现代海底热液硫化物的成矿序列和指示意义——以印度洋中脊为例

与快速扩张的洋中脊相比,主要由超慢速-慢速扩张洋脊组成的印度洋中脊具有独特的热液硫化物成矿模式.运用高精度矿相显微镜、XRD、电子探针和ICP-AES/MS等测试手段,对印度洋中脊的热液硫化物矿床样品开展了矿物成分、结构构造、地球化学等各方面分析.结果表明,来自中印度洋脊(CIR)艾德蒙德(Edmond)热液区的硫化物A主要由黄铁矿、白铁矿以及黄铜矿构成,其成矿期次可划分为白铁矿-黄铁矿阶段(Ⅰ)、闪锌矿-黄铜矿阶段(Ⅱ)以及后期石英阶段(Ⅲ),成矿流体温度经历了低-高-低的变化;同样来自于艾德蒙德热液区的硫化物B主要矿物成分为黄铁矿、白铁矿和硬石膏,成矿期次划分为硬石膏-白铁矿-黄铁矿阶段(Ⅰ)和胶状黄铁矿-石英(Ⅱ) 2个阶段,流体温度经历了低-高的变化;与之相比,来自西南印度洋脊(SWIR)龙旂热液区的硫化物C主要由纤铁矿、黄铜矿、黄铁矿和白铁矿组成,成矿期次划分为纤铁矿-白铁矿-黄铁矿阶段(Ⅰ)和闪锌矿-黄铜矿(Ⅱ)阶段,后期闪锌矿、黄铜矿的出现反映热液流体温度发生了升高.地球化学特征表明,印度洋中脊的热液硫化物总体为富Fe型,并相对富集Co和Ni元素,而Zn和Cu元素的含量相对较低.此外,取自艾德蒙德热液区的硫化物与EPR 21°N热液硫化物组成非常相似,而与慢速扩张脊TAG相比,Pb、Zn、Ag和Sr元素含量较高,Cu和Fe元素含量则较低.     

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。     

时域反射技术测量海洋沉积物含水量的研究

时域反射技术(TDR)已被广泛应用于农业、地学等领域的水体分布特征研究。经实验发现,当沉积物孔隙水的盐度高于约0.5%时,利用传统的TDR探针无法测量沉积物的含水量。通过对TDR探针进行改进,发现加套管的TDR探针可以测量高盐分沉积物的含水量。观测了向干砂中加入盐度为0、0.5%、2%和3.5%溶液过程中介电常数的变化情况,初步建立了此种情况下沉积物的介电常数与含水量间的经验关系式。这一研究将为TDR在海洋沉积物含水量和水合物饱和度测量等方面的应用提供新的方法与思路。     

水合物储运技术新进展——记第6届国际水合物大会

基于第6届国际水合物大会（ICGH-6）的资料,从促进剂添加法、水合物结构控制法和自保护效应应用法等3方面概述了以水合物形式储运天然气技术的最新进展;从氢气水合物合成的温压条件与储氢量两方面概述了水合物储氢技术的研究进展。水合物储运天然气技术已在日本进入应用实施阶段,水合物储氢技术的可行性尚有待于进一步的确定。     

西南印度洋脊龙旂热液场金属硫化物的矿物学组成及指示意义

西南印度洋脊(SWIR)是当前洋底超慢速扩张洋脊的典型代表, 具有独特的热液硫化物矿床形成机理, 对位于该洋脊的龙旂热液场硫化物样品进行了系统的矿物学分析, 结果表明:该区硫化物为高温热液喷溢活动所形成的富Fe型硫化物, 目前已经历了一定程度的氧化蚀变; 硫化物矿物组合以磁黄铁矿、黄铁矿为主, 其次是少量黄铜矿、白铁矿和(铁)闪锌矿; 黄铜矿出溶等轴古巴矿现象普遍, 部分样品中可见自然金颗粒。经综合分析, 该区热液成矿作用可划分为3个成矿阶段和1个后期海底风化阶段: (1)高温的黄铁矿+黄铜矿(等轴古巴矿) +磁黄铁矿阶段, (2)中高温的黄铁矿+闪锌矿阶段, (3)低温的胶状或莓球状黄铁矿+白铁矿+自然金阶段, (4)后期硫化物海底氧化性蚀变阶段主要是形成Fe的氧/羟化物。在整个成矿期间, 流体温度有不同程度的波动, 主要硫化物矿物形成时端元流体的温度应在335℃以上, 瞬间(短时)或局部热液的最高温度推测超过400℃。本区的磁黄铁矿属于富钴型磁黄铁矿亚类, 经历了六方磁黄铁矿+黄铁矿→单斜磁黄铁矿+黄铁矿的变化, 表明该区热液流体发生了快速降温的演化过程。     

多孔介质中甲烷水合物边界的CT图像识别技术

采用X射线计算机断层扫描(X-CT)技术观测多孔介质中天然气水合物的生成和分解过程,具有实时、直观和无损等优点。由于颗粒物边缘图像容积效应和X-CT分辨率的限制,多孔介质体系中不同物质的边界域难以确定,从而影响对多孔介质中水合物赋存状态的准确判断。利用Matlab平台图像处理软件中的开闭运算、多值化、梯度图像提取和边缘检测等方法,对实验获得的多孔介质中甲烷水合物的CT图像进行优化处理,获得了更清晰的图像,可有效地提高多孔介质中不同物质边界域的识别效果,有利于准确判断甲烷水合物在多孔介质中的赋存状态。     

气体水合物基础特性研究进展

气体水合物的结构类型、热力学与动力学、界面现象与表面形貌特征等基础特性是水合物研究的重要基础,也是水合物学科发展的基石。此外,水合物在沉积物中的微观赋存形态及其对渗流的影响也是水合物的基础特性之一,是水合物储层研究的热点。笔者主要基于近3年来的文献资料,对气体水合物的结构类型、热力学与动力学、界面现象、微观赋存形态及其对渗流的影响这4个方面的研究进行了梳理与归纳,追踪学科研究前沿,较为全面地阐述了国内外气体水合物相关研究的最新进展,也提出了气体水合物基础特性研究下一步的方向与趋势,以期为多尺度、多维度研究气体水合物的基础理论与科学问题提供借鉴。     

水合物生成导致沉积物孔隙结构和渗透率变化的低场核磁共振观测

含水合物储层的宏观物性表现是由储层沉积物的微观孔隙特征所控制的。理解沉积物在水合物生成过程中微观孔隙结构特征变化对于其物性特征的预测和分析有重要意义。本文利用低场核磁共振（LFNMR）技术监测了不同砂样中氙气水合物的生成过程,利用横向弛豫时间（T2）谱对生成过程中的微观孔隙结构及水相渗透率演化规律进行了分析。研究表明,水合物优先生成于沉积物较大孔隙中,在半径较小的孔隙中水合物很难生成;生成前期水合物的生长速率较快,后期逐渐减缓;水合物的生成导致沉积物孔隙尺寸和分布的变化,表现为随着水合物的生成,沉积物水相孔隙空间的最大孔隙半径和平均孔隙半径逐渐减小,孔隙空间的分形系数逐渐增大;沉积物水相渗透率随水合物生成过程中水合物饱和度的增加,先迅速减小后缓慢减小;具有不同孔隙结构特征的样品水相渗透率变化规律存在差异;相较于SDR模型和Kozeny-Carman模型,分形方法能够更好地体现孔隙结构变化对渗透率的影响。     

大气中微量元素的沉降对海洋生态系统的影响

大气中的微量元素通过大气的干、湿沉降过程最终进入海洋，对海洋生态系统产生重要的影响。重金属对生物具有毒性，对生物的生长起抑制作用，而由降水事件带入的营养元素使海洋初级生产力的短期内迅速增加。本文根据近年来国内外对大气中微量元素的研究成果，介绍了气溶胶中营养盐和重金属的浓度、来源及其时空变化，较为系统地评述了营养盐和重金属的输入对海洋环境、海洋生态系统的影响，并探讨了今后该领域的研究重点。     

海洋天然气水合物合成的模拟实验研究

为了研究海洋天然气水合物生成过程中元素的地球化学行为,研制了一套天然气水合物实验装置和一套实验流程.利用这套实验装置,在天然海水-甲烷体系中合成天然气水合物.探讨了不同影响因素,包括温度、压力、振动、过滤方式等对天然气水合物合成实验结果的影响.