、重力流沉积和各类扇体 (如三角洲、扇三角洲、低位扇等 )的前缘为水合物沉积的有利相带 ,与BSR分布的吻合率在 5 0 %～ 75 %之间 ;赋存气水合物的沉积物的含砂率通常在 35 %～ 70 %之间。依据多方面资料的研究 ,在南海海域划分出 1 1个有利的天然气水合物勘探远景区块 ,面积共 1 2 .5 (± 1 .5 )× 1 0 4km2 ,约占整个南海总面积的 3.6 %。     

南海神狐地区天然气水合物形成分解与构造作用的关系

以神狐地区高分辨率二维地震剖面资料为基础,结合层形态理论、地震响应特征及层序地层分析,研究了南海神狐地区天然气水合物成藏与构造作用的关系.利用层形态理论,通过构造活动的强弱,把二级层序划分为若干构造活动期次,建立了构造活动与层序地层之间的关系,着重探讨了构造活动对天然气水合物形成与分解的影响.在此基础上,对天然气水合物成藏模式与构造演化模式的关系进行了深入的研究.     

南海天然气水合物地震资料处理及其特征

以中国首次在南海北部某海区采集的以探测天然气水合物为目的的超过500km的多道高分辨率地震调查数据为基础，利用真振幅处理，子波处理，速度分析，叠前偏移处理以及地震属性道处理等多种针对天然气水合物的先进处理技术和方法，有效地寻找天然气水合物的存在标地，如似海底反射（BSR），振幅空白，极性反转，异常速度等，证实南海北部存在天然气水合物，并具有独特的地震反射特征。     

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。     

莺歌海盆地地层水的化学特征及其石油地质意义

4件水样取自南海写歌海盆地的东方1-1-1及东方1-1-2两口钻井中,两口井均位于该断陷盆地的中心,取样深度、层位及化学分析结果详见表1和表2。     

南海北部深水盆地沉积-构造的差异性及其油气意义

南海北部深水区自西向东依次分布着琼东南盆地、珠江口盆地、台西南盆地等新生代被动陆缘盆地,这些盆地经历了大致相当的从裂陷到坳陷的构造演化史,但在张裂活动过程中存在着明显的沉积-构造的差异性。构造沉降特征分析显示:在同一构造带上自西向东有盆地主要构造沉降发生的时段逐步变晚的趋势;在不同构造带上自北向南有盆地主要构造沉降发生的时段逐步变晚的趋势。这种沉积-构造的差异性对烃源岩的发育类型、分布及生储盖组合等方面有明显的控制作用,表现为:裂谷期构造沉降幅度大的盆地,陆相烃源岩发育,以陆生陆储陆盖型成藏组合为主;裂后期构造沉降幅度大的盆地,海相烃源岩发育规模较大,海生海储海盖型成藏组合及混生海储海盖型生储盖组合所占分量逐渐增多。推测渐新统湖相-湖沼相及海陆过渡相源岩和中新统海相烃源岩应是南海北部深水区油气的主要来源,陆生海储海盖型、海生海储海盖型及混生海储海盖型生储盖组合应是深水区基本生储盖组合类型。     

南海北部时间系列沉降颗粒的有机地球化学特征及意义

通过对南海北部用大孔径沉积物捕获器采集的时间系列沉降颗粒样品中总有机碳，总氮，氨基酸与单糖组分以及叶绿素等有机组分的分析，揭示了南海颗粒物质中有机组分的主要特征，表明沉降颗粒物质中有机质主要来自近期生长的海洋浮游生物，并进一步推断季风对南海北部沉降颗粒物质通量及有机组分具有重要的控制作用。