海洋天然气水合物伴生的沉积物中甲烷缺氧氧化及相关脂类生物标志物地球化学的响应

In a series of biogeochemical processes related to natural gas hydrates, the anaerobic oxidation of methane (AOM) is the most important, and it is the result of the joint action of methane oxidizing archaea and sulfate reducing bacteria. The metabolic activity of these archaea will produce lipid biomarkers with extremely negative carbon isotope composition. The structure of lipid biomarkers is quite stable, and the concentration in normal marine sediments is very low, but the concentration in sediments developed in AOM is times increase. By using FT ICR-MS, GC-MS and other methods, the project is to study the molecular composition difference between sediments associated with gas hydrates and the sediments without gas hydrates in different regions of the northern South China Sea. The aim is to reveal the distribution characteristics of lipid biomarkers in different sediments, to identify the species of AOM organisms and to compare the differences in the development of AOM; to explore the effects of microbial modification of AOM process and lipid biomarkers on gas hydrate exploration Indicates the role. The research results have important theoretical and practical values for revealing the circulation and metabolism of microorganisms in the AOM process and determining the leakage of seabed natural gas and the guidance of hydrate exploration.

在与天然气水合物有关的一系列生物地球化学过程中，甲烷缺氧氧化（AOM）最为重要，它是甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌共同作用的结果。这些古细菌新陈代谢活动中会产生具有极负的碳同位素组成的脂类生物标志物，其结构相当稳定，在正常海相沉积物中的浓度非常低，但在AOM发育的沉积物中浓度则成倍增加。本项目拟结合傅立叶变换离子回旋共振质谱（FT ICR-MS），GC-MS等方法手段，通过对南海北部不同地区不同深度天然气水合物沉积物和无天然气水合物的正常沉积物中脂类生物标志物高分辨率的分子丰度及组成的对比分析，揭示脂类生物标志物在不同沉积物中的分布特征，鉴定AOM生物的群落种类及对比AOM发育情况的差异；并探讨AOM过程微生物改造作用的影响及脂类生物标志物对天然气水合物勘探的指示作用。研究结果对于揭示AOM过程微生物的循环和代谢作用，确定海底天然气渗漏和指导水合物勘探等方面有重要的理论和实际应用价值。

脂类生物标志物是研究天然气水合物相关的一系列生物地球化学过程比如甲烷缺氧氧化（AOM）的重要生物标志物，对于天然气水合物的勘探和发育等方面有指导作用。本项目结合FT ICR-MS，GC-MS等方法手段，详细对比表征南海不同地区不同深度不同成因天然气水合物伴随的沉积物和无天然气水合物的正常沉积物中脂类生物标志物的分子组成，研究发现不同成因水合物所赋存的深层沉积物的地化特征具有显著差异：1. 以生物成因为主的水合物沉积物表现出较高的TOC、较低的硫酸盐含量以及较高的孔隙度，有机质饱和烃中显示出强度很高的低碳数UCM鼓包(C12-C19范围)，体现了强烈的微生物活动。极性脂类化合物分子组成具有明显特征，发现了一些C13-C20范围的特征极性分子（DBE1-6的含氧有机物，含硫有机物）；2. 以热成因气为主的水合物沉积物中L/H、Pr/Ph和nC17/Pr等多种生标特征表明，天然气水合物富集层有明显的油源烃浸染的痕迹，推测为来自深部油气藏的天然气将油源烃携带到天然气水合物层位，沉积物有机质显示出与油源烃微生物降解活动相关的UCM鼓包(C17-C21范围)，表明油源烃在沉积物中也受到了微生物降解活动的影响。3. 在天然气水合物最上层位和富集层位微生物活动强烈，脂类生物地球化学指标较其他层位有明显特征（有UCM鼓包及含量丰富的极性特征分子）。本研究揭示了不同成因天然气水合物伴随的沉积物脂类生物标志物的分布特征，研究结果对于揭示AOM过程微生物的循环和代谢作用，进而确定海底天然气渗漏和水合物发育等方面有重要的理论和实际应用价值。