海洋天然气水合物勘查和识别新技术:地质微生物技术

当前国内外海洋天然气水合物勘查和评价发展趋势要求有更多具有精细探测和评价功能的技术,这给地质微生物水合物探测技术的研发和应用提出了需求和挑战。简要介绍了当前水合物成藏或沉积环境研究中所涉及的主要微生物类别及其主要关系,它们绝大多数是适应海底深部低温高压环境的厌氧极端生物。其中重要类群是为天然气提供气源的产甲烷古生菌、参与甲烷厌氧氧化过程的甲烷氧化古生菌和硫酸盐还原细菌。介绍了国内外几个地质微生物探测技术的实例,包括历史悠久的"微生物油气勘探"技术、近十年来发展起来的微生物计数法、群落结构和标志类别法;另外,对新露头角的微生物生物标志物法等其他方法也给予简要介绍。

地质微生物学中几项最新研究进展

地质微生物学是地质学和微生物学之间的交叉学科,在过去的十几年中已取得了突飞猛进的发展。该研究领域涉及全球许多种极端环境,例如从地下深部结晶岩、古沉积岩、到现代超盐度湖泊、干旱的沙漠和热液喷口系统等。因为地质微生物学进展的综述可能要用一本专著方可阐述清楚,作者在此仅对地质微生物学几个活跃的前缘研究领域进行了综述,包括大陆深部、盐碱环境、干旱沙漠等极端环境中的微生物生态,白云石的微生物成因,古代沉积岩中的微生物古DNA及其环境意义以及海洋地质微生物学等几个方面。这些研究证明了将地质过程和微生物作用联系起来的重要性。

拉萨地体的起源和古生代构造演化

早期由于资料有限,对拉萨地体古生代时期的裂解、漂移、俯冲和碰撞历史的认知程度还很低。本文利用目前已有地质和地球化学资料,分析了拉萨地体的中生代岩石圈结构,探讨了拉萨地体的起源和古生代演化历史。大量长英质岩石的锆石Hf同位素和全岩Nd同位素表明,南部和北部拉萨地体以新生地壳为主,部分地区可能存在前寒武纪结晶基底,而中部拉萨地体是具有古元古代甚至太古代结晶基底的条带状微陆块。大量古生代沉积岩的碎屑锆石U-Pb年龄数据表明,拉萨地体约1170Ma的碎屑锆石年龄指标,明显不同于以约950Ma为碎屑锆石年龄指标的安多、羌塘和特提斯喜马拉雅。拉萨地体起源于澳大利亚大陆北缘是目前资料情况下的最合理解释。中部拉萨地体约492Ma的双峰式火山岩形成于活动大陆边缘背景,代表了古地理上位于澳大利亚大陆北缘的岩浆弧的一部分,可能与原特提斯洋岩石圈板片的断离有关。拉萨地体南缘和南羌塘的泥盆纪末期—石炭纪早期片麻状花岗岩类为存在明显幔源物质输入的S型花岗岩,可能形成于最终演化为松多特提斯洋的弧后盆地背景。中二叠世末期发生的拉萨地体与澳大利亚大陆北缘的碰撞造山事件可能触发了班公湖—怒江特提斯洋岩石圈的南向俯冲,并随后对拉萨地体的中生代构造岩浆演化发挥关键性作用。

西藏雅鲁藏布蛇绿岩形成构造环境的地球化学鉴别

本文对西藏雅鲁藏布蛇绿岩带中部日喀则地区夏鲁蛇绿岩中的基性岩石进行了元素地球化学研究。岩石为低钾亚碱性玄武质岩石,具有低TiO2(0.64%～1.5%)、低K2O(<0.69%)、富Na2O(2.5%～6.0%)、烧失量普遍较高(2.0%～7.5%)的特征,表明样品普遍遭受蚀变。岩石具有与N-MORB类似的稀土元素和总体一致的微量元素特征,但是岩石明显富集大离子亲石元素和亏损高场强元素,显示了洋脊玄武岩向着岛弧岩浆作用的过渡趋势。日喀则蛇绿岩不是典型的洋中脊成因,应为SSZ型蛇绿岩,可能形成于与洋内俯冲有关的SSZ型的弧后或者弧前盆地中。对东西延伸超过1500km的雅鲁藏布蛇绿岩246套基性岩石形成的构造环境进行的地球化学判别,表明至少存在大陆岛弧型、地幔柱-洋内热点型、洋中脊-大洋岛弧型和典型大洋岛弧型等四种类型洋壳,揭示了特提斯洋存在多种构造环境的特征,有利于恢复和还原一个长期演化的、丰富的特提斯洋。

中国大陆科学钻探终孔及研究进展

中国大陆科学钻探工程经过1309天的努力奋斗,于2005年1月23日,钻井终孔深度达到5118.20m。成为中国钻探技术发展的新里程碑。全面研究正在开展,在巨量物质深俯冲、超高压深俯冲与折返的精确定年、超高压岩石的原岩形成背景、上地幔流变学、地幔特殊新矿物发现、地下流体异常及地下微生物发现等方面已取得重要进展。

中国大陆科学钻探(CCSD)地下岩心样品中的细菌群落分析

通过建立高效率的微生物未培养DNA提取技术和16SrDNA分析技术,在中国大陆钻探深层岩芯中发现微生物存在的证据。从地下430.00米(S1)与1033.77米(S13)深度岩芯中分别提取到微生物DNA,进行16SrDNAPCR扩增,通过对S13样品DNA中克隆得到的54个16SrDNA的序列测定,初步构建了该深度地下微生物群落的系统进化树,发现了23种不同的微生物序列存在。通过DAPI染色证明在地下1033.77米的微生物数量约为1×104个/克岩石,采用实时定量PCR分析分析,发现了其中两种微生物(CCSD1305与CCSD1307)的数量为6.6×104+/g岩石与2.18×106个/g岩石。

中国大陆科学钻探(CCSD)深部地层微生物研究——两株未培养地下微生物菌株原位含量的分析

从地下1033．77米深处岩芯中提取微生物DNA,经PCR扩增,获得16S rDNA序列。选取其中两个序列(CCSD1305与CCSD1307),根据其16S rDNA可变区设计PCR引物,通过实时定量PCR分析,确定这两株未培养微生物在岩芯中的生物量。结果表明,CCSD1305与CCSD1307在该岩芯中的数量分别约为6．6×104和2．18×106个／克岩石。

琼东南盆地与甲烷渗漏有关的早期成岩作用和孔隙水化学组分异常

X-射线衍射和扫描电镜观察表明,采自南海北部琼东南盆地的沉积物样品中有天然气水合物和甲烷渗漏指示意义的自生碳酸盐、硫酸盐和草莓状framboids黄铁矿,自生矿物组合和显微结构特征与冷泉沉积物类似,属微生物成因。沉积物孔隙水化学组分分析结果显示,随着埋藏深度加深,SO42-,Ca2+,Mg2+和Sr2+浓度明显降低,Mg2+浓度与Ca2+浓度和Sr2+浓度与Ca2+浓度的比值急剧增加,这些地球化学特征与世界上天然气水合物产区的浅表层沉积物孔隙水中离子浓度异常吻合较好,暗示采样站位深部可能有油气或天然气水合物藏。

中国大陆科学钻探(CCSD)微生物研究——地下3900米一株细菌的分离与鉴定

在中国大陆科学钻探科钻一井的3911.28米处利用厌氧培养基分离到一株细菌CCSDFL3900,该菌的最适生长温度为65℃,兼性厌氧,革兰氏染色为阴性,端生芽孢,不运动,电镜观察无鞭毛。利用细菌16SrDNA通用引物对其16SrRNA进行PCR扩增,16SrRNA序列及其进化树分析结果显示,该菌为芽孢杆菌或地杆菌。生化试验检测显示,该菌株能够利用多种糖类发酵产酸,最终鉴定为热坚芽孢杆菌。

南平花岗伟晶岩中铯沸石的研究

目前在中国已发现两种铯矿物，即南平石和铯沸石，其中铯沸石主要分布在新疆、陕西、河南省的花岗伟晶岩中，在华南，南平花岗伟晶岩是迄今所报道的铯佛石的唯一产地。我们将南平铯沸石分成原生和次生两类，本文详细报道了南平铯沸石的产状、物性和光性、化学成分、Ｘ射线衍射特征、红外光谱、差热分析和形成过程。

南平花岗伟晶岩中锂辉石的研究

锂辉石是南平稀有金属花岗伟晶岩中的重要标型和造岩矿物。本文论述了它的产状、物理性质、化学成分、Ｘ光粉晶衍射资料、红外光谱和差热分析结果，较详讨论了锂辉石转变成腐锂辉石的过程，最后分析了锂辉石在伟晶岩中的形成条件。

南平花岗伟晶岩中的羟磷铝锂石矿物学研究

羟磷铝锂石是南平稀有金属花岗伟晶岩中的重要标型矿物，可分为原生和次生两大类，最主要的是前者，一般呈块体状，共生矿物主要有销长石，钾长石，锂辉石，铌钽矿物。本文详细讨论了南平羟磷铝锂石的化学成分、Ｘ射线粉晶衍射资料、红外光谱和差热分析结果。南平原生羟磷铝锂石的交代蚀变作用十分发育，按其先后顺序，交代蚀变矿物组合有：石英—叶钠长石、次生羟磷铝锂石、细晶销长石—石英—次生磷灰石、次生复杂磷酸盐矿物和绢云母。

岩石中微生物学研究的分子生物学技术——中国大陆科学钻探(CCSD)微生物研究

本文介绍了中国大陆科学钻探(CCSD)微生物学研究中所建立起来的分子生物学技术,即环境基因组DNA提取、16S rDNA分析、Real-time PCR技术和磷脂酸分析技术。另外探索了防污染的手段以及监测方法,并介绍了我们以这种方法时CCSD的微生物学研究所得到的一些初步结果。

南海琼东南盆地沉积物地球化学特征及其反映的甲烷微渗漏作用

研究所用样品由"海洋四号"船于2005年8月在三亚市SEE方向约150 km处采取。XRD和扫描电镜观察表明样品普遍存在自生碳酸盐、硫酸盐和草莓状(framboidal)黄铁矿。自生矿物组合和显微结构特征与冷泉沉积物类似,属微生物成因。孔隙水中Mg^(2+)、Ca^(2+)和硫酸根的浓度均有随深度增加而降低的趋势,说明这些组分在成因过程中被消耗。成岩反应过程中的溶解二氧化碳可能来自甲烷的厌氧氧化。样品中硫酸根的消耗主要和硫酸盐矿物沉淀有关,而非硫酸根还原。这意味着造成沉积物中黄铁矿大量沉淀的还原态硫并非来自采样深度,它和甲烷及Ba^(2+)一样,均来自地层更深处。