国际天然气水合物勘查开发研究新进展——第七届爱丁堡国际天然气水合物大会特邀报告综述

简要介绍了2011年7月在英国爱丁堡召开的第七届国际天然气水合物大会概况。对会议中5个大会特邀主题报告给予介绍或评述。Thomas介绍了亨弗利·戴维对科学发现的追求和应用,后者在实验室发现了气水合物。Ripmeeste总结了实验模拟中对气水合物客体与载体相互作用、水合物形成和分解过程的认识和成果。Suess指出过去25年间人们对海洋天然气水合物的研究经历了从“避免策略到旨在获取”、“能源开发和二氧化碳储存兼顾”、“追求储量到记录环境变化”3个阶段。Kurihara总结了日本多年的研发结果,包括数字模拟研究、对甲烷储层的分类和产气能力的评估、天然气生产方法等,讨论了商业发展甲烷水合物的可行性和挑战。Sloan介绍了管道安全复杂体系的4种概念性端元类型,并指出风险管理策略比防治更为经济,是未来防止水合物堵塞的重要工具。     

东太平洋海隆1.23°N~5.70°S区域洋脊玄武岩特征及岩浆作用探讨

东太平洋海隆洋脊玄武岩具有不同的类型。对1.23°N(EPR(A))、3.10°S(EPR(B))和5.70°S(EPR(C))3区域洋脊玄武岩元素地球化学分析发现,EPR(A)附近样品属于富集型玄武岩,其他2个区样品基本属于亏损型玄武岩。EPR(A)区附近洋脊玄武岩具有斜长石含量高、自形程度好、粒径大、高Al2O3、低TFeO和低MgO等特征;EPR(B)和EPR(C)区玄武岩整体上为亏损型,具有斜长石含量低、粒径小、高TFeO、高MgO等特征。EPR(A)区岩浆来源较浅,且在浅部岩浆房内经历了较为强烈的岩浆混合结晶作用,其混合作用有3个阶段。同时该区产生斜长石斑晶的堆积作用,喷出岩浆具有高黏度、低密度特征。与之相比,其他2个区域岩浆来源可能较深,并且所经历的低压岩浆混合作用期次可能较少。从岩相学及Sr和Eu元素含量特征来看,岩浆演化过程中经历了单斜辉石的高压分离作用,而斜长石在这一过程中很可能没有经历分离作用。     

祁连山冻土区天然气水合物地质控制因素分析

对祁连山冻土区天然气水合物勘探区DK-2至DK-6钻孔地层、岩心粒度、断层破碎带以及冻土层属性进行了综合分析。结果表明,研究区水合物储存首要控制因素是可为深部气源提供流体通道的区域主断层,其他小断层和破碎带可为水合物提供部分流体来源及储存空间,气体来源以深部热解气为主;不同沉积环境地层中水合物赋存层段的粒级组分含量不同,局部粗碎屑沉积亦可为天然气水合物提供有利储存空间;而水合物的储存不仅受冻土层厚度控制,还可能与冻土层岩性有很大关系,有利的"盖层"(低孔隙度、低渗透率)可能更利于水合物的赋存。此外,江仓组地层也可能对天然气水合物有一定的岩相控制作用。     

祁连山水合物分布区不同高寒生态类型冬季表层土壤中古菌群落及变化特征

祁连山冻土区是我国青藏高原重要永久冻土区之一,也是我国陆域天然气水合物分布的重要地区。前期调查表明祁连山木里天然气水合物钻井区一带具 有丰富多样的高寒冻土生态类型。为了解该地区高寒草甸和高寒沼泽草甸表层土壤中古菌群落的多样性及分布特征,对2014年初冬在该区采集的表层土壤样品利用16S rRNA分子生物学技术和 地球化学等方法进行了分析和研究。结果显示,高寒草甸区土壤呈中性,而高寒沼泽草甸区土壤呈弱酸性。钻井区土壤中的TOC和顶空气甲烷含量均显著高于背景区,而在背景区内的两种生态 类型土壤中的TOC和顶空气甲烷含量差别较小。钻井区(除1个点)微生物细胞丰度高于背景区2~5倍。冬季表层土壤中的古菌多样性较低,含泉古菌的3个类群和广古菌的3个类群。不同植被类型 古菌群落的优势种群显著不同,在高寒草甸区为泉古菌门的Group Ⅰ.1b,而高寒沼泽草甸区为广古菌门的甲烷八叠球菌目(Methanosarcinales)。根据研究结果推测,土壤水分可能是导致高 寒草甸区和高寒沼泽草甸区细胞丰度和古菌群落差异的一个主要原因,高寒沼泽草甸区内产甲烷菌占优势可能与土壤高TOC含量有关。高寒沼泽草甸土壤中存在较丰富的产甲烷古菌,它们在厌 氧条件下的甲烷氧化作用也是土壤中甲烷来源之一。     

南海神狐海域MIS12期以来的碳酸盐旋回与水合物分解

对南海神狐海域水合物钻探区SH1B和SH5C等2个钻孔顶部0~39.41 m和0~23.85 m的连续沉积物开展高分辨率碳酸盐旋回研究,结合浮游有孔虫氧同位素地层学、AMS¹⁴C年代学和生物地层学进行地层划分。结果表明：SH1B孔MIS12期以来CaCO₃曲线总体上具有明显的冰期和间冰期旋回,表现为较典型的冰期低、间冰期高的“大西洋型”旋回特征,具有良好的地层意义;SH5C孔除MIS1-MIS2期外,MIS3-MIS8期的CaCO₃含量较SH1B孔的要低,冰期和间冰期旋回性较差,MIS3-MIS 4和MIS7期出现明显的低钙事件;同时,SH5C孔MIS3-MIS5期浮游有孔虫G.ruber的δ¹³C值明显负偏,平均值为-0.11‰;两孔MIS1期的沉积速率是MIS2期的近2倍,与前人的研究结果相反,为MIS2期部分地层缺失所致。SH1B孔受水合物分解影响不大,而SH5C孔受水合物分解影响明显。SH5C孔MIS2期的地层缺失事件和MIS3-MIS4、MIS7期的低钙事件以及MIS3-MIS5期δ¹³C值负偏事件主要发生在末次冰期,推测与下伏水合物分解产生的海底滑塌、海水酸化等环境效应有关。     

西秦岭温泉钼矿区含钼花岗斑岩锆石U-Pb年龄、Hf同位素组成及岩浆物质来源讨论

温泉钼矿床位于西秦岭造山带北缘,是西秦岭地区唯一斑岩型钼矿床。矿体产于花岗斑岩体及其与围岩接触带内。对温泉钼矿含矿花岗斑岩开展锆石U-Pb年代学与原位Hf同位素研究,有助于精确约束含钼花岗斑岩时代,揭示岩浆演化信息,深化温泉钼矿床成因的认识。本文利用LA-ICPMS锆石U-Pb定年方法,对温泉钼矿区含钼岩体进行精确同位素定年。结果表明：花岗斑岩的锆石环带结构明显,Th/U比值较大（0.41~0.88）,为典型的岩浆锆石,含钼花岗斑岩侵位年龄为212.43~213.4 Ma,其侵入的似斑状二长花岗岩年龄（围岩）则为219.9 Ma,均属晚三叠世岩浆活动的产物。温泉矿区花岗斑岩锆石Hf同位素组成较为一致,ε_Hf（t）值均为负值,介于-1.89~-0.63,平均-1.59,在ε_Hf（t）-t图解中,样点集中分布于球粒陨石以及亏损地幔线之下,暗示其岩浆源区较单一,应为经改造过的地壳物质部分熔融的产物。二阶段模式年龄（T_DM2）主要集中在1291~1408 Ma,表明中元古代地壳物质可能为岩体主要来源。     

加利福尼亚洋流北区早更新世以来似太平洋年代际振荡的微体化石记录

加利福尼亚洋流系统(CCS)是东北太平洋一股十分重要的边界流,在全球海气交换过程中具有重要地位。CCS的海洋-大气变化尤其是涌升流的强弱变化,在年代和多年代时间尺度上的变化主要受太平洋年代际震荡(PDO,20~30年周期)的控制。为了解CCS北区早更新世以来涌升流强弱变化规律及其主要控制机理,本文分析了国际大洋钻探1020B(CCS北区南部41°N)和1245B(北部44°N)钻孔钙质超微化石和硅藻化石等记录。结果显示,多半时间段的记录具有冰期和间冰期旋回的变化;其中超微化石的高含量见于间冰期,而硅藻高含量对应于冰期。这两类化石在沉积物中的含量变化显示出时间尺度长约0.5 Ma的3个阶段:早更新世(1.5~1.1 Ma)两个孔以超微化石含量高为特征;中更新世(1.1~0.65 Ma)两孔中的超微化石和硅藻化石含量相对较高,但它们在两个孔的变化趋势不同;晚更新世(0.65 Ma)以来,南部1020B孔超微化石含量高且出现频率高于硅藻化石,而北部1245B孔以硅藻化石含量较高且持久出现为特征。本文提出了该区涌升流受长周期“似太平洋年代际振荡模式”和“似北太平洋环流振荡模式”控制的假设。早更新世(1.5~1.1 Ma)主要受到持续的似PDO正位相 (似+PDO,表层海水温暖)的控制,涌升流弱,海水中碳酸盐离子丰富,利于颗石藻骨骼钙化形成颗石和颗石产量高,沉积物中超微化石含量高。中更新世过渡期(MPT,1.1~0.65 Ma)受到似PDO负位相(似-PDO,海水表层水体冷、涌升流强、海水pH值低,硅藻生产力高,沉积物中硅藻化石含量高)与似+PDO的交替影响。晚更新世(0.65 Ma)以来,南部1020站位受到似-PDO/似-NPGO?的交替控制,但似-NPGO?的强度和出现频率均大于似-PDO,因此超微化石含量和出现时期比硅藻多;北部1245站位则仅受似-PDO的持续性控制,涌升流较强且持续时间长、沉积物中硅藻化石几乎持续出现且含量较高。MPT时期以硅藻化石含量在1.1 Ma突然增加(南部增加3倍,北部5倍)为起始点,以0.65 Ma时超微化石含量突变(南部增加3倍,北部降3倍)为终止点。本文认为MPT起止点化石含量的突变,是古海洋和气候环境突变的结果,也意味着长时间尺度的似PDO的正负位相之间的转换变化可能是突变过程。MPT时期CCS北部区域内出现了南部和北部站位硅质和钙质两类化石含量变化趋势相反的记录,指示着这一时期该区的古海洋和气候条件出现了地理上的南北分异,并且自0.65 Ma以来南北两个站位控制模式不同。本文的这些记录为CCS区现代海洋-大气过程和生物地理分区大致以40°N为界的研究提供了早更新世以来的历史记录。     

台西南深海底栖有孔虫及其5万年来冷泉微生境变迁记录

为探讨冷泉区底栖有孔虫组合特征、受控因素及其冷泉微生境随时间的变迁,本文对台西南海盆取自九龙甲烷礁和海洋四号区冷泉区的973-4和973-5两根岩心展开了底栖有孔虫及其壳体氧碳同位素研究。测年结果揭示两根岩心为晚更新世约5万年来海洋氧同位素期(MIS)MIS 3至MIS 1早期的沉积序列。两个站位共识别了底栖有孔虫79属233种,优势类别在973-4组合中为Uvigerina(23.3%)、Bulimina(10.71%)和Cibicidoides(9.87%),在973-5组合中是Bulimina(20.6%),两站位的组合优势和常见属种均以内生类别为主。有孔虫分异度显然同时受到正常深海环境因子TOC和沉积物粒度的影响。总体上,优势和常见类群与TOC相关性较弱,但与δ¹⁸O_{Uvigerina spp.}有不同程度的相关性,说明有孔虫还受冷泉特殊营养物质和流体因子影响。5万年来,973-4和973-5站位底栖有孔虫组合生活的冷泉微生境,经历了由双壳-自生碳酸盐岩(MIS 3至MIS 2早期)向双壳-菌席(MIS 2晚期至MIS 1早期)的变迁。底栖有孔虫的优势类群也随微生境的变迁而演替,如973-4站位MIS 3-MIS 1的优势类群依次为U.peregrina、Cibicidoides-Bulimina、U.vadescens和Cibicides,973-5站位为Chilostomella+ Globobulimina、Cibicidoides、Bulimina。有孔虫壳体氧碳同位素特征也随时间改变,从MIS 3到MIS 2早期,在自生碳酸盐岩水岩交换背景下,具有富δ¹⁸O和亏损δ¹³C特点(3.5‰~4.49‰,-2‰~-0.2‰); MIS 2晚期—MIS 1早期因双壳和菌席的生物地球化学作用影响,具有略富集δ¹⁸O和略微亏损δ¹³C的特征(2.5‰~3.5‰,-1‰~-0.1‰)。自5万年来两个区甲烷渗漏逐渐减弱,其间发生了几次增强事件。973-4站位记录了1次持续时间约10 ka的增强事件(35~25 ka);973-5站位记录3次(45 ka,35 ka,14~12 ka)。其中,45 ka时海底上涌的甲烷通量可能最大,在海底表面形成水合物。35 ka时的甲烷喷溢增强事件可能为区域性事件。     

塔里木盆地西部晚白垩世钙质超微化石

本文分析研究了塔里木盆地西部晚白垩世钙质超微化石,划分出Quadrumgartneri,Eprolithus floralis两个组合,从一个新的角度为探讨库克拜组和乌依塔克组的地层时代及其沉积环境提供有关的论据.     

西太平洋麦哲伦海山铁锰结壳生物地层、生长年代及沉积环境

通过对西太平洋麦哲伦海山M11,M2-1铁锰结壳样品超微化石的分析,在Ⅱ＋Ⅲ层结壳层中发现了中新世以来的超微化石种类H．carteri,C．leptoporus和G．oceanica。据此,把Ⅱ＋Ⅲ层结壳归属于第3个形成期中新世一更新世发育的结壳,相当于Halbach等人提出的年青世代层。Ⅰ层内钙质超微化石的缺失可能与白垩纪末期碳酸盐补偿深度的骤然变化有关。冷的、富氧的南极底层水不仅为结壳的形成提供了良好的氧化环境,而且造成了广阔的区域性的沉积间断,从而为结壳提供了生长场所。