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。

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。

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。

“海马”号ROV在天然气水合物勘查中的应用

天然气水合物作为未来的战略性新型能源矿产,在我国南海成功实现了试开采,对推动新的清洁能源生产具有重要而深远的影响。文中介绍了由我国自主研制的首套大深度作业型ROV系统("海马"号)的组成和结构特点,详细阐述了充分利用"海马"号ROV的灵活、全面、立体的作业性能,有针对性的配置了三视角高清摄像、机械手专用工具、海水温度、甲烷含量测量、声呐、定位信标等设备工具,进行了搜索、详查、观测、触探、取样、实验等水合物勘查作业,发现了海底"冷泉"活动以及与天然气水合物赋存相关的微地貌特征等,"海马"号的应用极大地推进了我国天然气水合物的研究和开发进展,未来将在天然气水合物勘查和科学研究中发挥重要作用。

“海马”号无人遥控潜水器的研制与应用

2014年,作为国家863计划重点项目"4500米级深海作业系统"的主要研究成果,"海马"号4500米级无人遥控潜水器(ROV)搭载作业母船"海洋六号"在南海实施了3个航段海上试验,下潜17次,最大下潜深度4502米,顺利通过了海试验收。随后,"海马"号迅速完成了成果转化,在2015年度南海天然气水合物有利区的详查工作中首战告捷,在我国南海北部陆坡西部海域首次发现活动性"冷泉"(定名"海马冷泉"),显示出该海域良好的天然气水合物资源前景,实现了国产高科技深海探查设备应用和南海水合物探查工作的双突破。在"海马"号探查成果的指引下,在"海马冷泉"区首次获取了海底表层高纯度的水合物实物样品,取得了我国在南海新海域采获水合物实物样品的又一次重大突破性进展。"海马"号在地勘应用中运行状态良好,操控性、可靠性、稳定性和各种扩展功能均通过严格考验,达到实用化装备的各项技术要求。"海马"号填补了我国深海探查作业手段的一项空白,大幅度提升了我国深海技术装备水平和作业能力,取得了一系列关键技术的重大突破,达到了国外同类遥控潜水器技术的水平,在我国深海技术装备研发领域具有里程碑式的意义。