沉积物粒度对水合物形成的制约:来自IODP 311航次证据

对取自IODP 311航次(东北太平洋Cascadia大陆边缘)所有5个站位、采样间距约为1.5m的614件沉积物样品,利用Beckman Coulter LS-230激光粒度仪进行了沉积物粒度分析,获得了沉积物粒度随深度变化特征,进而与水合物层位的替代指标进行了位置对比,这些指标包括特殊沉积构造(soupy和mousse-like构造)、测井数据(LWD)推算出来的水合物饱和度(Sh)、岩芯红外图像和实际钻取的含水合物沉积物等。发现沉积物粒度分别为31～63μm和63～125μm的2组较粗粒径的沉积物数量变化增多的位置与水合物出现层位之间存在较好的位置对应关系。如在U1326站位海底以下5～8m、21～26m、50～123m、132～140m、167～180m、195～206m、220～240m深度位置出现了沉积物粒度明显偏向粗粒的趋势,而这些位置正好对应于大多数特殊沉积构造出现的深度,也对应于水合物饱和度(Sh)值相对较高的深度,并与一些实际钻取的赋含水合物的浊积沙层观察结果一致。因此,初步研究后认为,沉积物粒度在水合物形成过程中扮演了重要角色,天然气水合物可能偏向形成于粒度大于31μm的粗粒沉积物中。

自生碳酸盐岩与底栖有孔虫碳同位素特征对多幕次甲烷事件的耦合响应——以IODP 311航次1328和1329站位为例

甲烷渗漏活动及其甲烷厌氧氧化(AOM)在自生碳酸盐岩沉淀的同时,也通过影响孔隙水溶解无机碳(DIC)进而影响着周围环境中底栖有孔虫,以往的文章鲜有报道二者的耦合响应。研究开展了综合大洋钻探计划IODP 311航次两个钻孔(1328和1329)中获得的自生碳酸盐岩和底栖有孔虫(Uvigerina peregrina)同位素研究,发现晚更新世以来多个层位获得的自生碳酸盐岩和底栖有孔虫的稳定碳同位素变化趋势均呈现一致的负偏碳同位素特征,但是,同层位的自生碳酸盐岩碳同位素负偏程度要比底栖有孔虫大一个数量级。自生碳酸盐岩与底栖有孔虫碳同位素变化趋势的一致性表明二者对于甲烷渗漏作用有较好的共同响应。AOM作用对孔隙水中溶解无机碳(DIC)的影响可在重碳酸氢根通过局部环境的过饱和沉淀自生碳酸盐岩的同时,也能部分参与底栖有孔虫的成壳,两者在成因方面是耦合的。综合结合自生碳酸盐岩和底栖有孔虫的碳同位素特征可以避免单一载体易受后期成岩改造影响而掩盖甲烷渗漏活动的识别。

IODP311航次底栖有孔虫碳稳定同位素对天然气水合物地质系统的指示

为了探索海洋天然气水合物背景下有孔虫特征的响应,对综合大洋钻探计划(IODP)311航次岩芯沉积物中底栖有孔虫Uvigerina peregrina和Bulimina mexicana进行了初步研究。通过对冷泉站位U1328和毗邻的非冷泉站位U1327沉积物中底栖有孔虫Uvigerina peregrina和Buliminamexicana的显微形貌特征和碳、氧稳定同位素测试等,证实有孔虫壳体未受到后期成岩作用的改造和自生碳酸盐岩的交代影响,有孔虫壳体的碳稳定同位素呈现明显的负偏。其中U1327站位中U.peregrinaδ13C为-0.67‰^-2.75‰(PDB),B.mexicanaδ13C为-0.51‰^-1.52‰(PDB);U1328站位中U.peregrinaδ13C为-0.72‰^-2.71‰(PDB),B.mexicanaδ13C为-0.58‰^-1.45‰(PDB)。底栖有孔虫壳体的碳稳定同位素负偏成因可能与水合物不稳定分解释放的甲烷厌氧氧化作用和食物源有关,因而可较好地指示海底天然气水合物系统地质背景。

综合大洋钻探计划311航次沉积物中自生黄铁矿及其硫稳定同位素研究

对综合大洋钻探计划(IODP)311航次652个岩心沉积物样品进行了自生黄铁矿颗粒筛选、显微形貌特征及其硫稳定同位素组成等初步研究。扫描电镜(SEM)照片显示黄铁矿以微球粒状和立方体状形貌产出,其成因与微生物作用和无机作用有关。黄铁矿的δ34SCDT值变化范围较大,从-35.4‰到+53.6‰,其成因与甲烷厌氧氧化作用(AOM)的关系密切。海水源为主的硫酸盐参与了沉积物上部的AOM过程,黄铁矿硫稳定同位素正偏的原因可能与较强的AOM作用和较多的残余硫酸盐参与有关。冷泉背景站位中黄铁矿的δ34SCDT值随着深度增加而增加,从浅表层的-35.83‰增加到深处的32.49‰,反映深处沉积物内黄铁矿形成过程中曾有过较多的残余硫酸盐参与还原,暗示其背景曾经是更高的甲烷通量和更强的AOM作用。研究结果提供了现代海洋天然气水合物背景下沉积物中自生黄铁矿及其硫稳定同位素特征记录,对于寻找我国海域天然气水合物资源,探索地史时期古海洋沉积物中甲烷事件记录具有重要的意义。

综合大洋钻探计划311航次沉积物中自生碳酸盐岩碳、氧稳定同位素特征

为了探索水合物背景下沉积物中自生矿物响应,对采自综合大洋钻探计划(IODP)311航次沉积物中自生碳酸盐岩颗粒进行了矿物组成、形貌特征和碳、氧稳定同位素特征等研究。X光粉晶衍射(XRD)和扫描电镜(SEM)结果显示碳酸盐岩颗粒的主要矿物成分是铁白云石和方解石,呈多孔状结核和不规则状集合体产出。碳酸盐岩颗粒的碳稳定同位素δ13CPDB低至-41.50‰,证实其碳源源自甲烷,其成因与甲烷厌氧氧化过程有关,印证了研究区存在海底甲烷渗漏现象,是甲烷水合物赋存区重要的识别标志之一。碳酸盐岩颗粒的氧稳定同位素δ18OPDB总体上随着沉积物深度增加而减小,可能指示沉积物的背景温度由下而上(从早到晚)逐渐降低。研究结果提供了现代海洋天然气水合物背景下沉积物中自生碳酸盐岩的碳、氧稳定同位素记录,对于寻找我国海域天然气水合物资源,探索地史时期古海洋沉积物中类似的甲烷事件记录具有重要的理论和实践指导意义。