神狐海域水合物沉积层稀土元素地球化学特征

利用ICP-MS对神狐海域天然气水合物SHW2和SHW7两钻孔柱状样品含水合物层沉积物中的稀土元素进行了分析和研究,结果表明:SHW2及SHW7两钻孔各12个样品的ΣREE丰度平均值与上陆壳的平均值接近;沉积物中轻稀土和重稀土存在显著分异,两钻孔稀土元素配分模式相近,与上陆壳和代表上地壳平均值的澳大利亚后太古代页岩(PAAS)的稀土元素分布形态相似,并继承了源区母岩性质,显示出物源主体为陆源岩。两钻孔稀土参数剖面图显示,稀土总量(ΣREE)和轻稀土总量(LREE)、重稀土总量(HREE)具有很好的正相关性,δCe与δEu基本显示负相关,推测其沉积物源具有相似性。     

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10~25 mbsf(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180~215 mbsf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SO42-浓度变化趋势及δ13CDIC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。     

南海神狐海域上陆坡区典型浅地层剖面的初步解释

应用Triton SB-Interpreter软件对"大洋一号"DY115-20航次试航A航段在南海神狐海域上陆坡区取得的TOPAS浅地层剖面资料进行后处理,并对处理结果进行初步解释,结果表明:(1) 根据地形特征,南海神狐海域上陆坡区顺坡向下可分为起伏区和平坦区,起伏区地形起伏较大,声波穿透性较差;平坦区地形基本没有起伏,声波穿透性较好.(2) 陆坡凸起可能广泛发育于研究区,并且和天然气水合物关系密切,陆坡凸起的成因可能是泥底辟作用,或泥底辟等因素的存在导致沉积地层在重力作用下发生变形.(3) 研究区沉积层中发育有声空白补丁、局部增强反射和声空白带等声学特征,证明了含气结构的存在,相应的沉积层构成了一个含气结构带,若含气结构带下方发育的断层成为气体向上运移的通道,深部天然气水合物的分解为气体的来源,则由此构成的"气源+运移通道+含气结构带"组合可能成为天然气水合物的找矿标志.综上可见,应用Triton SB-Interpreter软件对TOPAS浅地层剖面资料进行后处理,得到的浅地层剖面对寻找天然气水合物具有一定的指示意义.     

南海北部陆坡神狐海域HS-373PC岩心表层沉积物古菌多样性

利用分子生物学技术分析南海北部神狐海域天然气水合物潜力区HS-373PC岩心表层沉积物中古菌多样性,从沉积物中提取总DNA并扩增古菌16SrRNA基因序列,对克隆文库进行系统发育分析。结果显示所有古菌序列均属于泉古菌(Crenarchaeota)和广古菌(Euryarchaeota)。其中泉古菌以C3为主要类群,另有少量序列属于Marine Benthic Group(MBG)-B,MBG-C,Marine Crenarchaeotic Group I(MGI),Marine Hydrothermal VentGroup(MHVG)和Novel Group of Crenarchaea(NGC);广古菌以MBG-D为主,其它序列分别属于UnclassifiedEuryarchaeotic Clusters-1/2(UEC-1/2)。     

南海北部东沙海域水合物区浅表层沉积物的地球化学特征

对采自南海北部陆坡东沙海域水合物区HD319、HD196A和GC10站位的浅表层沉积物进行了地球化学特征研究。X射线衍射分析和扫描电镜观察表明,沉积物中存在具有天然气水合物和甲烷渗漏指示意义的自生碳酸盐、硫酸盐和黄铁矿。沉积物孔隙水化学组分分析显示,随着埋藏深度加深,SO42-、Ca2+、Mg2+和Sr2+浓度明显降低,CH4、H2S浓度的增加,以及Mg2+/Ca2+和Sr2+/Ca2+比值急剧增加,与世界上水合物区浅表层沉积物孔隙水中离子浓度异常特征吻合。沉积物顶空气游离烃分析结果和孔隙水化学组分变化,特别是SO42-、H2S和甲烷含量的急剧变化,说明研究区有丰富的气源,赋存水合物的可能性非常大,同时指示了研究区硫酸盐-甲烷界面(SMI)较浅,位于海底之下8 m左右。     

南海北部陆坡神狐海域浅地层与单道地震剖面联合解释——水合物区沉积地层特征

本文通过南海北部陆坡神狐海域浅地层、单道地震剖面联合解释,发现了一系列与天然气水合物密切相关的海底异常地貌、地层结构.在精细浅地层剖面上发现了陆坡丘状体、浅部断层以及由连续强反射层、声空白补丁、局部增强反射和声空白带构成的海底浅部含气带.浅部含气带位于海底之下34-82m,通过其空间分布位置判断,认为气体来源于深部天然气水合物的分解.在单道地震剖面上识别出麻坑、气体渗漏柱、褶皱、模拟海底反射(BSR,bottom simulating reflector)等结构.BSR位于我国首次钻取的天然气水合物样品深度之下,判断其为该区水合物稳定带底界.依据ODP1148站深海钻井的地层厚度、沉积速率、测年等资料进行地层划分,识别出渐新世、中新世等地层界面,初步建立了神狐海域水合物区沉积地层年代标尺.地层年代划分结果表明BSR、褶皱、首次钻取的水合物样品位于晚中新世至上新世地层内,以上地层成为南海北部神狐海域天然气水合物勘探重点目标层位.     

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ODP1146站位烃类气体地球化学特征及其意义

ODP1146站位位于东沙群岛南部的尖峰北小型裂谷盆地内。系统的顶空气和酸解烃分析结果表明,在0～250m（海底合成深度）区间的烃类气体含量较低且变化不大,但在390～590m特别是在550～590m区间存在较明显的高烃异常。这一高烃异常可能与天然气水合物有关,是邻区天然气水合物分解后释放出的高烃流体沿层间裂隙或断层侧向迁移的结果。甲烷碳同位素的测定结果显示其δ^13C1值为-24.0‰～-37.8‰（PDB标准）,结合烃类气体的分子比值C1／（C2＋C3）,1146站位的烃类气体应是热解气或是以热解气为主的混合气,但在中上部可能存在部分微生物气。     

南海北部神狐西南海域天然气水合物成矿远景

通过对南海北部神狐西南海域的构造、沉积及气源环境研究,探讨了神狐西南海域天然气水合物的成矿条件,认为该区具有天然气水合物良好的成矿环境;通过穿越神狐西南海域陆坡深水区的典型高分辨率地震剖面资料的解释,初步判识出天然气水合物的可能分布区,预测了天然气水合物的成藏远景。     

南海神狐海域天然气水合物样品的基本特征

我国于2007年在南海神狐海域成功地钻获了天然气水合物样品。为了深入了解这些样品的结构、气体组成及饱和度等基本特征,在实验室内采用不同的技术手段对其进行了系列的分析测试研究,主要包括水合物结构鉴定、气体组分分析、含气量及饱和度计算等。结果表明,南海神狐海域水合物是典型的I型结构,主要组成气体是甲烷,占99.3%以上;甲烷分子在大笼的占有率99%以上,在小笼中86%左右,水合指数5.99。沉积物中水合物的饱和度为21%左右,低于野外观测的数值,主要是由于沉积物岩心样品中存在部分自由水,使测定结果偏低。     

南海神狐表层沉积物常量元素地球化学特征及其物源分析

通过对神狐海域109个站位表层沉积物样品的常量组分化学分析,研究了该区域海底沉积物常量组分的地球化学特征、R-型因子分析和典型组分分析与物质来源的关系。分析结果表明,SiO2含量最高,并随着水深增加而增大,CaO和CaCO3含量的变化趋势与SiO2正好相反;常量组分相关分析结果表明,SiO2、Al2O3、Fe2O3、MgO、K2O、Na2O、TiO2、MnO之间存在显著至弱的正相关关系,而CaO、CaCO3和烧失量与上述组分呈明显的负相关关系。R-型N子分析和典型组分分析结果表明,神狐海域物质来源复杂,主要受陆源组分和碳酸盐型的生物碎屑组分控制,属于半深海沉积环境。     

南海北部神狐海域水合物赋存层位古环境和古生产率

天然气水合物作为一种新型的清洁能源,其形成需要稳定的有机质供应。南海北部神狐海域为天然气水合物成藏的有利区域,2017年中国地质调查局在神狐海域水合物试采获得突破性成功。为了进一步了解古环境和古生产率对形成水合物有机质供应的影响,对南海北部神狐海域水合物钻探区SH3站位180～215mbsf(meters below the sea floor)层位,尤其是水合物主要赋存层位190～200mbsf的古环境、古生产率以及陆源碎屑物质的地球化学指标进行分析研究。研究表明水合物主要赋存层位陆源碎屑物质(TDM)输入增加,较高的陆源碎屑物质输入和次氧化的沉积环境共同造就了比较好的有机质的外部保存条件;同时较强的水动力条件,有利于藻类生物的繁殖,因此,生物成因有机质比较丰富,再加上神狐海域有比较良好的热解气的形成条件,这3个层面共同保证了神狐海域具有比较充足的有机质供应。     

南海北部陆坡神狐海域水合物调查区新近系地震相与沉积相

根据晚中新世以来南海发生的构造运动和莺琼盆地、珠江口盆地及全球海平面相对变化,结合地震反射终止关系将神狐海域水合物调查区新近系划分为8个地震层序。根据"外状内形"的基本原则,从地震波阻内部反射构造加上外部几何形态,辅以地震物理属性(视振幅、视频率、连续性)特征,在研究区共识别出充填状、丘状、席状、透镜状、滩状、楔状6类19种地震相。根据地震反射参数与沉积作用的对应关系,结合单井测井相,将本区地震相与沉积相进行转换,作出了T2以上4个三级层序平面沉积相展布图,并推断出底部4层地层的平面沉积相展布。对比已钻探的水合物深度,发现水合物主要围绕滑塌体富集。     

南海神狐海域表层沉积物稀土元素地球化学

南海神狐海域表层沉积物稀土元素总量变化较大,分布范围为66.8～218.3μg/g,平均值为128.1μg/g,相对接近于中国黄土(w(∑REE)=170.66μg/g);∑REE受"粒度效应"控制,主要富集于黏土质粉砂中;各类沉积物及与中国黄土、上陆壳和珠江口沉积物的稀土元素标准化曲线的变化趋势基本一致,表明这些沉积物具有相同的物源区,且具有大陆地壳性质。铈的负异常主要受陆源源区气候环境变化控制,而与海水关系不大。∑REE与CaO、CaCO3和Sr元素呈负相关,与Al2O3、K2O、SiO2呈正相关,表明稀土元素与生物作用基本无关,可能主要吸附于黏土矿物表面和赋存于陆源碎屑矿物的晶格中。     

海域天然气水合物地震识别标志——以南海北部神狐海域为例

进入二十一世纪以来,由于世界各国工业化程度的进一步提高,能源匮乏问题更显突出,各国对勘探有潜力的替代新能源的需求呼声越来越强烈,天然气水合物作为一种清洁、高效、储量巨大的未来能源备受关注,世界各国对天然气水合物理论研究、实际勘探活动正方兴未艾。据前人研究天然气水合物的经验表明,用反射地震进行研究是先期研究的重点工作。     

神狐海域海底峡谷群脊部细粒浊积体分布范围及意义

利用广州海洋地质调查局在南海北部神狐钻探区采集的高分辨率地震数据,结合2007年第一次水合物钻探航次(GMGS01)获取的岩心资料,从宏观地震反射结构、微观岩心粒度特征两个方面对GMGS01区块内残留在峡谷群脊部的细粒浊积体进行特征识别和刻画。研究结果显示,似海底反射(bottom simulating reflectors,BSR)之上存在着2套特征不同的沉积单元,位于下部的沉积单元1表现为薄层杂乱透镜状的地震反射特征,对应于粒度C-M图版中与C=M基线近似平行的含水合物层段的样品,被解释为峡谷群脊部的细粒浊积体。选取穿过神狐海域峡谷群中第16条海底峡谷的8条测线为研究对象,能够揭示沉积单元1(细粒浊积体)自北向南的空间变化特征,从而进行分布范围的确定。神狐海域沉积过程分析表明,峡谷群脊部的细粒浊积体是北部小型水道侵蚀下伏沉积物并发生再搬运和再沉积的结果。利用区域性覆盖的二维地震资料,本次研究确定了小型水道的北部侵蚀边界。综合GMGS01区块细粒浊积体的地震反射特征、穿过神狐海域东部第16号海底峡谷自北向南的地震反射差异、研究区北部小型水道的侵蚀边界,本次研究利用两点确定一线和相似平行的方法,在整个神狐海域初步确定了峡谷群脊部细粒浊积体的分布范围。细粒浊积体沉积边界的识别,将为从深水沉积的角度探讨神狐海域水合物不均匀性分布提供依据,同时也能进一步揭示该区域峡谷群脊部水合物的成藏机制和富集规律。