地质-生物系统中的甲烷研究--德国天然气水合物研究现状综述

介绍了德国目前正在研究的4个天然气水合物项目进展,综述地质一生物系统中的甲烷研究现状。从天然气水合物的地质、地球物理、地球化学到生物学各个领域,德国都开展了非常前沿性的研究,特别注重应用原位观测和高分辨率测量（Insitu ＆ High Resolution Observation）技术,开展地质-生物-地球化学的微观特征（Micro-Geo-Bio-Chemistry）研究。     

台湾岛以南海域新近纪的弧-陆碰撞造山作用

台湾岛以南海域(台南滨海)弧—陆碰撞带位于欧亚板块、菲律宾海板块和南海的结合部位,是新近纪弧—陆碰撞研究的理想场所。本文通过对南海973航次在该区域的多道地震剖面的解释,认为台南滨海弧—陆碰撞带增生的火山—沉积楔由恒春海脊和高屏斜坡两部分组成,前者是菲律宾海板块的增生楔,后者是欧亚板块的增生楔,在增生楔体和火山弧之间是作为弧前盆地的北吕宋海槽。自中新世中期以来,南海洋壳开始沿着马尼拉海沟向菲律宾海板块俯冲,形成活动大陆边缘的增生部分——恒春海脊;与此同时菲律宾海板块开始向北西方向移动,前缘的吕宋岛弧距今6.5Ma以来朝着亚洲陆缘斜向汇聚,形成了被动大陆边缘的增生部分——高屏斜坡。由于菲律宾海板块和欧亚板块之间的斜向汇聚,弧—陆碰撞具有穿时性,造山作用首先发生在台湾岛的北部,然后向南部及台南滨海发展。     

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。     

世界天然气水合物研究发展对我国加快推进其产业化的启示

天然气水合物是21世纪最具潜力的新型洁净能源之一,同时也是目前尚未开发的储量巨大的一种新能源。全球天然气水合物蕴藏的天然气资源总量约为2.1×1016 m3,相当于全球已探明传统化石燃料碳总量的2倍,主要分布于世界深水海域和永久冻土带中。随着中国在南海神狐海域的试采取得圆满成功,天然气水合物资源的开发利用越来越多地受到世人的关注与重视,但如何安全、经济、高效开采这种新能源,仍需投入大量人力物力进一步开展研究工作。笔者从世界主要国家天然气水合物资源的勘查试采现状入手,分析其开发利用趋势,系统梳理存在问题,提出加快推进天然气水合物勘查试采产业化的启示。     

台湾增生楔的构造单元划分及其变形特征

台湾增生楔位于欧亚板块、菲律宾海微板块和南海的结合部位,是现代弧陆碰撞研究的理想场所。通过对南海973航次在该区域的多道地震剖面的解释,对该增生楔进行了构造单元的划分,并分析了变形特征。认为台湾增生楔是由3个部分,即弧陆碰撞产生的增生部分、洋内俯冲产生的增生部分和增生楔后端在恒春海脊和北吕宋海槽之间的构造楔组成,研究区的高屏斜坡、恒春海脊和北吕宋海槽西端变形带分别是3个部分的反映。自中中新世以来,南海洋壳开始沿着马尼拉海沟向菲律宾海微板块俯冲,形成增生楔中洋内俯冲增生部分;与此同时菲律宾海微板块开始向NW方向移动,前缘的吕宋岛弧自6．5Ma B．P以来与亚洲陆缘斜向碰撞,形成增生楔中弧陆碰撞增生部分。碰撞首先发生在台湾岛的北部,由于弧陆强烈的挤压作用,增生楔后端部分向北吕宋海槽倒冲楔人,使得上部的北吕宋海槽的沉积发生隆升变形。滨海的各个地貌单元可以和台湾陆上的地貌单元相联系,它们具有相似的地质特征,但是由于陆上部分增生历史久,不仅抬升为陆,而且地层的年代也更老。     

南海东沙深海冷泉区973-5重力柱沉积物古菌多样性

中国南海东沙一带冷泉发育,但目前国内外对深海冷泉区微生物研究甚少,特别是缺乏利用高通量测序的记录。对东沙深海冷泉区973-5站位(该站位水深约3 000 m)长约935 cm的重力岩心进行了高通量分析。结果显示:该站位微生物细胞丰度为5.3×10⁸~34.0×10⁸个/g,随深度变深而增加,其变化趋势与甲烷含量变化可对比,与粒度、有机碳的变化也具有相关性。测序结果显示,岩心中主要古菌类群是MBGB(39.9%)、C3(15.8%)以及ANME-1(12.0%),随着深度的变化群落组成有所改变。硫酸盐-甲烷界面(SMI,760 cm)上下出现了大量的MBGB和ANME-1类群,pH也不断增加,暗示了这一区域存在不断增强的甲烷厌氧氧化作用。岩心底部出现了一定量的ANME-1和ANME-2类群,暗示除了在SMI附近甲烷氧化和硫酸盐还原反应强烈,其下部可能还有水合物的分解与甲烷的上涌,为ANME类群生存提供了营养物质。与东沙海区其他站位相比,973-5站位的甲烷通量较高,但没有发现产甲烷菌,推测该区沉积物中高浓度的甲烷来源为周边浅部或深部断裂系统运移供给。     

中国南海天然气水合物第二次试采主要进展

泥质粉砂型天然气水合物被认为是储量最大开采难度亦最大的水合物储层,2017年南海天然气水合物试采,初步验证了此类水合物储层具备可开采性。在总结前次试采认识的基础上,对试采矿体进行优选、精细评价、数值与试验模拟和陆地试验,中国地质调查局于2019年10月—2020年4月在南海水深1225 m神狐海域进行了第二次天然气水合物试采。本次试采攻克了钻井井口稳定性、水平井定向钻进、储层增产改造与防砂、精准降压等一系列深水浅软地层水平井技术难题,实现连续产气30 d,总产气量86.14×104m3,日均产气2.87×104m3,是首次试采日产气量的5.57倍,大大提高了日产气量和产气总量。试采监测结果表明,整个试采过程海底、海水及大气甲烷含量无异常。本次成功试采进一步表明,泥质粉砂储层天然气水合物具备可安全高效开采的可行性。     

南海北部琼东南盆地浅表层沉积物的地球化学特征及对沉积环境的指示*

南海北部琼东南盆地海底存在着巨型麻坑, 现有研究多认为其形成主要与海底流体渗漏有关。目前对琼东南盆地深海沉积物地球化学特征及麻坑区的生物地球化学过程等尚不清楚。文章选取南海北部琼东南盆地C14、C19两个站位岩心样品, 进行了总硫(TS)、总碳(TC)、总有机碳(TOC)、铬还原性硫化物(CRS)及其δ³⁴S_CRS值测试, 并结合总氮/总碳(TN/TOC)比值和已发表的孔隙水中SO₄^2-浓度等进行了地球化学特征分析。研究表明: C14站位以3.91m bsf (below seafloor)为界, 上下分别存在有机质参与的硫酸盐还原反应(OSR)和甲烷厌氧氧化作用(AOM)驱动的硫酸盐还原反应(SR); 3.91m bsf以上的部位沉积物的TS、TC含量均低于3.91m bsf以下部位, 且沉积物孔隙水中SO₄^2-浓度由3.91m bsf以上的缓慢凹型减少变成3.91m bsf以下的线性减少, 说明该处成为沉积物中地球化学特征分界的明显标志; 在3.91m bsf以下, 受到甲烷渗漏的影响。C19站位沉积物中TS与TC含量由浅到深逐渐增加, 但与TN/TOC比值变化呈现几乎相反趋势, 即整个岩心以OSR为主, 并呈现出有机质早期成岩阶段的沉积现象。C14和C19两个站位柱状沉积物的δ³⁴S_CRS值变化范围分别为-50.2‰~-46.9‰和-50.1‰~-42.0‰ (V-CDT标准), 均显示出了较为偏负的硫同位素值, 表明研究区主要的生物化学过程是在相对开放体系下硫酸盐还原作用的结果, 综合说明该研究区麻坑的甲烷流体已经喷发, 目前可能处于衰退期, 甚至已经不活跃, 该结果与前人的认识基本一致。     

神狐海域天然气水合物成藏系统数值模拟与试采矿体优选

为了进一步了解南海北部陆坡神狐海域勘探区天然气水合物成藏系统特征,优选天然气水合物优势矿体,基于经过矿体的地震剖面资料,结合区域成藏地质条件,分别构建了勘探区W17和W18两个矿体的二维地质模型,从天然气水合物成藏的稳定域、气源形成、运移输导及储集成藏进行了系统数值模拟.结果表明:①神狐勘探区成矿气源丰富,来自浅层的生...     

耦合碳、硫同位素及其它地球化学指征研究海底甲烷渗漏

Methane seepage is the signal of the deep hydrocarbon reservoir. The determination of seepage is significant to the exploration of petroleum, gas and gas hydrate. The seepage habits microbial and macrofaunal life which is fueled by the hydrocarbons, the metabolic byproducts facilitate the precipitation of authigenic minerals. The study of methane seepage is also important to understand the oceanographic condition and local ecosystem. The seepage could be active or quiescent at different times. The geophysical surveys and the geochemical determinations reveal the existence of seepage. Among these methods, only geochemical determination could expose message of the dormant seepages. The active seepage demonstrates high porewater methane concentration with rapid SO_4~(2–) depleted, low H_2S and dissolved inorganic carbon(DIC), higher rates of sulfate reduction(SR) and anaerobic oxidation of methane(AOM). The quiescent seepage typically develops authigenic carbonates with specific biomarkers, with extremely depleted ~13C in gas, DIC and carbonates and with enriched ~34S sulfate and depleted ~34S pyrite. The origin of methane, minerals precipitation, the scenario of seepage and the possible method of immigration could be determined by the integration of solutes concentration, mineral composition and isotopic fractionation of carbon, sulfur. Numerical models with the integrated results provide useful insight into the nature and intensity of methane seepage occurring in the sediment and paleooceanographic conditions. Unfortunately, the intensive investigation of a specific area with dormant seep is still limit. Most seepage and modeling studies are site-specific and little attempt has been made to extrapolate the results to larger scales. Further research is thus needed to foster our understanding of the methane seepage.