南海北坡天然气水合物成藏区自生沉积物纳米矿物学和地球化学特征及其对冷泉活动状态的示踪

Most previous discoveries and exploration of nature gas hydrate were based on bottom simulating reflection (BSR) in submarine sediments, but in recent years, some investigations shown that there is not necessarily an inevitable connection between gas hydrate and the BSR, thus it is necessary to establish a new BSR combined mineralogical and geochemical trace system of gas hydrate. In this project, authigenic sediments and porewater samples from different basins and various types of gas hydrate in the north slope of South China Sea will be collected. Based on some modern analytical methods, such as HRTEM and SIMS, and in situ accurate sampling, we will explore mineral assemblage, trace elements and isotopic compositions, sulfate methane interface(SMI) profile variation and its relation with methane flux, organic component and pore water composition in different types and sites deep sea seeps, investigate precipitating processes, microbiological effect, mineral/fluid interface interaction, variation of uprising vent fluid compositions in methane seeps, electron transfer among authigenic minerals, and backstep cold seepage statue and activity stages of the methane seeps. This project will be helpful for forecasting and target selection of gas hydrate in the South China Sea.

前人对水合物的勘探主要是根据似海底反射层（BSR）进行的，但一些研究已发现BSR与水合物之间并不一定存在必然的联系，因此, 有必要建立与BSR相结合的新的矿物学和地球化学水合物勘探和示踪体系。本项目拟采集南海不同位置和类型水合物和冷泉自生沉积物和孔隙水样品，采用高分辨透射电镜（HRTEM）及离子探针（SIMS）等先进的原位分析技术，在精细原位取样和纳米尺度上研究南海不同海域和不同类型水合物自生沉积物矿物学组合和岩相学特征、微量元素和同位素地球化学组成、硫酸盐甲烷界面(SMI) 纵向变化与甲烷通量之间响应、冷泉活动区微生物种群和结构特征，探讨冷泉喷口中发生的自生矿物形成过程、矿物/流体界面反应、流体成分的改变、矿物间电子的转移和微生物代谢和催化作用过程，反推不同研究区冷泉渗漏状态和经历的冷泉活动期次，进而反演不同海域甲烷水合物的赋存状态。本项目研究有助于我国南海水合物远景预测和靶区优选.

前人对水合物的勘探主要是根据似海底反射层（BSR）进行的，但一些研究已发现BSR与水合物之间并不一定存在必然的联系，因此, 有必要建立与BSR相结合的新的矿物学和地球化学水合物勘探和示踪体系。本项目采集了南海不同位置和类型水合物和冷泉自生沉积物和孔隙水样品，采用高分辨透射电镜（HRTEM）及离子探针（SIMS）等先进的原位分析技术，在精细原位取样和纳米尺度上研究南海不同海域和不同类型水合物自生沉积物矿物学组合和岩相学特征、微量元素和同位素地球化学组成、硫酸盐甲烷界面(SMI) 纵向变化与甲烷通量之间响应、冷泉活动区微生物种群和结构特征，探讨冷泉喷口中发生的自生矿物形成过程、矿物/流体界面反应、流体成分的改变、矿物间电子的转移和微生物代谢和催化作用过程，反推不同研究区冷泉渗漏状态和经历的冷泉活动期次，进而反演不同海域甲烷水合物的赋存状态,初步建立了南海水合物自生沉积物矿物学和地球化学示踪体系。研究显示: 1.南海水合物试采先导区沉积柱孔隙水硫酸盐、钙离子和镁离子浓度线性下降的趋势以及较高的甲烷通量，表明该区受到甲烷厌氧氧化反应（AOM反应）的影响，可以作为水合物存在的重要证据；2.先导区存在水合物的沉积物自生碳酸盐含量剖面与背景区有明显不同，可以利用这种差异来进行冷泉或天然气水合物的示踪；3.先导区沉积物自生黄铁矿δ34S和δ56Fe值的快速升高和较大的变化范围可以指示硫酸盐-甲烷（SMTZ)界面的存在和纵向变化，并进而指示冷泉活动的强弱；4.先导区与自生碳酸盐和硫化物共生的纳米级磁铁矿代表一种新的海洋沉积物中磁性信号成因，可以指示冷泉活动由强变弱，而具有近似海水Mo同位素组成（2.3‰）的沉积物显示其曾受到强烈硫酸盐驱动的甲烷厌氧氧化反应（AOM）的影响。本项目研究有助于我国南海水合物远景预测和靶区优选. 本项目发表SCI收录论文10篇, 培养博士后2名和博士生2名.