南海东北部岩芯沉积物磁性特征及对甲烷事件的指示

在甲烷渗漏海域,沉积物磁化率通常表现出异常的低值特征,这与硫酸盐—甲烷转换带(SMTZ)内甲烷厌氧氧化反应(AOM)的发育而导致的自生矿物的形成作用有关。通过测定南海东北部Site DH-CL11、Site 973-2、Site 973-4三个站位400个岩芯沉积物样品的磁化率,并结合三个站位自生黄铁矿丰度和硫同位素等数据探讨了南海北部天然气水合物潜在区沉积物磁化率的变化特征及其对甲烷渗漏事件的指示意义。结果表明:在甲烷异常渗漏海域,上涌甲烷与下渗硫酸盐在SMTZ内发生AOM反应生成了大量的HS-,造成亚铁磁性矿物大量溶解,同时生成大量顺磁性自生黄铁矿,导致沉积物磁化率的异常降低;但是,在HS-不足时,铁硫化物黄铁矿化不充分,会优先生成胶黄铁矿,进而出现二次磁信号。在天然气水合物潜在海域,沉积物磁化率的异常特征可以反映下部甲烷通量的变化,从而指示下伏天然气水合物藏演化,因此能够成为探测天然气水合物藏的一种间接有效的手段,将有助于我国南海北部海域天然气水合物的勘探。

海洋沉积物中AOM成因的自生矿物及其对深时地球古海洋甲烷事件的启示

甲烷厌氧氧化作用（Anaerobic Oxidation of Methane,简称AOM）是海洋沉积物早期成岩过程中常见的地质作用,记录了沉积物埋藏压实期间海水下渗与沉积流体上涌过程中发生的硫酸盐还原和甲烷厌氧氧化等生物地球化学反应,形成了一套独特的自生矿物.通过实例分析东北太平洋IODP311航次U1328站位和南海北部陆坡GMGS2航次08站位的钻孔岩芯沉积物中自生矿物的类型和稳定碳、氧、硫同位素组成等,在U1328站位浅表层及约219m深度位置和在GMGS2-08站位15mbsf、60mbsf和84mbsf位置发现了AOM成因的自生碳酸盐类矿物,其δ13C值分别低至-41.50‰（VPDB）和-57.89‰（VPDB）,并且出现了富集的黄铁矿及其正偏硫稳定同位素组成,其δ34S值分别高达32.49‰（VCDT）和20.80‰（VCDT）.认为现代海洋沉积物中AOM成因的自生矿物能有效地记录海洋的甲烷异常渗漏事件,其矿物组合和稳定同位素组成可用于探索地史时期古海洋的甲烷渗漏事件.新元古代＂雪球地球＂结束后陡山沱组＂盖帽＂碳酸盐岩中极低碳稳定同位素的特征和扇状重晶石等自生矿物特征,指示了新元古代冰后期古海洋中曾经出现异常的甲烷渗漏事件,可能造成了古海洋环境和吉气候的突变.根据＂将今论古＂原理,利用AOM成因的自生矿物探索深时地球重大转折期古海洋的甲烷异常渗漏事件具有广阔的应用前景.

珠江口盆地东部陆坡末次冰期天然气水合物-冷泉活动的记录与时间

对珠江口盆地东部陆坡GMGS 08C孔的3层自生碳酸盐岩(结核状)和有孔虫(底栖和浮游)开展高分辨率氧碳同位素分析和AMS^(14) C测年,第1层自生碳酸盐岩δ^(13) C为-38.85‰,第2、3层的δ^(13) C介于-41.36‰^-56.74‰,平均值-51.64‰,均低于-40‰。δ^(18) O值介于2.94‰~4.18‰,平均值3.68‰,明显偏重。这表明其为天然气水合物分解的产物,形成于微生物对甲烷的缺氧氧化作用,甲烷主要源自生物成因;自生碳酸盐岩层位的底栖有孔虫Uvigerina peregrina和浮游有孔虫Globigerinoides ruber的δ^(13) C值几乎同时出现极负偏,最低值分别达到-12.17‰和-9.06‰,有孔虫δ^(18) O总体上正偏,最大正偏幅度达1.50‰,说明其负偏与后期源于甲烷厌氧氧化作用(Anaerobic Oxidation of Methane,简称AOM)的成岩作用有关。自生碳酸盐岩及其与有孔虫异常碳(偏负)氧(偏正)、粥状沉积是GMGS 08C孔水合物分解甲烷渗漏的重要指标,据此推断该孔在末次冰期(MIS2—MIS3)发生过至少2次天然气水合物分解释放-冷泉甲烷渗漏活动,分别距今36ka和31~26ka,主要发生在低海平面期,说明冷泉活动明显受海平面变化影响。

南海东北部GMGS2-16站位自生矿物特征及对水合物藏演化的指示意义

硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)是海洋富甲烷沉积环境中重要的生物地球化学分带,其内发生的甲烷厌氧氧化反应(AOM)通常能影响多种自生矿物(碳酸盐类、黄铁矿、重晶石和石膏等)的形成过程。本文选取南海东北部天然气水合物赋存区GMGS2-16站位的58个沉积物样品,对其中发育的自生矿物进行了类型、含量、分布、显微形貌和稳定同位素研究。GMGS2-16站位岩心沉积物中主要发育碳酸盐类、黄铁矿和石膏3类自生矿物,亦发现单质硫颗粒的存在。自生矿物含量分布变化较大,存在多个富集层位。自生碳酸盐类均为块状,具极负的δ^(13 )C值(-37.3‰^-51.7‰VPDB)和较重的δ^(18 )O值(3.13‰~4.95‰VPDB),指示其为甲烷碳源,即AOM成因。自生黄铁矿主要呈不规则块状、棒状-管状和生物充填状,δ^(34 )S值变化范围为-41.7‰~27.1‰VCDT,其中δ^(34)S值异常正偏很可能与大量甲烷流体上涌至SMTZ内加强AOM反应有关。多层AOM成因的自生碳酸盐类与δ^(34)S值异常的自生黄铁矿产出层位基本吻合,共同指示了研究站位曾发生过多期次甲烷渗漏事件,可能与研究站位天然气水合物藏失稳存在一定联系。自生石膏主要呈棱柱状和透镜状,偶见黄铁矿-石膏共生体,初步推测自生石膏可能与水合物形成过程中的排离子效应和(或)沉积环境氧化还原条件改变导致的黄铁矿氧化有关。因此,海洋沉积物中碳酸盐类-黄铁矿-石膏自生矿物组合对探讨古海洋甲烷渗漏事件和天然气水合物藏的演化具有重要指示意义。