南海北部沉积物孔隙水碘及碘同位素研究及其对南海水合物成因的启示

As a new energy source, gas hydrate in marine has shown important economic significance. The northern South China Sea is the most important prospect area for hydrate exploration in China, and the sources and genesis of gas hydrate remain highly controversial issues with little consensus. In addition, it is difficult to identify the gas hydrate reservoirs effectively and accurately, which has severely limited the geological survey for gas hydrate in the South China Sea. This proposal aims at the sediments and pore water from the Shenhu area and the Southeast Hainan basin. Combined with the regional geological and geophysical data, based on data of iodine concentrations and iodine isotope of the pore water in marine sediments, and element geochemistry of the sediments,and gas composition of gas hydrate, the origin and genesis of gas hydrate in the northern South China Sea will be discussed in detail. Moreover, the spatial and temporal distribution characteristics and reservoiring mechanism of these gas hydrates will be further constrained.

天然气水合物是国家重要的战略储备资源，南海北部是我国重要的天然气水合物远景勘探区。目前对南海天然气水合物的气体来源和形成机理等仍然存在众多争论。此外，由于海洋天然气水合物具有埋藏深、作业难度大等特点，对其高效准确识别也还存在很多困难。本项目拟将国际新兴的沉积物孔隙水碘及碘同位素方法试用于南海天然气水合物成因研究。通过分析南海北部神狐地区和琼东南盆地水合物沉积区钻孔孔隙水样品的碘含量和碘同位素年龄，结合区域地质和地球物理资料，揭示孔隙水碘含量与南海天然气水合物的响应关系。同时根据相应沉积物地球化学特征、天然气水合物气体组成及碳氧同位素特征，综合限定南海北部天然气水合物中甲烷来源和成因。

南中国海是我国天然气水合物资源调查的重点远景区，以中国地质调查局广州海洋地质调查局为主的队伍先后在神狐、东沙和琼东南等地区发现了千亿立方米以上的水合物气藏。然而，在水合物的勘查中，除原有的BSR地球物理等勘测方法外，需要广泛结合沉积地球化学等方法，以期提高水合物勘察的效率和准确性。此外，对南海天然气水合物成因的认识也直接影响和制约着南海水合物的勘察和利用。. 针对上述科学问题和需求，项目组申请开展利用海洋沉积物孔隙水中碘等元素及碘同位素共同约束南海天然气水合物的沉积地球化学指标以及成藏过程。本次研究主要针对神狐和琼东南海域两个主要的水合物勘查区开展系统的沉积物孔隙水地球化学研究，重点分析了卤族元素组成和129I同位素，并首次得到了两个海域沉积物孔隙水的碘年龄，进而推测天然气水合物中CH4的起源与成藏。. 研究发现在当前水合物赋存层之上的沉积物孔隙水均表现为卤族元素（Cl、Br、I）含量随着与水合物赋存层距离的减小而逐渐递增的趋势，指示其卤族元素可能主要源自水合物赋存层，且受扩散作用控制；相反在水合物赋存层位卤族元素（Cl、Br、I）含量表现为较大的波动，可能与水合物赋存层较高的有机物含量和水合物分解稀释作用相关，因此沉积物孔隙水的卤族元素，特别是碘离子的浓度变化，可以作为南海水合物勘察的重要地球化学指标。. 本课题首次获得了神狐和琼东南海域水合物赋存层位孔隙水的碘同位素年龄，分别为20.77 Ma和33.13 Ma, 均明显早于其水合物赋存层的沉积年龄, 表明流体来自较老的地层。基于甲烷与I-在流体运移中具有相似的地球化学行为，推断神狐和琼东南海域天然气水合物中甲烷可能分别起源于早中新世和渐新世古老沉积地层。结合区域演化热历史，揭示该部分的甲烷主要为热成因甲烷，且进一步指出当前水合物层与烃源岩地层之间可能还有深部多水合物赋存层的存在，为未来水合物勘察方向提供了科学线索与支持。