南海北部东沙海域水合物区浅表层沉积物的地球化学特征

对采自南海北部陆坡东沙海域水合物区HD319、HD196A和GC10站位的浅表层沉积物进行了地球化学特征研究。X射线衍射分析和扫描电镜观察表明,沉积物中存在具有天然气水合物和甲烷渗漏指示意义的自生碳酸盐、硫酸盐和黄铁矿。沉积物孔隙水化学组分分析显示,随着埋藏深度加深,SO42-、Ca2+、Mg2+和Sr2+浓度明显降低,CH4、H2S浓度的增加,以及Mg2+/Ca2+和Sr2+/Ca2+比值急剧增加,与世界上水合物区浅表层沉积物孔隙水中离子浓度异常特征吻合。沉积物顶空气游离烃分析结果和孔隙水化学组分变化,特别是SO42-、H2S和甲烷含量的急剧变化,说明研究区有丰富的气源,赋存水合物的可能性非常大,同时指示了研究区硫酸盐-甲烷界面(SMI)较浅,位于海底之下8m左右。

南海北部陆坡九龙甲烷礁冷泉碳酸盐岩沉积岩石学特征

本文对南海北部陆坡九龙甲烷礁采集的两个冷泉碳酸盐岩样品TVG-1和TVG-11进行了矿物学、岩石学和碳氧同位素分析研究。X-射线衍射分析(XRD)结果表明,自生矿物主要为文石、白云石和高镁方解石等,碎屑矿物含量较少。TVG-11中存在大量的文石,而TVG-1只保留了已转化为方解石的文石假象,据此可以推断TVG-1的形成要早于TVG-11。扫描电镜(SEM)显微结构特征显示,自生矿物主要是通过细菌的厌氧氧化作用,直接从冷泉中沉淀出来的。碳、氧同位素测试结果显示,碳酸盐岩具有强13C亏损和一定程度的18O富集的特征,TVG-1和TVG-11的δ13C值分别为-46.22‰和-52.88‰,均低于-40‰,表明碳源于微生物作用的甲烷厌氧氧化,是指示该海域存在冷泉的重要证据;TVG-1和TVG-11的δ18O值分别为3.19‰和4.07‰,存在一定程度的18O富集。碳氧同位素和矿物的显微结构特征都说明九龙甲烷礁碳酸盐岩是烃类渗漏微生物作用而形成的自生碳酸盐岩,可能是天然气水合物分解引起的沉积,显示该区存在水合物的可能性很大。

南海东部沉积物中烃类化合物的地球化学特征

采用色谱和色谱-质谱技术测定了南海东部沉积物柱样HD196A中的有机物,共检测出正构烷烃、类异戊二烯烃、支链烷烃和多环芳烃等90多种烃类化合物。对样品柱中部的HD196A-30子样(3.40m)和近底部的HD196A-55子样(6.20m)进行了地球化学特征分析。由正构烷烃分布曲线的形状、碳数范围、主峰位置以及CPI值和OEP值等特征可见,沉积物中的有机质主要来源于陆地高等植物、海洋浮游生物藻类和细菌源共存物,并以源于陆源高等植物的有机质占优势。同时,多环芳烃中菲系列成熟度参数的分布反映了该区沉积物成熟度较高。在样品中检测到角鲨烯,表明这一地区存在生物甲烷合成和细菌作用,具有生成油气及天然气水合物可能性。从柱状样品的中部到底部,S8相对浓度的急剧增加,表示底部子样接近了硫酸盐甲烷交接带。结合区域构造背景和分析结果表明,HD196A站位具有天然气水合物形成的气源条件和温压条件。该区已有的研究资料报道的高值异常区与本次研究站位相吻合,显示该海区具有烃渗漏来源,是海底油、气和天然气水合物勘探的有利地区。

琼东南盆地与甲烷渗漏有关的早期成岩作用和孔隙水化学组分异常

X-射线衍射和扫描电镜观察表明,采自南海北部琼东南盆地的沉积物样品中有天然气水合物和甲烷渗漏指示意义的自生碳酸盐、硫酸盐和草莓状framboids黄铁矿,自生矿物组合和显微结构特征与冷泉沉积物类似,属微生物成因。沉积物孔隙水化学组分分析结果显示,随着埋藏深度加深,SO42-,Ca2+,Mg2+和Sr2+浓度明显降低,Mg2+浓度与Ca2+浓度和Sr2+浓度与Ca2+浓度的比值急剧增加,这些地球化学特征与世界上天然气水合物产区的浅表层沉积物孔隙水中离子浓度异常吻合较好,暗示采样站位深部可能有油气或天然气水合物藏。

X-射线荧光光谱法定量分析海山富钴结壳中MnO_2与MnO的含量之比值

通过普通X-射线荧光光谱仪,结合PeakFit谱峰处理软件,对不同比例的MnO和MnO2的混合样品的Kβ谱峰参数进行了研究,用数学方法将实测的谱峰分解为各个单一的谱峰参数(峰位、峰高、半高宽、子峰面积),找出了各个谱峰参数与不同价态锰的含量之间的关系,并据此确定了中太平洋海山区大量富钴结壳样品中不同价态锰的相对含量.分析结果显示,富钴结壳中+4价锰从核心向外有增高的趋势,可以认为这与该区第三纪以来南极底流活动的增强有关.

南海北部神狐海域水合物钻探区沉积物地球化学特征

海底水合物形成分解/甲烷渗漏的甲烷以及相关的生物地球化学过程可能对海底的沉积环境产生影响,因此识别水合物的形成分解/甲烷渗漏对海洋沉积环境改造有助于了解水合物成藏特征及其形成分解过程。选取南海北部神狐海域2007年水合物钻探区的SH3钻孔沉积物为研究对象,对SH3钻孔岩心的碳硫数据、主微量元素,尤其是氧化还原敏感元素(U、Mo、U/Mo、V/Sr)进行分析测试,同时结合SH3钻孔孔隙水数据和前人对神狐水合物钻探区的研究成果等进行对比研究。结果表明南海北部神狐海域沉积物来源除河流沉积物以外,同时还有少量中国黄土以及大陆岛弧的长英质岩浆岩沉积物;通过对U、Mo、U/Mo以及碳硫数据分析,发现SH3钻孔在10~25mbsf(meter below the seafloor)层位为硫酸盐驱动的甲烷厌氧氧化作用(Anaerobic oxidation of methane,AOM)造成的还原沉积环境,AOM作用导致了在这一层位发生了LREE/HREE、MREE/HREE的分馏;SH3钻孔沉积物在约180~215mbsf的含水合物层位出现了浊流沉积的次氧化的沉积环境,同时其赋存的细粒沉积环境也导致了轻重稀土元素的分馏,与水合物饱和度存在一定的相关性。

南海东沙海域冷泉渗漏区沉积物稀土元素地球化学特征

东沙海域是我国典型的冷泉活动区,该区域表层沉积物的稀土元素地球化学特征不仅受其源区控制,同时也可能会受到冷泉渗漏活动的影响。本文选取位于南海北部陆坡973-4站位的柱状样为研究对象,该站位位于21°54.3247’N、118°49.0818’E,水深为1 666m,柱状样总长1 375cm,采用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)、X射线荧光光谱(XRF)等分析测试方法,测得样品的稀土元素以及部分微量和主量元素数据,并结合总碳(TC)、总有机碳(TOC)以及有孔虫质量分数等数据,探讨了冷泉泄漏对周围成岩环境及沉积物稀土元素地球化学特征的影响。结果发现,973-4站位柱状样在海底以下459~619cm深度范围内稀土元素含量整体异常减少,但所有样品稀土元素分布模式及相关稀土元素参数均十分一致。结合冷泉活动研究,表明该区域沉积物元素地球化学特征的异常与物源无关,是受自生碳酸盐岩的增加所影响。此外,通过分析δCe值随深度的变化以及自生碳酸盐岩和硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)的分布情况发现三者相关度很高,表明自生碳酸盐岩的增加很可能是该区域发生的冷泉渗漏导致的甲烷厌氧氧化作用(AOM)所产生的。

南海北部台西南盆地硫酸盐—甲烷转换带自生矿物特征

研究表明,我国南海北部冷泉活动发育,台西南盆地是冷泉活动的典型区域,以九龙甲烷礁最为典型。由于水合物分解、甲烷渗漏引起的冷泉活动带来的冷泉流体中含有大量的甲烷,上涌甲烷与孔隙水中的硫酸根等离子发生氧化还原反应,其中最为典型的反应就是硫酸盐还原—甲烷厌氧氧化作用(AOM)。而这个反应区域被称为硫酸盐还原—甲烷厌氧氧化反应带或转换带,这个转换带相对于硫酸盐—甲烷界面(SMI)是一个相对完整的反应带。在这个反应带内,由于受硫酸盐还原—甲烷厌氧氧化作用的影响,会导致孔隙水异常,造成碱性及硫化环境,从而导致碳酸盐矿物及硫化物矿物的形成,并且该反应还会造成产物中特殊的硫同位素组成,同时也会影响Mo和U等氧化还原敏感元素的富集或亏损。

南海北部陆坡神狐海域天然气水合物成藏的流体运移体系

通过新近纪断裂体系和底辟构造特征综合分析认为,底辟构造、高角度的断裂和垂向裂隙系统构成了南海北部神狐海域天然气水合物成藏的主要流体运移体系.神狐海域断层发育,可分为晚中新世活动的NW(NNW)向断层和上新世以来活动的NE(NNE)断层两组.NE向断层活动强度小,规模大,从下至上切穿上新世以来沉积层,组成高角度断裂和垂向裂隙系统.底辟构造在地震剖面上呈直立的、上小下大的烟囱状通道,局部横向扩张呈囊状、花状,形成大型的反射模糊带.底辟构造的发育在上覆沉积层产生了树枝状、似花状组合形态的高角度断裂和垂向裂隙系统,构成了良好的流体运移通道和疏导体系.当富含甲烷气体的流体通过底辟构造、断裂及裂隙系统垂向或侧向运移时,在合适的温压条件下形成天然气水合物.

固态pH探测电极的制备及其性能表征

我们采用熔融碳酸锂 (LiCO3)氧化法制备了固态Ir/IrO2 pH电极 ,同时制备了改进型固态Ag/AgCl参比电极 ,并对它们的性能进行了表征。实验结果显示 ,在pH =0～ 14的溶液中 ,Ir/IrO2 电极与参比电极电位差与pH值呈现良好的线性关系 ,直线斜率为 - 6 2 4 2 9mV/pH ,截距为 6 0 7 97mV ,相关系数R2 =0 993。温度对新型pH传感器响应信号的影响符合Nernst方程 ,易于进行温度校正。盐度对电信号强度的影响是线性的 ,在介质盐度已知 ,或同步测定介质盐度的前提下 。

焙烧复原法制备的柱撑水滑石及其结构表征

通过共沉淀法合成了锌铝碳酸根型水滑石(LDH)前体.X-射线衍射分析显示,它在c轴方向的层间距,即d003随着Zn/Al比减小而缩减.这一特征在柱撑反应产物中被继承.将前体在550℃温度下焙烧5 h得到双金属氧化物(LDO),将其分别加入到十二烷磺酸钠(SDDS)和山梨酸(SBA)的水溶液中,在90℃水浴中恒温搅拌3 h.所得产物经XRD和FTIR表征,确认为DDS和SBA柱撑LDH.上述焙烧复原法合成的柱LDH均具有两套底面衍射,其中一套具单层结构,即八面体层和阴离子层为1∶1关系;另一套为双层结构,每两个八面体之间有一层阴离子.这两种结构的柱撑水滑石在合成产物中是混合物还是混层矿物待进一步工作确认.90℃以上的热水介质、具有半导体性质的前体以及亲水性柱撑剂对合成2∶1型柱撑水滑石有利.

激光拉曼光谱在气体水合物研究中的应用

天然气水合物是一种重要的潜在能源。用激光拉曼光谱法表征气体水合物能够为研究水合物形成机理和开采方法提供重要信息。系统介绍了激光拉曼光谱法的基本原理,综述了激光拉曼光谱仪在气体水合物微观表征上的各种实际应用。通过激光拉曼测试可分析水合物气体组成、推测结构类型,再利用经验公式或者相对定量法可计算出其大/小笼的气体占有率和水合数;利用原位拉曼技术可以观测水合物形成和分解的微观过程,解析气体分子进入和离开笼子的进程、进行水合物形成和分解过程中气体浓度变化及水合物形成过程中气体溶解度的测定,辨识水合物系统中的相变过程,进而研究水合物形成和分解动力学;激光拉曼光谱法还可用于研究超高压条件下气体水合物的结构及其变化过程。原位拉曼光谱能够对深海天然气水合物及其环境在原位进行表征;利用拉曼成像技术可以对水合物晶体表面进行系统测定,探求气体组分在晶体表面的分布。随着激光拉曼技术的发展及与其他设备联用水平的提高,激光拉曼光谱仪向便携,高灵敏度发展,能够更广泛深入地进行气体水合物微观研究。

琼东南盆地华光凹陷天然气水合物成藏条件及有利区带预测

分析了琼东南盆地华光凹陷天然气水合物稳定条件、气源供给来源、运移通道类型等成藏条件,指出了研究区天然气水合物的勘探方向并建立了天然气水合物的成藏模式。华光凹陷浅部沉积层的温度、压力条件满足天然气水合物形成的要求,生物成因甲烷水合物稳定带最大厚度约320m,热成因天然气水合物稳定带最大厚度约为345m。气源岩主要分布在凹陷西部地区的断陷期层序中,具有早、晚两期生烃且以晚期为主的特征,有利于热解成因气在水合物稳定带内的聚集成藏。晚中新世以来快速沉降的巨厚半深海细粒沉积物为生物成因气的形成提供了物质基础。泥底辟与其伴生断裂及多边形断层等构成了天然气水合物成藏的主要流体运移体系。华光凹陷靠近(1)号断裂的西部地区是有利的勘探方向。晚中新世以来的快速沉降使得渐新世成熟—过熟烃源岩大量生气或裂解,而且由于欠压实作用形成的地层超压为含气流体的运移提供了强大的动力。热解天然气和生物气沿着泥底辟和多边形断层等构成的输导网络向上垂向运移至水合物稳定带,形成天然气水合物,其中深水浊流水道是寻找高饱和度水合物的有利目标体。

针铁矿及其前体吸附亚砷酸根离子的反应及预处理方法的影响

观察了针铁矿及其前体对溶液中亚砷酸根离子的吸附过程和吸附性能。3种吸附剂分别为氢氧化铁凝胶、经微波真空干燥的凝胶和80℃烘干的凝胶,它们均转变成了针铁矿。氢氧化铁凝胶与亚砷酸钠溶液混和后,溶液的pH值在6min内从9.71上升到10.36,原因是亚砷酸根离子置换了针铁矿和氢氧化铁中的氢氧根;40min后开始持续下降,和亚砷酸根离子与吸附剂之间的缩合反应有关。pH值的转折点并不意味着吸附反应的结束,但代表了反应类型的转变。这两种类型的反应受温度和气体溶解组分的影响不大。吸附剂经超声波处理后,改善了其在介质中的分散性,吸附效率因此普遍提高,但也造成了固体微粒难以分离的问题。经真空微波处理的凝胶对砷阴离子的吸附率优于另外两种吸附剂,去除率分别提高了53.18%和17.22%。其主要原因可能是凝胶中的水分子在微波辐射场作用下的高频振动,使其内部在干燥脱水过程中保持了较高的孔隙度;此外,吸附剂的表面活性在微波处理过程中亦有可能得到了改善。

X射线荧光光谱在Fe、Mn化学态分析中的应用

采用普通X射线荧光光谱仪,在多种不同条件下测量了Fe、Mn及其多种化合物的Kβ和L系谱线,用PeakF it谱处理软件,分解重叠谱峰获得各个单一的谱峰参数(谱锋位置、峰高和半高宽等),对各个谱峰产生的原因进行了讨论,结果表明,对Mn及其化合物K系谱线而言,采用L iF(200)分析晶体与二级衍射提高了仪器的分辩率,能更好的用于进行曲Mn及其化合物的价态的定性分析;对Fe及其化合物而言,采用L系谱峰测量的效果优于采用Kβ谱峰测试。以上研究有助于拓宽普通X射线荧光光谱仪的应用领域,且对定性分析Fe、Mn及其化合物的价态有实际意义。

铁锰结壳中底层洋流活动的地球化学研究

文章以大洋海山铁锰结壳与南极底层流(AABW)之间关系的角度,从铁锰结壳的结构构造、矿物组合,特别是结壳新壳层的Ce异常和Ce/La比值的区域分布来探讨AABW的活动在铁锰结壳中留下的证据。主要对中太平洋和西北太平洋5座海山的17个铁锰结壳新壳层样品进行了结构构造分析和REE含量测定。结果表明,铁锰结壳的REE含量很高,平均为1716.66×10-6,且轻稀土元素明显富集,LREE/HREE平均值为4.82,除MID06样品具微弱的Ce负异常外,其他铁锰结壳样品均具明显的Ce正异常。为了对比研究AABW的影响,除铁锰结壳外,还引用了不同区域的多金属结核的稀土元素平均值资料按不同区域进行了对比研究,结果发现,AABW活动区和非活动区的δCe值和Ce/La比值有显著差异。一般来说,沿AABW流路,从南向北,δCe值和Ce/La比值有逐渐减小的趋势,但在局部地区,如地形复杂的海山区,AABW的强度会发生变化,其Ce正异常和Ce/La比值可能会局部增大。本项研究成果将有助于全面认识大洋成矿作用与海洋环境变迁的内在联系。

普通X射线荧光光谱法用于中太平洋富钴结壳中锰价态的定量分析

应用普通X射线荧光光谱仪,结合PeakFit谱峰处理软件,对不同比例的MnO和MnO_2的人工混合样品的谱峰参数进行了研究,用数学方法将实测的谱峰分解为各个单一的谱峰参数(峰位、峰高、半高宽、子峰积分面积),找出了各个谱峰参数与不同价态锰含量之间的关系,并据此确定了中太平洋海山区大量富钴结壳样品中Mn^(4+)的相对含量,主要集中在80%～100%。总结了富钴结壳中中层和表层Mn^(4+)的含量高、核心层Mn^(4+)的含量低的变化规律,认为这与该区第四纪以来南极底流活动的增强有关。

琼东南盆地华光凹陷天然气水合物稳定带厚度的影响因素

为了探讨琼东南盆地华光凹陷海底天然气水合物稳定带的分布规律,定量研究了静水压力、底水温度、地温梯度和气源组分对水合物稳定带的影响程度。在此基础上,分析了华光凹陷现今甲烷水合物稳定带的厚度分布。最后,综合各因素的历史演化过程,初步探讨了华光凹陷1.05MaBP以来天然气水合物稳定带的演化。结果表明:(1)气源组分和海底温度的变化对研究区内水合物稳定带的影响较大;水合物稳定带厚度与海底温度呈良好的线性负相关性。(2)水深超过600m的海域具备形成天然气水合物的温压条件;超过600m水深的海域水合物稳定带厚度大部分超过100m,其中西北部稳定带的最大厚度超过300m,是有利的水合物勘探区。(3)华光凹陷1.05MaBP以来天然气水合物稳定带厚度经历了快速增厚–窄幅变化–快速减薄和恢复的过程。麻坑群与水合物稳定变化敏感区在空间上具有较好的叠合关系。结合前人的研究成果,推测其形成与天然气水合物的分解释放有关。

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δ^(34)SCRS值测试,并结合总氮/总碳(TN/TOC)比值和已发表的孔隙水中SO42-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SO42-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δ^(34)SCRS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。

南海北部陆坡天然气水合物研究进展(英文)

综合调查已揭示了一系列显示南海北部陆坡存在天然气水合物的地质、地球物理和地球化学指标。结果表明两类天然气水合物系统即低通量扩散型水合物和高通量渗漏型水合物共存于南海北部陆坡,特别是东沙海域和神狐海域。天然气水合物钻探航次获得的资料为进一步理解神狐海域和东沙海域的天然气水合物系统提供了基础。钻探结果证明强似海底反射往往与低饱和度的含天然气水合物沉积物薄层联系在一起;高饱和度的天然气水合物一般不需要与地震剖面上识别的似海底反射对应,而与气体渗漏和断裂构造等特征相关。地球化学资料显示神狐海域和东沙海域的天然气水合物气源主要为微生物成因气。神狐海域钻探证实的天然气水合物分布区具有160亿立方米的甲烷地质储量,在目前天然气水合物开采技术和工艺条件下,开采具有较大困难,有待于开发更为先进的技术。随钻测井资料显示东沙海域浅部存在中等–高饱和度水合物,而深部水合物稳定带底界上方存在低饱和度天然气水合物。南海北部陆坡天然气水合物有待于深入探究其赋存状态、饱和度、储层特性和资源前景。