甲烷渗漏背景下硫酸盐还原对含铁自生矿物生成的影响

海底甲烷渗漏现象广泛分布于天然气水合物潜在区,甲烷渗漏区发生的甲烷厌氧氧化和硫酸盐还原作用,不仅控制着甲烷的渗漏,还会促进自生矿物的形成,在铁含量较多的沉积层则呈现为含铁自生矿物的富集。利用低温高压反应釜模拟海底沉积层环境,对环境中甲烷-水-岩-微生物的相互作用进行了实验研究,探讨了甲烷渗漏环境中硫酸盐还原对含铁自生矿物生成的影响。实验结果显示:反应溶液中pH、ORP下降,HS^-和HCO_3^-离子浓度上升,指示反应釜内发生了硫酸盐还原和甲烷厌氧氧化作用。溶液中总铁含量实验前后减少了约7.5 mg/L,说明存在与铁有关的沉淀作用。扫描电镜观测到较多的铁硫化物及少量铁白云石和菱铁矿沉淀。自生矿物的生成和微生物作用密切相关,硫酸盐还原和甲烷厌氧氧化作用相互影响耦合,可以促进含铁自生矿物的生成。实验结果有助于深入认识海底甲烷渗漏区含铁自生矿物的形成以及其水合物指示意义。

海底甲烷渗漏区孔隙水及矿物组分变化数值模拟

海底甲烷的渗漏(通常是底部天然气水合物的分解引起的)往往会伴随着浅表层沉积物中一系列的地球化学变化。文章以南海九龙甲烷礁地区为研究区,建立了一维垂直柱状模型,利用数值模拟方法定量分析甲烷渗漏背景下海底沉积层中孔隙水及矿物组分的变化。结果表明:HCO3-和HS-浓度在垂向上随深度的增加先增大后减小,在SMI(sulfate-methane interface)处浓度达到最大值;SMI的深度会随着底部甲烷泄露通量的增大而变浅;SMI界面处AOM-SR(Anaerobic oxidation of methane coupled to sulphate reduction)反应最为强烈,在界面附近生成了方解石和黄铁矿等自生矿物。该研究结果对于研究天然气水合物相关自生矿物的形成特征、海底地球化学异常探测与水合物勘探等具有重要的理论意义。

富含微生物体系内温压条件对自生碳酸盐岩和铁硫化物形成的影响

甲烷渗漏区沉积层中存在的大量自生碳酸盐岩和铁硫化物,是指示天然气水合物存在的标志。但对其形成条件的实验研究还不多见。利用自主研发的模拟装置,首次在富含甲烷氧化菌和硫酸盐还原菌的微生物系统内,通过水化学分析方法,探讨不同温度和压力下水化学组分的变化;通过扫描电镜和能谱分析方法,确定自生碳酸盐和铁硫化物的形态和种类,研究它们在不同温压条件下的形成规律。结果表明:5℃,8℃和10℃实验中,p H保持在6.5~7.4之间,ORP稳定在-100.0 m V附近,HCO-3浓度为202.55~639.93 mg/L。2.5 MPa,5.0 MPa和7.5 MPa实验中,p H在6.1~7.2之间,ORP稳定在-100.0^-50.0 m V之间,HCO-3浓度为324.08~789.95 mg/L。温度和压力通过影响微生物代谢产生S2-和HCO-3、离子结合两个过程,最终控制矿物的形成。碳酸钙、菱铁矿和铁硫化物在各实验中都有生成。温度升高:HCO-3浓度变化范围变小,S2-浓度增加,氧化还原电位减小;碳酸钙形成较少;菱铁矿随温度升高而增加,铁硫化物形成随S2-浓度增加而变广,表明温度升高促进铁硫化物和菱铁矿的形成。压力增加:S2-生成量增加,ORP(氧化还原电位)变得更小;形成的铁硫化物颗粒越大且形态更好;生成的碳酸钙变少,可能受到S2-浓度的影响。这些实验结果对于研究全球海洋中碳和硫的存储及循环、自生矿物的形成机理等都具有重要意义。

天然气水合物形成主控因素实验研究

基于水合物形成是一放热反应这一规律,本文利用温度传感器实时采集不同深度的温度数据,定位水合物形成的空间位置和时间点,总结温度、压力、盐度和沉积物特征对水合物形成的影响规律。实验表明:水合物形成实验初始温度增大,则水合物不容易形成;水合物形成实验初始压力越大,水合物的越容易形成水合物;甲烷水合物在沉积层介质的孔隙度越小的情况下,则越容易形成水合物。

神狐海域钻探区水合物聚集控制因素数值模拟分析

中国广州海洋地质调查局在中国南海北部陆坡开展了一系列水合物钻探工程,2007年,实施了GMGS-1航次勘探工作,收集了8个站位的地球物理和钻井数据。根据实际勘探资料,本文采用数值模拟方法分析了神狐海域水合物聚集的主要控制因素。模拟结果表明:甲烷通量影响水合物层厚度和峰值饱和度,海水深度主要影响水合物聚集的位置,地温梯度对水合物聚集的位置和累积量均有较为显著影响,水合物稳定带(GHSZ)下部的低渗透性盖层能够阻碍了气体运移的路径,影响水合物形成过程。地温梯度与低渗盖层之间的关系是水合物产生差异分布的主要原因。