麻坑地貌硫酸盐—甲烷界面特征及成因气体类型研究

The project is based on "908" pockmarks landform and geological information of special protection projects in the coastal Fujian and Zhejiang and Taiwan Strait obtained intends to select different sediment types ( clay , sand , mixed ) in the study area above the typical pockmark topography body , its sediments of different chemical speciation ( free state , adsorbed , water soluble ) of methane gas and pore water sulfate and other major female component cation determination , combined with carbon and sulfur isotope tracer culture experiments to identify sulfate - impact factor of methane and sulfate concentration gradient system of sedimentary geochemical environment , sulfate reduction rate, anaerobic methane oxidation rate in response relationship, the study area is calculated sulfate and methane interface (SMI) depth methane flux and its variation , according to the methane gas carbon isotopic composition of its causes and sources of discrimination , reveals sedimentary sulfate - methane system Prosumer mechanism , combined with morphological pockmark topography , size , internal structure and other characteristics, to establish different types of sediments deposited in the study area topography Ma Hang shallow body formation - pore water - methane gas geochemical model of interaction for the rich seabed early diagenesis different types of sedimentary our theory provides a scientific basis.

本项目基于“908”专项和地质保障工程在闽浙近岸和台湾海峡取得的麻坑地貌分布特征信息，拟在上述研究区选择不同沉积物类型（泥质、砂质、混合）的典型麻坑地貌体，对其沉积物中不同赋存形态（游离态、吸附态、水溶态）的甲烷气体和孔隙水中硫酸根及其它主要阴、阳离子的组分测定，并结合碳、硫同位素示踪培养实验，查明硫酸盐－甲烷界面的沉积地球化学环境的影响要素与硫酸盐浓度梯度、硫酸盐还原速率、甲烷厌氧氧化速率的响应关系，计算研究区的硫酸盐—甲烷界面（SMI）深度及其甲烷通量的变化规律，根据甲烷碳同位素组分判别其气体成因类型及来源，揭示沉积层硫酸盐－甲烷体系产消机制，并结合麻坑地貌的形态、规模、内部结构等特征，建立研究区不同沉积类型的麻坑地貌体浅部地层的沉积物－孔隙水－甲烷气体相互作用的地球化学模型，为丰富我国不同沉积类型的海底早期成岩作用的理论和研究区的油气与天然气水合物勘探提供科学依据。

本项目基于“908”专项和地质保障工程在东海近岸泥质带、台湾海峡、珠江口和南海北部陆坡区域甄别出多处典型麻坑地貌，主要有单元麻坑、圆形麻坑、拉长形麻坑、链式麻坑和复合麻坑等。麻坑地貌体沉积物粒度主要为粉砂质粘土—粘土，少量的含细砂的粉砂。不同海区的麻坑地貌沉积层孔隙水中硫酸盐离子含量从表至底均呈明显减少趋势，游离甲烷气体含量从表至底均呈增加趋势，硫酸盐与甲烷的相互作用明显，但不同海区沉积层中硫酸盐—甲烷界面（SMI）差异较大。东海近岸泥质带和珠江口地区沉积层SMI为20cm~315cm，较浅；台湾海峡西岸沉积层SMI为180~505cm，中等；南海北部陆坡沉积层SMI为320~860cm，较深。不同海区的麻坑地貌沉积层的SMI深度不一，反映了下伏地层中游离甲烷气体含量不同，较浅的SMI表明下伏游离甲烷气体含量较大。通过对游离甲烷气体碳同位组分测定，研究区δ13C-CH4为-29.47‰~-8.20‰，成因类型为生物型—混合型。通过Fick公式计算，研究区浅表层沉积物产气通量为2l/m2·a~107l/m2·a，不同区块产气量差异较大，仅浅表层沉积物中甲烷通量大小呈现：珠江口﹥东海近岸泥质带﹥台湾海峡﹥南海北部陆坡。麻坑地貌的形态、大小、规模与底质类型、下伏地层产气通量有直接关系。沉积物为细粒物质或者裂隙率较大、下伏地层产气通量较大（偏热解成因的混合型气源），能形成较大规模的麻坑地貌，沉积物为组颗粒物质或者裂隙率较小、下伏地层产气通量较小（偏微生物成因的混合型气源），能形成规模较小、形态规则的麻坑地貌。通过对不同沉积环境的麻坑地貌的浅表层孔隙水、游离气体和沉积物地球化学分析，查明了影响麻坑地貌形态、大小、规模的主控因子，阐明了麻坑地貌体浅表层沉积物中硫酸盐与甲烷相互作用的产消机制，初步构建了不同沉积环境麻坑地貌的地球化学模型，丰富了早期成岩作用理论。