海底冷泉流体渗漏的原位观测技术及冷泉活动特征

海底冷泉渗漏是海洋环境中广泛分布的自然现象.本文主要介绍海底冷泉原住观测技术及全球几个典型冷来渗漏活动地区的原位观测结果.冷泉渗漏活动主要发育在海底裂隙和断层发育的地区,海底常有泥火山、麻坑、水合物、冷泉生物群落和冷泉碳酸盐岩的发育.冷泉渗漏主要包括液体和气体两种形式,流体流动包括上升流和下降流两种方式,流量变化大,主要与海底环境及构造作用有关.烃类渗漏是以气泡、油滴的形式沿断层向海底喷溢,释放量大,运移过程主要受涌浪、静水压力和裂隙压力等因素控制.冷泉渗漏活动是复杂的水文地质过程,受水合物形成和分解产生的气藏的充注和排空、深部常规油气藏的破坏及海底环境变化等多种作用的控制.     

新元古代帽碳酸盐岩中帐篷状构造的成因

帐篷构造是碳酸盐岩中的一种特殊沉积组构,因其倒“V”字形形态类似于帐篷(tepee)而得名,被认为是一种无成因意义的沉积组构。传统的帐篷构造在海相至陆相碳酸盐岩中都有发育,形态和胶结物的不同反映了沉积环境的变化,其成因为裂隙填充的胶结物结晶膨胀导致层面突起变形。新元古代帽碳酸盐岩中广泛发育有倒“V”字形的类似构造,但由于形态和成因上都和传统的帐篷构造有所区别,被称为“帐篷状构造”(te-pee-likestructure)。目前其成因解释主要有:“巨风暴潮波痕”、“甲烷气体渗漏”、“地下水侵位”和“晶体结晶”的假说。由于帐篷状构造的形成过程与机制和帽碳酸盐岩的成因密切相关,对帐篷状构造的进一步研究必将帮助我们对新元古代冰期结束机制的理解。     

鱼类Ⅲ型Myosin基因家族成员的表达和功能研究

Ⅲ型Myosin蛋白在哺乳动物的听觉毛细胞中发挥重要功能,其突变可导致内耳毛细胞功能异常,引起听力丧失,但在鱼类胚胎中的表达及功能仍不清楚。本研究以斑马鱼(Danio rerio)作为研究对象,研究了Ⅲ型Myosin基因家族成员myo3a及myo3b在斑马鱼早期胚胎中的表达及功能。整胚原位杂交结果显示:myo3a及myo3b在早期10体节前均无明显表达;在受精后24 h胚胎中,myo3a基因的表达主要集中在脑部,并在端脑及间脑部位有强烈表达;而myo3b的表达主要集中在神经管腹部神经元细胞中。进一步双荧光原位杂交染色结果显示,myo3b主要在神经管腹部脑脊液接触神经元(CSF-cNs)中表达。此外,与人及小鼠类似,斑马鱼myo3a及myo3b基因在内耳中均有表达,暗示其功能在内耳发育中的保守性。为进一步研究其功能,本研究利用CRISPR/Cas9技术对myo3a和myo3b基因进行敲除,获得了相应的突变体。对突变体的初步研究表明,myo3a和myo3b的单独缺失对斑马鱼的内耳毛细胞以及神经管的发育均无显著影响,而双突变胚胎出现眼睛变小,鱼鳔不能形成以及毛细胞纤毛变短等表型,表明Ⅲ型Myosin基因家族在斑马鱼的胚胎发育中发挥一定的功能。     

海底甲烷缺氧氧化与冷泉碳酸盐岩沉淀动力学研究进展

海底缺氧带甲烷氧化作用是一个重要的甲烷生物地球化学过程,已被许多地球化学现象所证实。甲烷缺氧氧化有效地减少了渗漏到海水和大气中的甲烷通量,但目前仅有的数据还不能很好地限定甲烷缺氧氧化在全球甲烷循环和全球碳循环中的作用。甲烷缺氧氧化的机理还存在争议,很可能是一个“反甲烷生成”过程。在许多天然气渗漏发育区域,由于甲烷缺氧氧化作用引起环境碱度的增加而沉淀冷泉碳酸盐岩,在海底表层沉积物中形成块状碳酸盐岩结壳。但冷泉碳酸盐岩生成所需的物理化学和生物地球化学条件在很大程度上还不清楚。数值计算表明,孔隙水中溶解足够量的甲烷、冷泉渗漏强度适中、较小的生物扰动作用有利于冷泉碳酸盐岩的生成,而过高的沉积速率则抑制冷泉碳酸盐岩结壳的生成。因此,海底发育冷泉碳酸盐岩可以指示天然气渗漏系统的演化特征。     

墨西哥湾布什山冷泉碳酸盐岩沉积岩石学及地球化学

对墨西哥湾布什山采集的7块冷泉碳酸盐岩样品进行了沉积岩石学及地球化学研究,结果表明:冷泉碳酸盐岩以结壳的形式产出,结壳中双壳类和管状蠕虫等冷泉生物碎屑发育,结壳主要由泥晶、微晶和亮晶文石组成(含量89%～99%,平均94%)。碳酸盐岩13C中等亏损(δ13C最负值为-29.4‰,PDB),表明碳的来源主要是非甲烷的碳烃化合物,18O相对富集(δ18O为+2.4‰～+5.0‰,PDB),可能与原地水合物分解形成富集18O的孔隙水有关。碳酸盐矿物相(5%硝酸可溶部分)的稀土元素总量较低(0.40×10-6～20.85×10-6),稀土元素Ce异常特征和页岩标准化配分模式在不同样品、甚至同一样品结晶程度不同的碳酸盐矿物相(泥晶、微晶和亮晶)中变化显著,表明布什山冷泉碳酸盐岩形成过程中氧化还原条件复杂多变,控制氧化环境变化的主要因素可能是流体的渗漏速率。     

海底天然气渗漏系统微生物作用及冷泉碳酸盐岩的特征

海底天然气渗漏系统是全球海洋环境中广泛分布的自然现象。部分渗漏天然气通过细菌作用转变为二氧化碳,同时海水硫酸盐被还原为硫化氢, 与孔隙水中的钙和铁结合而沉淀冷泉碳酸盐岩。冷泉碳酸盐岩的常见矿物有微晶方解石、文石、白云石和黄铁矿。冷泉碳酸盐岩常发育一些特殊的组构, 如黄铁矿环带结核、溶蚀面、平底晶洞、凝块和向下生长的叠层石组构等。碳酸盐岩特别负的δ13C值指示碳来源于生物成因的甲烷, 而18O富集可能与天然气水合物的分解有关。冷泉碳酸盐岩中黄铁矿的δ34S值低于海水的, 这指示硫来源于微生物还原的海水硫。冷泉碳酸盐岩中的生物标志化合物及其极负的δ13C值指示微生物的生命代谢活动。     

海底沉积物孔隙水钡循环对天然气渗漏的指示

冷泉流体的渗漏活动强烈地影响着海底沉积物孔隙水钡循环。冷泉流体中的Ba2+ 向上扩散与孔隙水硫酸盐反应,在硫酸盐—碳氢化合物转化带（SHT）之上沉淀重晶石。随着沉积物的埋藏,先前沉淀的重晶石被埋藏于SHT之下的硫酸盐亏损带,将发生溶解,溶解的钡向上扩散,在SHT之上再次沉淀重晶石。当体系中向上扩散的Ba2+超过埋藏的重晶石中的钡时,在剖面上形成“钡锋”。向上渗漏的碳氢化合物（甲烷为主）通量控制了SHT的深度,二者之间存在很好的地球化学耦合关系,从而,可以用“钡锋”来评价天然气渗漏活动的特征。在总结和分析国际海底冷泉渗漏活动区沉积物孔隙水的甲烷和钡循环的研究进展基础上,综述了海底沉积物孔隙水钡循环对现在和过去天然气渗漏的指示,总结了渗漏成因重晶石的地质和地球化学特征。     

南海北部莺歌海岭头岬近岸烃类渗漏喷口分布及气体地球化学

Natural hydrocarbon seeps in a marine environment are one of the important contributors to greenhouse gases in the atmosphere,including methane,which is significant to the global carbon cycling and climate change.Four hydrocarbon seep areas,the Lingtou Promontory,the Yinggehai Rivulet mouth,the Yazhou Bay and the Nanshan Promontory,occurring in the Yinggehai Basin delineate a near-shore gas bubble zone.The gas composition and geochemistry of venting bubbles and the spatial distribution of hydrocarbon seeps are surveyed on the near-shore Lingtou Promontory.The gas composition of the venting bubbles is mainly composed of CO_2,CH_4,N_2 and O_2,with minor amounts of non-methane hydrocarbons.The difference in the bubbles' composition is a possible consequence of gas exchange during bubble ascent.The seepage gases from the seafloor are characterized by a high CO_2 content(67.35%) and relatively positive δ~(13)C_(V_PDB) values(-0.49×10~(-3)-0.86×10~(-3)),indicating that the CO_2 is of inorganic origin.The relatively low CH_4 content(23%) and their negative δ~(13)C_(V-PDB) values(-34.43×10~(-3)--37.53×10~(-3)) and high ratios of C_1 content to C_(1-5) one(0.98-0.99)as well point to thermogenic gases.The hydrocarbon seeps on the 3.5 Hz sub-bottom profile display a linear arrangement and are sub-parallel to the No.1 fault,suggesting that the hydrocarbon seeps may be associated with fracture activity or weak zones and that the seepage gases migrate laterally from the central depression of the Yinggehai Basin.     

海底天然气渗漏系统水合物成藏动力学及其资源评价方法

根据海底天然气渗漏系统沉淀水合物的动力学模型,计算了海底渗漏系统中渗漏天然气沉淀为水合物的比例。如果BushHill渗漏系统海底水合物或喷溢天然气的化学组成是渗漏系统气源天然气通过沉淀水合物转变而成,则需要约3. 3% ~21. 7% (平均12. 9% )的渗漏天然气在海底沉淀为水合物。结合渗漏系统的活动时间(1万年)和天然气流量(800t/a),沉淀在墨西哥湾GC185区BushHill渗漏系统中的水合物天然气资源为0. 37×109 ~2. 43×109 m3,平均为1. 45×109 m3,与体积和含量评价方法获得的结果基本一致。     

意大利亚平宁地区第三纪中新世“Calcaria Lucina”冷泉碳酸盐岩中结晶扇的沉积岩石学及地球化学特征

结晶扇是冷泉碳酸盐岩的一种标志性沉积构造,主要由文石或重晶石等矿物呈放射状聚集形成。意大利亚平宁地区的第三纪中新统广泛发育冷泉碳酸盐岩,其中"Calcari a Lucina"冷泉碳酸盐岩中发育有典型的结晶扇。结晶扇主要由放射状文石聚集形成,含少量的方解石,具有明显的生长纹层。文石纹层的δ13CPDB为-37.9‰~-53.5‰,δ18OPDB为+2.4‰~+6.0‰,相邻文石纹层之间的δ13CPDB和δ18OPDB值差别明显,可能是与碳和氧的来源及流体渗漏速度有关。全岩稀土元素总量很低,w(REE)为0.23×10-6,页岩标准化模式具有明显的Ce负异常,显示结晶扇形成于氧化环境。