南海北部神狐海域现代沉积物中硫酸盐还原菌和硫氧化菌的检出:脂肪酸生物标志物的指示

对南海北部神狐海域Site 4B站位现代沉积物中脂肪酸组分进行了分离,主要讨论了支链脂肪酸和单不饱和脂肪酸的来源,认为i/a-C15∶0、i/a-C17∶0、16∶1ω5和18∶1ω9来自硫酸盐还原菌(SRB),而16∶1ω7t/c和18∶1ω7来自硫氧化菌(SOB)。沉积物中SRB和SOB分布形式可能和硫酸盐还原作用生成硫化物、硫化物又被氧化生成硫酸盐和元素硫、元素硫歧化作用生成硫化物和硫酸盐有关,并在整个硫循环系统中SRB起到主导作用;而在95~97cm层位剧增的SRB和SOB生物量与站位附近底辟构造活跃带来深部大量的营养流体有关。     

南海北部神狐海域现代沉积物正构脂肪酸来源:加权平均碳同位素的建立与应用

对南海北部神狐海域表层沉积物中脂肪酸组分进行了分析,检测到的总正构脂肪酸含量为1.80~10.16 μg/g(μg脂肪酸/g干沉积物),碳数分布为C12—C32,呈偶奇优势分布,以C16和C18为主峰碳。将90 cm以上层位样品进行归一化,建立加权平均碳同位素讨论正构脂肪酸来源,结果表明,短链脂肪酸(n-C14~18)具有较正的碳同位素组成(加权平均为-26.7‰~-28.2‰),反映了化学自养细菌来源;大部分长链脂肪酸(n-C21~23,n-C25,n-C29~32)具有偏负的碳同位素组成(加权平均为-29.6‰~-34.1‰),反映了陆源C3高等植物来源;而另外的长链脂肪酸(n-C24&n-C26~28)和n-C19~20中链脂肪酸(加权平均碳同位素为-26.1‰~-29.3‰)则可能反映了混合来源输入。沉积物75~80 cm层位陆源输入和海洋输入含量达到最低,可能和Younger Dryas冷期旋回事件有关。     

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。     

南海神狐海域亚硝酸盐垂直分布特征及影响因素

对南海神狐海域亚硝酸盐垂直分布进行了调查研究,探讨了亚硝酸盐分布规律的影响因素,结果表明,亚硝酸盐含量在水深75~100 m处出现最大值,含量范围为0.136~0.260 μmol·L-1, 其他水层含量均＜0.005 μmol·L-1。与之相关的铵盐和硝酸盐却没有相似的分布规律,铵盐含量在整个水层中没有明显的分布规律,硝酸盐的含量随水深增加而增大。鉴于此,又对和其相关的物理、化学参数做了分析,发现亚硝酸盐独特的分布规律受铵盐浓度、温度、酸度、溶解氧含量、有机物含量等多种因素影响。     

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。     

基于声波速度分析神狐海域水合物垂向分布特征

在分析了等效介质理论提出的2种模式的异同点后,结合神狐海域水合物钻井的测井数据与沉积物样品分析数据,基于物理模型的等效介质理论,计算了在不同水合物饱和度条件下的纵波速度,并估算了神狐海域某钻井沉积物孔隙空间中水合物的饱和度,进而分析水合物在沉积物层中的垂向分布特征.研究表明,神狐海域水合物主要分布在190～220 m之...     

南海神狐海域自生黄铁矿分布、形貌特征及其对甲烷渗漏的指示

自生黄铁矿是渗漏甲烷发生甲烷厌氧氧化和硫酸盐还原作用的产物之一,是海底甲烷渗漏活动的有效示踪剂。南海神狐海域是我国天然气水合物研究的重点区域,对神狐海域柱状沉积物中自生黄铁矿含量、分布、形貌等特征进行研究,结果发现自生黄铁矿的含量随深度增加而递增,存在两个异常富集峰段：在第一个黄铁矿富集峰段,黄铁矿以长条状为主,外形较粗,微晶形态以草莓状黄铁矿为主,且粒径均一;在第二个峰段主要以细长的条状黄铁矿为主,由带外壳结构的草莓球颗粒组成,晶粒大小不一,存在二次生长现象。另外还发现胶黄铁矿与自生黄铁矿共生。这些特征反映神狐海域沉积物中存在多期次的甲烷渗漏事件,高通量的甲烷渗漏发生在较浅的层位,可能发生甲烷的有氧氧化而变成缺氧环境,有利于黄铁矿富集在第一个峰段;较低的甲烷渗漏发生在较深的层位,甲烷厌氧氧化和硫酸盐还原作用而形成大量的黄铁矿保存在第二个峰段。因此,神狐海域沉积物中自生黄铁矿的异常富集可以作为地质历史时期甲烷渗漏通量和期次的指示矿物之一。     

南海北部神狐海域营养盐浓度与结构的分布特征及影响因素

生源要素是海洋初级生产的基础,其在海洋环境中的循环受到多种物理、化学和生物过程的影响,对其浓度分布、结构特点及影响因素的认识是理解海洋生态系统动力学的基础。于2019年2月在南海北部神狐海域进行了现场考察和海水样品采集,对海水中的溶解态无机营养盐浓度进行了分析,并结合温度、盐度、叶绿素a(Chl a)、pH和溶解氧(DO)等水文环境参数,研究了神狐海域海水中营养盐浓度与结构的分布特征及影响因素等。在0～30 m的海水中各营养盐浓度均很低,随着深度的增加,营养盐浓度逐渐增大。在水深3 000 m左右处,无机氮、磷酸盐和硅酸盐浓度分别达到了38.02 μmol/L、2.71 μmol/L和149.07 μmol/L。温度、pH和DO与各营养盐浓度均具有显著的相关性,表明环境因素影响着营养盐的生物地球化学过程。此外,在75 m深度,研究区域东北方向的站位营养盐浓度相对较低,并呈现向西南方向逐渐增大的变化趋势,可能与高温、高盐和低营养盐的黑潮水入侵有关。根据端元混合模型计算所得保守混合浓度与实测值的差值显示,在75 m深度硅酸盐和磷酸盐以生物消耗为主,而硝酸盐存在添加。随磷酸盐浓度增加,各站位无机氮浓度呈线性升高,但硅酸盐浓度则以幂函数式升高,表明不同营养盐之间再生速率和再利用效率有所不同。神狐海域的N/P比与Si/N比和Si/P比呈现出截然相反的变化趋势。在0～30 m,N/P比较小而Si/N比和Si/P比较大;在75 m,受不同生物作用影响,N/P比变大,Si/N比和Si/P比变小;在75 m以下N/P比逐渐降低至14.44,而Si/N比和Si/P比则逐渐升高;在1 000 m以下,各营养盐比例均保持稳定。氮异常指数的计算结果显示,神狐海域300 m以上的海水中固氮作用强于反硝化作用,而300 m以下反硝化作用增强。神狐海域营养盐浓度与结构的分布特征表明黑潮入侵和生物活动显著影响了此区域营养盐的生物地球化学过程。     

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...     

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。     

南海神狐水合物钻探区不同形态流体地震反射特征与水合物产出的关系

天然气水合物的分布在很大程度上受到含气流体运移的影响。南海北部陆坡区,尤其是珠江口盆地的白云凹陷,普遍存在流体渗漏的现象,暗示了水合物赋存的良好前景。神狐海域水合物钻探区内的高分辨率地震资料显示,区域内发育大量流体运移通道,在地震剖面上表现为不同形态的地震反射模糊带,根据其形态特征,可以划分为花冠状和穹顶状两大类模糊反射带。模糊反射带的存在意味着研究区内具有良好的含气流体运移条件,能够为甲烷气体的垂向运移提供通道。神狐海域水合物的钻探结果表明,水合物的分布与模糊反射带的分布范围具有良好的空间匹配关系,其中,花冠状地震反射模糊带侧翼部与中尺度正断层相连,促进了含气流体的侧向运移,顶部与可能的微裂隙相通,气体可向上运移至水合物稳定带,形成了水合物藏;而穹顶状地震反射模糊带顶部则通过疑似流体通道与海底沟通,这种结构极易形成气体逃逸而无法形成水合物。因此,不同形态特征的模糊反射带可能对水合物的分布具有一定的指示意义。     

Dissolved inorganic carbon (DIC) and its carbon isotopic composition in sediment pore waters from the Shenhu area,northern South China Sea

The Shenhu area is one of the most favorable places for the occurrence of gas hydrates in the northern continental slope of the South China Sea. Pore water samples were collected in two piston cores (SH-A and SH-B) from this area, and the concentrations of sulfate and dissolved inorganic carbon (DIC) and its carbon isotopic composition were measured. The data revealed large DIC variations and very negative δ ¹³C-DIC values. Two reaction zones, 0–3 mbsf and below 3 mbsf, are identified in the sediment system. At site SH-A, the upper zone (0–3 mbsf) shows relatively constant sulfate and DIC concentrations and δ ¹³C-DIC values, possibly due to bioturbation and fluid advection. The lower zone (below 3 mbsf) displays good linear gradients for sulfate and DIC concentrations, and δ ¹³C-DIC values. At site SH-B, both zones show linear gradients, but the decreasing gradients for δ ¹³C-DIC and SO₄ ²⁻ in the lower zone below 3 mbsf are greater than those from the upper zone, 0–3 mbsf. The calculated sulfate-methane interface (SMI) depths of the two cores are 10.0 m and 11.1 m, respectively. The depth profiles of both DIC and δ ¹³C-DIC showed similar characteristics as those in other gas hydrate locations in the world oceans, such as the Blake Ridge. Overall, our results indicate an anaerobic methane oxidation (AMO) process in the sediments with large methane flux from depth in the studied area, which might be linked to the formation of gas hydrates in this area.     

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。     

Estimation of seismic velocities and gas hydrate concentrations: A case study from the Shenhu area,northern South China Sea

In the Shenhu area of the northern South China Sea (SCS), canyon systems and focused fluid flow systems increase the complexity of the gas hydrate distribution in the region. It also induces difficulties in predicting the hydrate reservoir characteristics and quantitatively evaluating reservoir parameters. In this study, several inversion methods have been executed to estimate the velocities of strata and gas hydrate concentrations along a profile in the Shenhu area. The seismic data were inverted to obtain the reflection coefficient of each stratum via a spectral inversion method. Stratigraphic horizons were then delineated by tracking the inverted reflectivities. Based on the results of spectral inversion, a low-frequency velocity field of the strata was constructed for acoustic impedance inversion. Using a new iterative algorithm for acoustic impedance inversion, reflection coefficients were converted into velocities, and the velocity variations of the strata along a 2D seismic line were then obtained. Subsequently, gas hydrate saturations at well SH2 were estimated via the shale-corrected resistivity method, the chloride ion concentration method and three different rock physics models. The results were then compared to determine the optimal rock physics model, and the modified Wood equation (MWE) was found to be appropriate for this area. Finally, the inverted velocities and MWE were used to predict the distribution and concentrations of gas hydrates along the seismic line. The estimated spatial distribution of gas hydrates is consistent with that from sonic logging and resistivity data at well SH2, and with the drilling results. Therefore, this method is applicable in areas with no well data, or with few wells, and provides an effective tool for predicting and evaluating gas hydrates using seismic data.     

南中国海神狐海域天然气水合物上覆地层不排水抗剪强度预测

浅层沉积物不排水抗剪强度（Su）是深水作业的关键参数之一。为了获取南海神狐海域首次海域天然气水合物试采区W18-19框体的基本工程地质特征,试采工程准备阶段开展了原位孔压静力触探测试（CPTU）及大量的室内实验。本文将主要基于CPTU计算不排水抗剪强度的基本模型,采用微型十字板、电动十字板、袖珍贯入仪及不固结不排水三轴实验,确定该区域不排水抗剪强度的基本模式,并提出适用于南海神狐钙质黏土层的不排水抗剪强度纵向分布规律计算模型,对该区域水合物上覆层的不排水抗剪强度进行预测。 结果表明,基于总锥端阻力、有效锥端阻力、超孔隙压力的模型系数分为13.8、4.2、14.4。综合考虑地层压实效应和含气情况,本文提出的分段函数预测模型与室内结果的一致性较好,可用于工程设计阶段进行工区不排水抗剪强度纵向分布规律的预测。另外,基于有效锥端阻力的不排水抗剪强度经验模型适应于浅层极软-较硬压实的钙质粘土层,基于超孔隙压力的不排水抗剪强度模型适用于较硬-坚硬的不含气层,而基于总锥端阻力的不排水抗剪强度计算模型则适用于坚硬含气的钙质黏土层。本文提出的分段函数模型有效的提高了经验模型在南海神狐水合物赋存区的适用性,计算结果可为工程安全评价提供支撑。