南海海底冷泉喷口自生沉积物纳米矿物学和地球化学

本项目拟以国际合作的方式，采用高分辨率透射电镜（HRTEM）和同步辐射等先进的测试方法, 辅以模拟实验，在纳米尺度上开展目前相对研究比较薄弱的南海海底冷泉喷口自生沉积物矿物学、地球化学和成矿机制研究。拟在精细原位取样的基础上，系统研究南海不同位置冷泉沉积物矿物组合及其有机质组成和孔隙水成分；自生碳酸盐、硫化物和硫酸盐等纳米矿物学和地球化学特征；南海冷泉喷口中发生的自生矿物形成、矿物/流体界面反应、流体成分的改变、矿物间电子的转移等过程。项目将在前人研究基础上，参照和对比国外相关方面的研究成果，建立一套具有实际意义的天然气水合物矿物学和地球化学识别标志体系，以期为我国海域天然气水合物远景预测提供准确、可靠的证据。本项目将在矿物学和地球化学研究基础上，深入探讨南海深海生物地球化学本质过程，为"南海深海过程演变"重大研究计划做出应有的贡献。

本项目利用扫描电镜（SEM）和高分辨率透射电镜（HRTEM）等对南海北坡天然气水合物自生碳酸盐、硫化物和硫酸盐等矿物的纳米矿物学和地球化学进行了较系统的研究，发现其中自生黄铁矿主要呈管状和棒状产出，管状黄铁矿主要由草莓状黄铁矿组成；首次在南海自生管状黄铁矿中发现纳米石墨碳、似纳米碳管以及纳米锥形管，它们紧密的伴生关系说明流体中存在气体CH4。纳米石墨碳是在早先形成的草莓状黄铁矿催化作用下，甲烷气体的不完全氧化作用而形成的单质碳。因此，纳米级石墨碳可以指示沉积物中存在较大的CH4通量，作为天然气水合物的指示矿物之一；首次在南海管状黄铁矿中发现纳米级白铁矿层，其[101]和[010]面分别平行于黄铁矿的[001]和[100]面，显示黄铁矿在形成过程中其周围流体环境发生了变化，由强还原碱性环境变为局部的弱氧化酸性环境，而这种变化正是海底冷泉喷口常见的甲烷厌氧氧化的结果；在南海首次发现 “黄铁矿-石膏共生体”， 从共生体中黄铁矿和石膏的生长关系可推断该站位天然气水合物系统处于动态变化过程，存在阶段式喷溢作用，而石膏则形成于甲烷喷溢强度减弱的阶段；对来自南海北坡的碳酸岩矿物的矿物组成和结构进行了系统的研究，研究显示东沙盆地中碳酸盐矿物主要由低镁方解石组成，而神狐盆地与台西南盆地中碳酸盐矿物主要由高镁方解石与原白云石组成。东沙盆地碳酸盐矿物中很低的MgCO3显示该地冷泉活动微弱或不存在，而矿物学研究显示在神狐与台西南盆地中冷泉活动很强。此外，台西南盆地碳酸盐矿物中相对较低的有序度显示该区冷泉活动时间晚于神狐盆地；项目共完成学术论文11篇，其中已发表8篇，1篇为SCI收录,培养研究生3人。