海底冷泉流体渗漏的原位观测技术及冷泉活动特征

海底冷泉渗漏是海洋环境中广泛分布的自然现象.本文主要介绍海底冷泉原位观测技术及全球几个典型冷泉渗漏活动地区的原位观测结果.冷泉渗漏活动主要发育在海底裂隙和断层发育的地区,海底常有泥火山、麻坑、水合物、冷泉生物群落和冷泉碳酸盐岩的发育.冷泉渗漏主要包括液体和气体两种形式,流体流动包括上升流和下降流两种方式,流量变化大,主要与海底环境及构造作用有关.烃类渗漏是以气泡、油滴的形式沿断层向海底喷溢,释放量大,运移过程主要受涌浪、静水压力和裂隙压力等因素控制.冷泉渗漏活动是复杂的水文地质过程,受水合物形成和分解产生的气藏的充注和排空、深部常规油气藏的破坏及海底环境变化等多种作用的控制.

南海东沙西南海域冷泉碳酸盐岩特征及其意义

海底冷泉流体或自生碳酸盐沉积可为碳氢化合物(主要指常规油气或天然气水合物)、冷泉生物群落的调查和研究提供有利线索。对东沙群岛海区、神狐海区和ODP184-1146钻孔碳酸盐沉积的特征进行了对比和研究,结果表明这些海区碳酸盐岩的岩性特征、碳氧同位素组成等存在明显差异。东沙群岛海区和神狐海区的碳酸盐岩的化学成分如TFe、A l2O3、TiO2、K2O、Na2O、MnO、P2O5等不同,表明它们可能分别受到了粘土矿物和铁锰氧化物影响。在神狐海区至少发生了一次冷泉流体活动,形成了早晚两期冷泉碳酸盐岩,而在东沙群岛海区发生了至少3次冷泉流体活动,形成了多期冷泉碳酸盐岩,反映了这两个海区碳酸盐沉积的甲烷成因不同,且形成环境也受不同的因素控制。研究揭示,在东沙群岛南部海区可能发育热成因甲烷汇聚的天然气水合物,其海底可能存在冷泉生物群落,这为东沙西南海域天然气水合物和冷泉生物群落的进一步寻找和研究提供了新思路。

南海东北部陆坡冷泉系统的浅地层剖面特征与分析

本文通过对南海东北部陆坡区浅地层剖面资料的处理,结合横跨陆坡区的长地震测线,总结了该区浅层气聚集、海底流体运移、泥火山和冷泉活动在浅地层剖面中的特征,并对剖面中出现的声学空白带现象做了分类.研究认为浊反射、增强反射等现象,反映了该区域存在广泛的浅层气聚集.对声学空白带成因的分析,认为窄空白带很可能对应海底流体运移的通道,而宽空白带则可能由沿地层分布的浅层气引起,同时提出了自生碳酸盐岩体散落分布造成声学空白的可能性.我们在南海东北部陆坡区发现了泥火山,并讨论了其运移通道及对BSR的破坏.同时发现研究区水体中存在声学异常体,推断为冷泉羽状流,指示该区存在活动的冷泉.本文依托大量的浅地层剖面数据,对南海东北部陆坡区的冷泉系统有了较全面的认识,对冷泉系统剖面特征的成因进行了初步探讨,可为南海冷泉系统研究的进一步开展提供有益参考.

南海东沙海域浅表层柱状沉积物孔隙水地球化学特征及对冷泉流体活动的指示

海底沉积物孔隙水地球化学特征能够快速响应有机质硫酸盐还原作用(OSR)和甲烷缺氧氧化作用(AOM)引起的变化,并记录冷泉渗漏活动的特征。本文对采集自南海东沙海域天然气水合物发育区的重力柱状沉积物孔隙水样品(D17-2015)进行了阴阳离子(SO_4^(2-)、Ca^(2+)、Mg^(2+))、微量元素(Sr^(2+)、Ba^(2+))、溶解无机碳(DIC)及其δ^(13)C_(DIC)等地球化学分析。在深度剖面上硫酸根离子浓度呈直线降低,确定的硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)约为海底下7.0 m,在紧邻SMTZ界面之下的溶解Ba^(2+)浓度突然增加,同时δ^(13)C_(DIC)(-38.8‰)值极端负偏,说明此站位存在强烈的AOM作用。利用反应-运移模型模拟计算获得的硫酸根向下通量为35.3 mmol/(m^2·a)、甲烷向上的通量为30.0 mmol/(m^2·a)、OSR和AOM消耗硫酸盐的相对比例分别约为15%和85%。这些结果表明AOM作用是占主导作用的生物地球化学过程。

冷泉碳酸盐岩Sr同位素示踪研究进展

在冷泉的研究中,确定富甲烷流体的来源是非常重要的,Sr同位素对流体来源、混合模式和水岩反应等具有很好的示踪作用。近年来,国际上对冷泉碳酸盐岩Sr同位素的示踪研究越来越关注。本文系统总结了现代和古代冷泉碳酸盐岩Sr同位素的研究进展,简要归纳了Sr同位素分析测试方法,并对化学前处理过程中采用的不同酸溶液溶解样品的方法进行了对比,指出了建立标准化学前处理方法的必要性。现代和古代冷泉碳酸盐岩Sr同位素组成的变化范围较大,不同碳酸盐矿物具有不同的Sr同位素特征。冷泉碳酸盐岩Sr同位素的示踪研究集中在现代和古代冷泉流体来源的定性研究、混合流体来源的定量模型计算、以及古代冷泉碳酸盐岩的Sr同位素定年等方面。尽管取得了一系列进展,但是定量计算端元流体混合比例的准确性还有待提高,同时利用Sr同位素对古代样品进行定年存在不确定因素,其适用条件也需要进一步研究。

南海北部天然气渗漏系统地球物理初探

本文主要针对南海北部大陆边缘发育的5个沉积盆地——台西南盆地、珠江口盆地、琼东南盆地、莺歌海盆地和中建南盆地,分析了近年来利用地球物理方法研究南海北部天然气渗漏系统的成果,重点包括3个方面:天然气水合物的储藏、流体运移通道以及海底表面渗漏特征。其中表征天然气水合物存在的似海底反射BSR在台西南和珠江口盆地发育明显,莺歌海盆地发现有大型气田;5个盆地流体运移活跃,其内发现了多样的运移通道:断层、底辟、气烟囱、多边形断层及水道(峡谷)等破裂结构;海底表面渗漏特征也在台西南、珠江口、莺歌海和中建南盆地均有发现。南海北部大陆边缘天然气渗漏系统广泛发育,值得进一步深入研究。

特提斯构造域海底流体逃逸活动特征及其控制因素

海底流体逃逸活动会显著地改变海底地形地貌,产生麻坑、泥火山等地貌和冷泉羽状流现象。特提斯构造域是世界上油气最集中的构造域,流体逃逸活动广泛发育,形成的复杂流体逸出结构,对海洋油气勘探、全球气候变化研究等方面具有较好指示作用。本文选取特提斯构造域主要海域,系统总结其海底流体逃逸活动特征,发现特提斯构造域海底流体逃逸活动多分布在被动大陆边缘和弧后裂谷盆地等地质背景中,其中地中海、黑海和南海广泛发育海底冷泉、麻坑和泥火山等流体逃逸特征,而波斯湾和澳大利亚西北部近海大量发育碳酸盐岩。海底流体逃逸活动主要受控于活动断裂、沉积物超压、地震活动、海平面变化、潮汐活动和海底滑坡等海洋与地质因素。在不同海域,流体来源也不尽相同(热成因、生物成因以及天然气水合物分解),大多数通过断层、泥火山和气烟囱等通道运移。建议重视对特提斯构造域海底流体逃逸活动发育区的调查和探测,深入分析与之相关的海底流体逃逸地貌发育机制,以及其特殊海域背景下的海洋与地质因素控制作用,总结建立其海底流体逃逸活动模式及相关理论。

海底羽状流探测方法分析

海底热液活动区域广泛分布多金属结核等矿产资源,冷泉活动区域赋存丰富的天然气水合物和海洋油气资源,同时它们对于海洋生物多样性、全球气候变化、海底构造与流体地质研究具有重要意义.海底羽状流是活动热液和冷泉的重要指示标志,是进行海底原位研究的直接场所,通过探测海底羽状流来寻找海底热液和冷泉的活动区域显得尤为重要.系统梳理并总结了海底羽状流在不同探测方法的表现形态特征和不同探测方法的适用性以及局限性,为以后进行海底羽状流探测采取合适的探测方法指明了方向.条件允许的情况下应采用综合探测方法,优势互补进行海底羽状流的探测与解译,可进一步提高探测正确性和准确性,减少解释误判.声学方法能够为进一步海底羽状流属性特征研究提供有效方法,同时指出海底羽状流探测研究的相关方向.

海底冷泉羽状流及其资源效应探讨

海底冷泉羽状流是海底冷泉活动最直接的表现形式,与天然气水合物动态成藏和动态油气系统密切相关.近年来,因其对全球气候变化的影响和潜在的资源前景,冷泉流体活动受到越来越多重视.本文对全球重要海域海底冷泉羽状流的分布和通量相关研究进行总结分析,发现冷泉羽状流广泛分布在主动和被动大陆边缘,而在弧后地质背景和走滑大陆边缘发现较少,研究不够深入.在构造活动活跃、沉积速率和运移通道渗透率高的地质背景下,冷泉羽状流一般呈区域性聚集发育,规模与通量较大.目前研究发现,通常单个羽状流渗漏孔的通量一般介于3.5 mL/min~13.9 L/min之间,但受制于观测技术和成本,羽状流的通量估算具有不确定性,且易受到不同地质和海洋控制因素的影响.另外,冷泉羽状流发育区往往对应或指示重要海洋油气富集区,通过与海域天然气水合物试采结果和天然气水合物工业生产指标进行对比分析,认为大型单体冷泉羽状流以及与水合物赋存或深部油气藏相关的区域性羽状流群具有重大资源效应,主要体现在羽状流本身的气体通量资源效应、与天然气水合物的密切联系以及对于海洋深部动态油气藏的指示三个方面.建议重视对海底冷泉羽状流发育区的调查与探测,尤其针对大型单体冷泉羽状流,加强对其活动特征的长期观测,从而明确其时序渗漏特性、活动机制以及海洋与地质因素的控制作用.通过研究有效的通量测量技术和方法,建立冷泉羽状流资源评价技术标准,从而推进其进一步开发与利用.