南海北部海马冷泉碳酸盐岩地球化学组成特征及地质意义

稀土元素和Nd同位素组成是示踪冷泉碳酸盐岩形成环境以及流体来源的重要工具。本研究对采集于南海北部琼东南盆地海马冷泉区两个站点的筒状和含贝壳冷泉碳酸盐岩展开一系列元素和Nd同位素组成研究。筒状冷泉碳酸盐岩和含贝壳冷泉碳酸盐岩的Sr/Ca比值分别为0.01~0.02和0.01~0.03,而Mg/Ca比值分别为0.03~0.09和0.01~0.10,指示两种类型的冷泉碳酸盐岩中碳酸盐矿物分别以文石和高镁方解石为主,其中前者指示了较高通量甲烷渗漏和较高沉淀速率的形成环境。两种类型冷泉碳酸盐岩具有相似的稀土元素总量(ΣREE),分别为36.9×10^(-6)~41.8×10^(-6)和36.0×10^(-6)~53.5×10^(-6),且均以富集轻稀土元素(LREE)和亏损重稀土元素(HREE)(LREE/HREE分别为11.2~11.6和10.0~11.4)为特征,二者均无明显的铕异常(δEu分别为1.03~1.05和1.00~1.03)和铈异常(δCe分别为0.97~0.98和0.92~1.01),指示其应形成于缺氧环境。筒状冷泉碳酸盐岩和含贝壳冷泉碳酸盐岩均具有相对较低的143Nd/144Nd同位素比值(分别为0.512066~0.512096和0.512059~0.512087),计算得到εNd值分别为-10.8~-10.6和-11.3~-10.7,且εNd和1/Nd具有明显的负相关性,指示形成两种类型冷泉碳酸盐岩的流体中Nd可能是混合来源,其中绝大部分Nd来源于海水和沉积物的水岩反应释放出的富集143Nd流体。

琼东南海域冷泉微地震响应特征初探——以“海马”冷泉为例

海底天然气水合物区的冷泉系统中流体在运移过程中会冲击浅部地层,使下部地层中的流体物质发生“固-液-气”转化,其释放的能量导致裂隙坍塌和孔隙破裂,进而产生一系列与冷泉活动相关的微地震信号。这些微地震信号能够直观准确地反映天然气水合物区冷泉系统的生长发育状态及生命周期,揭示其流体逸散活动规律。本文研究了琼东南海域“海马”冷泉区2014和2021年的两次不同时间监测到的地震数据,经过相应的预处理,利用长短时窗能量比方法识别出了大量与冷泉活动相关的微地震事件。通过对这些微地震信号的波形、频谱特征和时间分布特征分析,了解了琼东南海域天然气水合物区冷泉微地震事件的响应特征。初步研究结果表明,“海马”冷泉区的冷泉活动产生的微地震事件包括短扰动信号和典型的冷泉微地震信号;波形尾部呈现类似指数的有规律的衰减,持续时间为0.3~2 s,主频分布在4~26 Hz以内。微地震活动不存在明显的类似潮汐的时间分布规律,多呈现短期集中分布的特点,这可能与冷泉喷口的活动及活动的强弱有关。

海马冷泉区沉积物的地球化学特征:对于甲烷渗漏和沉积物来源的指示

海底甲烷渗漏会对海洋沉积环境产生重大影响,使得甲烷渗漏区沉积物与正常海域沉积物的矿物学、地球化学等方面产生明显差异,因此冷泉沉积物是记录海底甲烷渗漏事件的重要载体。本文基于“海马”冷泉区ZZY7站位长400 cm的岩芯沉积物研究,对沉积物矿物组成、主量元素、微量及稀土元素地球化学特征进行分析,并结合Bayon模型等,结果表明,该站位沉积物矿物种类较多且成因多样:陆源沉积物约占75%,主要矿物成分为石英、长石、黏土等;生物及自生矿物沉积物约占25%,主要是文石、方解石、高镁方解石等。通过建立以∑REE、LREE/HREE、δCe、CaO、Mo_(EF)、U_(EF)、碳酸盐矿物百分含量为甲烷渗漏识别的指标体系,识别出4个硫酸盐-甲烷过渡带(SMTZ),并初步推断该站位可能出现4次甲烷渗漏事件(MRE):210~300(MRE1)、170~190(MRE2)、80(MRE3)、10~50 cmbsf(MRE4)。结合研究区沉积物风化指数和甲烷渗漏历史,发现新生代早期地层受钾元素交代造成钾含量高,而研究站沉积物未受成岩作用影响。这一发现对运用“海马”冷泉区沉积物风化指数研究甲烷渗漏历史和渗漏成因有一定的指导意义。

南海北部陆坡西部海域“海马”冷泉甲烷渗漏及其海底表征

2015年3月"海马"号遥控无人潜水器(ROV)在南海北部陆坡西部海域首次发现活动冷泉,并命名为"海马"冷泉,此后中国地质调查局广州海洋地质调查局先后组织了3个航次,对"海马"冷泉开展进一步勘查和研究。本次研究在综合分析4个航次调查数据的基础上,初步阐述"海马"冷泉的分布范围、地形地貌、生物群落、自生碳酸盐岩和流体活动等特征。总体而言,"海马"冷泉区地势平缓,气体渗漏现象非常发育,是以CH4为主要气体渗漏形成的活动冷泉区,且气体渗漏活动具有时空迁移性。气体碳同位素组成表明,海马冷泉区的CH4为混合成因气,且以微生物成因为主;"海马"冷泉区发育有多种类型的化能自养冷泉生物群落,冷泉区种类丰富,目前已报道了多个冷泉生物新种。这些发现为研究南海北部陆坡西部海域天然气水合物分解及其环境效应、冷泉生物生命起源与演化和南海与印度洋及太平洋物种迁移贯通等科学问题提供重要依据。

南海珠江口盆地西部海域海马冷泉区表层沉积物的生物标志物特征

2015年3月,我国用自主研制的"海马"号4500 m级非载人遥控潜水器,首次发现了海底巨型活动性"冷泉"——"海马冷泉"。为揭示冷泉区地表沉积物中地质微生物的发育和演化特征,本研究选择海马冷泉区3个站位表层沉积物样品(活动冷泉区ROV1、ROV2和背景区QDN22),对其中的地质微生物标志物进行对比研究,探讨海底表层沉积物甲烷缺氧氧化作用(AOM)的发育状况。研究表明,冷泉区表层沉积物中存在强烈地与甲烷相关的微生物活动,主要表现在:(1)相对增高的总有机碳(TOC)含量和明显偏负的?^(13)C_(org)值;(2)发育大量与AOM有关的生物标志物,如带1?3个环戊烷结构的类异戊二烯类甘油二烷基甘油四醚脂(iso-GDGTs)、一些特殊的类异戊二烯烷烃(如2,6,11,15-四甲基十六烷(Crocetane)、2,6,10,15,19-五甲基二十烷(PMI)和2,6,10,15,19,23-六甲基二十四烷(Squalane))以及C_(15:0)和C_(17:0)异构/反异构脂肪酸等,表明海底存在一定的甲烷渗漏;(3)冷泉区ROV2站位的生物标志物含量和碳同位素组成表明,此站位表层沉积物AOM作用更强,指示其下部可能存在更大甲烷通量。