南海东沙东北冷泉流体的来源和性质_来自烟囱状冷泉碳酸盐岩的证据_韩喜球
可燃冰的利用
青岛发现的可燃冰
青岛冻土层开发可燃冰
中国状况
• 作为世界上最大的发展中的海洋大国，中国能源 短缺十分突出。中国的油气资源供需差距很大， 1993 年中国已从油气输出国转变为净进口国， 1999 年进口石油 4000 多万吨， 2000 年进口石 油近 7000 万吨，预计 2010 石油缺口可达 2 亿 吨。因此急需开发新能源以满足中国经济的高速 发展。海底天然气水合物资源丰富，其上游的勘 探开采技术可借鉴常规油气，下游的天然气运输、 使用等技术都很成熟。因此，加强天然气水合物 调查评价是贯彻实施党中央、国务院确定的可持 续发展战略的重要措施，也是开发中国二十一世 纪新能源、改善能源结构、增强综合国力及国际 竞争力、保证经济安全的重要途径。
• 该分布区为中德双方联合在中国南海北部陆坡执 行“太阳号”科学考察船合作开展的南中国海天 然气水合物调查中首次发现。冷泉碳酸盐岩的形 成被认为与海底天然气水合物系统和生活在冷泉 喷口附近的化能生物群落的活动有关。此次科考 期间，在南海北部陆坡东沙群岛以东海域发现了 大量的自生碳酸盐岩，其水深范围分别为550 米～650米和750米～800米，海底电视观察和电 视抓斗取样发现海底有大量的管状、烟囱状、面 包圈状、板状和块状的自生碳酸盐岩产出，它们 或孤立地躺在海底上，或从沉积物里突兀地伸出 来，来自喷口的双壳类生物壳体呈斑状散布其间， 巨大碳酸盐岩建造体在海底屹立，”类似，而规模却更大.
可燃冰的缺点
• 天然气水合物在给人类带来新的能源前景的同时，对人类 生存环境也提出了严峻的挑战。天然气水合物中的甲烷， 其温室效应为 CO2 的 20 倍，温室效应造成的异常气候 和海面上升正威胁着人类的生存。全球海底天然气水合物 中的甲烷总量约为地球大气中甲烷总量的 3000 倍，若有 不慎，让海底天然气水合物中的甲烷气逃逸到大气中去， 将产生无法想象的后果。而且固结在海底沉积物中的水合 物，一旦条件变化使甲烷气从水合物中释出，还会改变沉 积物的物理性质，极大地降低海底沉积物的工程力学特性， 使海底软化，出现大规模的海底滑坡，毁坏海底工程设施， 如：海底输电或通讯电缆和海洋石油钻井平台等
韩喜球：致力于海底探矿
韩喜球：致力于海底探矿作者：胡月来源：《今日中国·中文版》2016年第07期亲切、开朗、知性，是韩喜球给人的第一印象，没有人会想到这样一个温柔的江南女子与中国的大洋科考事业有着紧密的联系。
她不仅是“大洋一号”首位女首席科学家，更是中国整个大洋科考史上第一位女首席专家，在从事海洋地质研究的20多年里，她保持着科学家的严谨和女性的坚韧，用乐观积极的态度攻克一个又一个的科研难题。
韩喜球是国家海洋局第二海洋研究所海底科学实验室副主任，浙江大学海洋学院副院长。
她的工作简单说就是“海底探宝”。
韩喜球介绍说，调查深海大洋虽然离普通百姓的生活比较远，但是关乎中国在国家管辖海域范围外的一些海洋权益，例如，通过调查可以为中国申请国际海底区域矿区提供科学依据和技术支撑，同时也为全人类和平利用国际海底区域资源作贡献。
结缘深海韩喜球出生在浙江台州市，1986年考入成都地质学院地质学专业，1990年作为校优秀毕业生被免试推荐攻读硕士学位，1993年研究生毕业后进入国家海洋局第二海洋研究所从事深海沉积与大洋多金属结核研究，从此与深海结缘。
1998年她又考入浙江大学地球科学系在职攻读博士学位；2001年毕业，博士论文获得全国百篇优秀博士论文提名奖。
2002年她受国家留学基金委资助作为访问学者赴德国海洋研究中心（GEOMAR）合作研究1年，随后又两次赴德国做博士后研究。
其间参与了德国科学基金会重大研究计划SFB574项目和中德合作SiGer项目，并多次参与德国的科考航次考调查天然气水合物资源和海底冷泉，得到了很好的学术训练。
国家海洋局组织实施中国首次大洋环球科学考察，韩喜球参与了航次设计，并作为首席科学家助理参加了“大洋一号”太平洋航段和印度洋航段，寻找海底硫化物资源。
2007年成为了中国大洋科考史上第一位女首席，多次带队奔赴印度洋调查，取得了很多重大发现。
说起给海底新发现命名，韩喜球津津乐道。
“过去对新发现的海底地理实体命名不够重视，往往只是随意地编个号。
南海东北部海底沉积物波的形态、粒度特征及物源、成因分析
南海东北部海底沉积物波的形态、粒度特征及物源、成因分析丁巍伟;李家彪;韩喜球;黎明碧;ERWIN Suess【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2010(032)002【摘要】在南海东北部广泛发育沉积物波.通过高分辨率多波束数据、地震剖面以及重力柱状样,对沉积物波的形态特征、粒度特征、物源以及形成机制进行了分析.研究表明大致以台湾浅滩南海底峡谷为界,北侧为近北东向展布,南侧为近南北向展布.对其分布规律、地貌和形态特征及重力柱状样粒度分析表明这些沉积物波为浊流成因.沉积物波的发育与新生代晚期研究区的构造活动密切相关,自距今6.5Ma以来台湾造山运动使台湾岛强烈抬升剥蚀,这些剥蚀物为研究区提供了大量的陆源物质,而在南海东北部陆坡区大量发育的峡谷-冲沟系统为陆缘物质向下陆坡的输送提供了良好的通道.研究区西侧的东沙隆起长期处于抬升剥蚀状态,这种抬升剥蚀也为研究区沉积物波的发育提供了部分物源.随着坡度的减缓,浊流沉积物开始堆积,在台湾浅滩南海底峡谷的北侧形成了展布方向与冲沟垂直的沉积物波,而在南侧由于台湾浅滩南海底峡谷发生转向,浊流从水道中漫溢出来,沉积物堆积下来,形成了与原先水道近于垂直的近南北向的沉积物波.【总页数】10页(P96-105)【作者】丁巍伟;李家彪;韩喜球;黎明碧;ERWIN Suess【作者单位】国家海洋局第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;国家海洋局第二海洋研究所海底科学国家海洋局重点实验室,浙江,杭州,310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;国家海洋局第二海洋研究所海底科学国家海洋局重点实验室,浙江,杭州,310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;国家海洋局第二海洋研究所海底科学国家海洋局重点实验室,浙江,杭州,310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江,杭州,310012;国家海洋局第二海洋研究所海底科学国家海洋局重点实验室,浙江,杭州,310012;Leibniz-Institute for Marine Sciences,基尔,24148【正文语种】中文【中图分类】P736.213;P737.22【相关文献】1.南海东北部台湾浅滩陆坡的浊流沉积物波的发育及其成因的构造控制 [J], 王海荣;王英民;邱燕;彭学超;黄奇志2.日照市海岸带海滩沉积物粒度特征及物源分析 [J], 张昊; 郝义; 王惠; 李忠涵3.基于重矿物地球化学手段的南海东北部陆架沉积物物源研究 [J], 马一开;黎刚;颜文4.雅浦海沟南缘海底表层矿物碎屑粒度特征及其物源指示 [J], 陈康;徐继尚;李广雪;田举;杨继超;周尚;孙思婷5.南海东北部深海盆末次冰盛期以来陆源碎屑粒度特征及影响因素 [J], 王雪松;陈忠;许安涛;田雨杭;曹立;张斌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
南海北部冷泉碳酸盐岩中钙质生物壳体和自生碳酸盐矿物的 Mg／Ca、Sr／Ca 及其环境指示
南海北部冷泉碳酸盐岩中钙质生物壳体和自生碳酸盐矿物的Mg／Ca、Sr／Ca 及其环境指示杨克红;初凤友;朱继浩;马维林;董彦辉【摘要】There are inclusion and pore space structures in the cold-seep carbonates with plenty of biological marks in the north of the South China Sea.The Mg/Ca and Sr/Ca ratios of the carbonate minerals and the calcareous bio-genic shells in different structures are analyzed by the electron microprobe.The results show that the Mg/Ca and Sr/Ca ratios of the authigenic carbonate minerals have a range from 0.50 mmol/mol to 39.19 mmol/mol with the mean 12.50 mmol/mol and from 0.06 mmol/mol to 2.90 mmol/mol with the means 0.53 mmol/mol,individually. The Mg/Ca and Sr/Ca ratios of the calcareous biogenic shells have a range from 1.14 mmol/mol to 84.57 mmol/mol with the mean 24.57 mmol/mol and from 0.77 mmol/mol to 1.84 mmol/mol with the means 1.08mmol/mol,individually.According to the relationship between Mg/Ca and Sr/Ca ratios,the authigenic carbonate minerals have no groups which are all low to middle Mg/Ca ratio and low Sr/Ca ratio,but the calcareous biogenic shells can be divided into two groups,and the one on the groundmass has high Mg/Ca ratio and middle Sr/Ca ratio,and the other one in the inclusions has low Mg/Ca ratio and middle Sr/Ca ratio.Based on the Mg/Ca characteristic,the sedimental environment is discussed with a result that the calcareous biogenic shells on the ground mass grew up in the methane seep environment and the inorganic carbonate mineralsinfluenced their Mg/Ca ratio,but the calcareous biogenic shells in the inclusions grew up in normal environment without methane seep influences,and they entred into the carbonates by bioturbation and/or bioirrigation.Moreover,according to Sr/Ca ratios varies during diagenis, the Sr/Ca ratios of the calcareous biogenic shells on the ground mass may be higher when they formed initiall.The results can give some directions tofind chemical proxies of methane seeps.%南海北部冷泉碳酸盐岩具有包裹结构和孔洞结构，并且含有丰富的生物遗迹。
南海北部烟囱状冷泉碳酸盐岩的沉积环境分析
南海北部烟囱状冷泉碳酸盐岩的沉积环境分析杨克红;初凤友;赵建如;韩喜球;叶黎明;章伟艳【期刊名称】《海洋学报（中文版）》【年(卷),期】2013(035)002【摘要】对南海北部陆坡具有圈层结构的烟囱状冷泉碳酸盐岩的岩石学、矿物学和地球化学特征进行了研究,结果表明:烟囱内外层具有明显不同的特征,内层碳酸盐含量比外层高,内层的碳酸盐矿物也更富含MgCO3,并且矿物颗粒较大,结晶程度较高；外层的铝、硅等陆源碎屑元素比内层含量高.内外层的碳、氧同位素也具有明显差别.对于研究的两个样品,内层的δ13 C分别为-40.80×10-3和-31.27×10-3,δ18 O分别为2.67×10-3和2.00×10-3,而外层的δ13 C分别为-31.26×10-3和-30.99×10-3,δ18O分别为0.48×10-3和1.85×10-3.结合前人在该区域附近的研究结果认为,烟囱状碳酸盐岩具有内层比外层相对较负δ13C和较为富集δ18O的特征.1 mm间隔取样的δ13C和δ18O剖面变化与烟囱状碳酸盐岩的圈层结构吻合较好,由外层至内层δ13C的变化范围为-27.50×10-3～-32.05×10-3,δ18O的变化范围为0.78×10-3～2.34×10-3.外层6 mm的δ13 C和δ18O具有明显的负线性相关,相关系数γ2为0.996 7.根据上述特征,讨论了渗漏甲烷流体的性质、扩散机制及对沉积环境的影响,推测具有圈层结构的烟囱状碳酸盐岩是由单一渗漏通道形成的,生长顺序有待进一步定年证实.烟囱外部6 mm受海水影响较大.研究结果对于恢复南海北部陆坡甲烷渗漏系统、建立冷泉和热泉之间的联系具有一定意义.%Some cold-seep carbonate chimneys collected from the north continental slope of the South China Sea were studied for petrology, mineralogy and geochemistry. The cross cut samples clearly showeddistinctive layers. In the inner layer, the carbonate content was higher, and contained higher MgCO3 and bigger minerals, and the minerals crystallized better. While the outer layer contained higher detritus such as Al and Si. The isotopes compositions of δ13C and δ18O were different between the inner and outer layers. For the two studied samples, in the inner layer, δ13C is —40. 8×10-3 and —31. 27×10-3 ,and δ18O is 2.67×10-3and 2. 00× 10-3, inrn3dividually, and in the outer layer, δ13C is -31. 26×10-3 and -30. 99×10-3, and δ18O is 0. 48×10-3 and 1. 85×10-3, individually. Integrating the former researches near this area, the pattern that δ13C was increasing and δ18O was decreasing from the inner layer to the outer layer. The δ13C and δ18O curves using lmm interval samples range from —27. 50 ×10-3 to —32. 05 × 10-3 and 0. 78 × 10-3 to 2. 34 × 10-3 from the outer layer to the inner layer individually, which showed the layer structure well. In the outer 6 mm, the δ13C and δ18O had a strongly negative correlation, which correlation coefficient r2 was 0. 996 7. According to the above results, the characteristic of CH4 fluid, its diffusing model and its influences on the sedimentary environment were discussed. The carbonate chimneys studied in this paper were supposed to form in a single channel, but which layer was older needs more dating researches. The outer 6 mm was influenced strongly by the seawater. The results can be used to recover the methane seep system of the northern continental slope of the South China Sea and can also give some relationships between cold seeps and hydrothermal seeps.【总页数】8页(P82-89)【作者】杨克红;初凤友;赵建如;韩喜球;叶黎明;章伟艳【作者单位】国家海洋局海底科学重点实验室,浙江杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;国家海洋局海底科学重点实验室,浙江杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;国家海洋局海底科学重点实验室,浙江杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;国家海洋局海底科学重点实验室,浙江杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;国家海洋局海底科学重点实验室,浙江杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012;国家海洋局海底科学重点实验室,浙江杭州310012;国家海洋局第二海洋研究所,浙江杭州310012【正文语种】中文【中图分类】P736.4+1【相关文献】1.南海东北陆坡烟囱状冷泉碳酸盐岩生长剖面的碳、氧同位素特征与生长模式 [J], 陈选博;韩喜球2.南海北部冷泉碳酸盐岩的矿物、岩石及地球化学研究进展 [J], 佟宏鹏;冯东;陈多福3.南海北部陆坡九龙甲烷礁冷泉碳酸盐岩沉积岩石学特征 [J], 邬黛黛;吴能友;叶瑛;韩喜球;黄永样;SUESS E4.南海北部烟囱状碳酸盐岩记录的冷泉流体活动演化特征研究 [J], 刘关勇;王旭东;黄慧文;孙跃东;梁前勇;李牛;胡钰;冯东5.南海北部冷泉碳酸盐岩中钙质生物壳体和自生碳酸盐矿物的 Mg／Ca、Sr／Ca 及其环境指示 [J], 杨克红;初凤友;朱继浩;马维林;董彦辉因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
冷泉
冷泉
冷泉是以水、碳氢化台物(天然气和石油)、硫化氢或二氧化碳为主要成分，受压力梯度影响从沉积体中运移和排放出。
温度与海水相近并具有一定流速的流体(本文指以甲烷为主要成分的冷泉)。
导致冷泉形成的因素很多，主要有：
(1)全球气候变暖或变冷事件使极地冰盖消融或凝结，改变海水的体积造成海底压力的变动和温度变化；
(2)构造抬升或海平面下降使压力降低；
(3)沉积物埋藏、海底沉积物滑动、运移及重新沉积；
(4)与地震活动有关的压力快速变化、火山喷发、地温梯度升降；
(5)海底底层水变暖或温盐环流变化，冬季变冷和夏季升温引起的海底环境变化。
海底冷泉一般发现于深海扩张中心、汇聚板块边界、被动／主动大陆边缘、弧前盆地、断层、泥火山发育的海域。
与热液喷泉具有挥发性和短暂性的特征不同，冷泉排溢是缓慢和持续的。
全球冷泉分布广泛，从热带海域到两极极区、从浅海陆架到深海海沟均有分布。
根据冷泉喷溢的速度将冷泉分为喷发冷泉、快速冷泉和慢速冷泉。
目前世界上发现的冷泉太部分是快速喷发的冷泉，具有资源意义和生物价值。
慢速冷泉是浅表层的生物成因气以及缓慢来源于深部的热成因气在相对透水的粗粒沉积层运移，一般不形成排放口或特征冷泉地貌，冷泉生物不发育或零星发育。
管状蠕虫、蛤类、贻贝类较少，易形成菌席结构。
南海海马冷泉区沉积物孔隙水地球化学特征对冷泉活动的指示
南海海马冷泉区沉积物孔隙水地球化学特征对冷泉活动的指示孙国静;管红香;张志顺;赵彦彦;冯俊熙;杨俊;张广璐;张雅茹;魏浩天;刘盛【期刊名称】《海洋地质与第四纪地质》【年(卷),期】2024(44)1【摘要】海马冷泉位于南海琼东南海域,是南海迄今发现的两个活动冷泉之一。
我们对海马冷泉Rov2和PC3站位两个活塞重力柱沉积物孔隙水的阴阳离子、溶解无机碳(DIC)及其碳同位素组成和Sr、Ba含量等进行了分析。
结果表明,两个站位孔隙水DIC含量(Rov2和PC3最大DIC含量分别为27.4、8.5 mM)和δ^(13)CDIC(Rov2和PC3站位最低值分别为-54.63‰和-48.93‰)具有明显的镜像关系。
结合孔隙水硫酸盐浓度的变化特征,Rov2和PC3站位的硫酸盐-甲烷界面(SMI)分别位于约485和410 cm。
通过模拟估算,Rov2和PC3站位向上甲烷通量分别为67.4和97.2 mol·m^(-2)·ka^(-1),较浅的SMI深度与相对较高的甲烷通量相一致。
SMI附近极低的孔隙水δ^(13)CDIC值指示了AOM作用的发生及其对DIC的贡献。
在Rov2站位,自生碳酸盐矿物以高镁方解石为主,阳离子Ca^(2+)、Mg^(2+)和Sr^(2+)含量随深度增加并表现出与SO_(4)^(2−)阴离子含量相似的变化特征。
在SMI附近,随着SO_(4)^(2−)的消耗、有机质的矿化将大量的Ba^(2+)和PO_(4)^(3-)释放进入孔隙水。
因此,冷泉孔隙水地球化学特征的变化能帮助我们有效识别渗漏活动过程,对AOM作用下物质的迁移与转化具有重要的指示意义。
【总页数】14页(P1-14)【作者】孙国静;管红香;张志顺;赵彦彦;冯俊熙;杨俊;张广璐;张雅茹;魏浩天;刘盛【作者单位】中国海洋大学海洋地球科学学院深海圈层与地球系统教育部前沿科学中心;崂山实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室;中国地质调查局广州海洋地质调查局【正文语种】中文【中图分类】P736.4【相关文献】1.南海东沙海域浅表层柱状沉积物孔隙水地球化学特征及对冷泉流体活动的指示2.南海珠江口盆地西部海域海马冷泉区表层沉积物的生物标志物特征3.冷泉渗漏对海洋沉积物氧化还原环境地球化学识别的影响--以南海东北部F站位活动冷泉为例4.南海北部海马冷泉区表层沉积物的AOM生物标志化合物特征及意义因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
南海东沙海域冷泉渗漏区沉积物稀土元素地球化学特征
南海东沙海域冷泉渗漏区沉积物稀土元素地球化学特征邬黛黛;杨飞;黄霞;潘梦迪;孙甜甜;刘丽华;吴能友【期刊名称】《海洋地质与第四纪地质》【年(卷),期】2017(37)5【摘要】东沙海域是我国典型的冷泉活动区,该区域表层沉积物的稀土元素地球化学特征不仅受其源区控制,同时也可能会受到冷泉渗漏活动的影响。
本文选取位于南海北部陆坡973-4站位的柱状样为研究对象,该站位位于21°54.3247’N、118°49.0818’E,水深为1 666m,柱状样总长1 375cm,采用电感耦合等离子质谱(ICP-MS)、X射线荧光光谱(XRF)等分析测试方法,测得样品的稀土元素以及部分微量和主量元素数据,并结合总碳(TC)、总有机碳(TOC)以及有孔虫质量分数等数据,探讨了冷泉泄漏对周围成岩环境及沉积物稀土元素地球化学特征的影响。
结果发现,973-4站位柱状样在海底以下459~619cm深度范围内稀土元素含量整体异常减少,但所有样品稀土元素分布模式及相关稀土元素参数均十分一致。
结合冷泉活动研究,表明该区域沉积物元素地球化学特征的异常与物源无关,是受自生碳酸盐岩的增加所影响。
此外,通过分析δCe值随深度的变化以及自生碳酸盐岩和硫酸盐-甲烷转换带(SMTZ)的分布情况发现三者相关度很高,表明自生碳酸盐岩的增加很可能是该区域发生的冷泉渗漏导致的甲烷厌氧氧化作用(AOM)所产生的。
【总页数】11页(P59-69)【关键词】稀土元素;冷泉渗漏;东沙海域;自生碳酸盐岩【作者】邬黛黛;杨飞;黄霞;潘梦迪;孙甜甜;刘丽华;吴能友【作者单位】中国科学院天然气水合物重点实验室,中国科学院广州能源研究所,广州510640;海洋国家实验室海洋矿产资源评价与探测技术功能实验室,青岛266071;中国科学院大学,北京100049;中国地质调查局油气资源调查中心,北京100029;国土资源部天然气水合物重点实验室,中国地质调查局青岛海洋地质研究所,青岛266071【正文语种】中文【中图分类】P736.4【相关文献】1.南海北部东沙海域浅层沉积物孔隙水地球化学示踪深部水合物发育特征 [J], 丛晓荣;曹运诚;苏正;陈多福2.南海东沙海域浅表层柱状沉积物孔隙水地球化学特征及对冷泉流体活动的指示[J], 梁华催;梁前勇;胡钰;罗敏;曹运诚;张文进;陈多福3.南海北部东沙海域水合物区浅表层沉积物的地球化学特征 [J], 邬黛黛;吴能友;付少英;梁金强;管红香4.南海西南海域表层沉积物微量和稀土元素地球化学特征及其意义 [J], 蔡观强;邱燕;彭学超;钟和贤因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
南海北部陆坡西部海域“海马”冷泉甲烷渗漏及其海底表征
1,2
3
陆敬安 , 王建军 , 方允鑫 , 龚跃华 , 何雪宝 (1. 中国地质调查局 广州海洋地质调查局, 广东 广州 510760; 2. 中国地质调查局 天然气水合物工程技术中心, 广东
广州 510760; 3. 自然资源部 第三海洋研究所, 福建 厦门 361005)
n 摘 要: 2015 年 3 月“海马”号遥控无人潜水器(ROV)在南海北部陆坡西部海域首次发现活动冷泉, 并命名为
另外, 在东海天然气水合物发育区也发现了冷泉碳
e 酸盐岩[20]。2007 年, 我国台湾学者在台西南海域通 .g 过遥控无人潜水器(remote operated vehicle, 简称
“ROV”)调查, 发现了活动的海底冷泉[21]。2013 年,
“蛟龙”号载人深潜器在 F 站位(又名福尔摩沙海
h Seafloor geology and geochemistry characteristic of methane seepage of the “Haima” c cold seep, northwestern slope of the South China Sea
o ZHAO Jing1, LIANG Qian-yong1,2*, WEI Jian-gong1,2, TAO Jun1,2, YANG Sheng-xiong1,2, LIANG Jin-qiang1,2, LU Jing-an1,2, WANG Jian-jun3, FANG Yun-xin1,2, GONG Yue-hua1,2 and HE Xue-bao3
w 脊)[22]发现了“蛟龙 1 号”活动冷泉。 基于海底自生冷泉碳酸盐等样品, 我国学者对
w 古代冷泉活动开展了一定的研究工作[23]。然而由于
南海北部烟囱状碳酸盐岩记录的冷泉流体活动演化特征研究
文献标识码: A
文章编号: 0379-1726(2017)06-0567-13
Variations in fluid sources and seepages archived in carbonate chimneys from the northern South China Sea
LIU Guan-yong1,4, WANG Xu-dong1,4, HUANG Hui-wen1,4, SUN Yue-dong1,4, LIANG Qian-yong2, LI Niu1, HU Yu3 and FENG Dong1,5*
1. CAS Key Laboratory of Marginal Sea Geology, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou 510301, China;
2. MLR Key Laboratory of Marine Mineral Resources, Guangzhou Marine Geological Survey, China Geological Survey, Guangzhou 510075, China;
Key words: seep carbonates chimneys; carbon and oxygen isotopes; sulfur isotopes; seepage dynamics; northern South China Sea
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
. 冷泉碳酸盐岩的赋存 , 意味着海底曾经
[1]
或者正在发生富甲烷流体排溢现象 . 通过研究冷泉碳酸盐岩 , 可以洞察过去海底富 甲烷流体的活动情况及其与海底天然气水合物藏之 间可能存在的关系 . 例如 , Bohrmann 等人 [8]测定了卡 斯凯迪亚 (Cascadia) 俯冲带冷泉碳酸盐岩的氧同位素 值 , 根据底层水温度和方解石氧同位素分馏方程计 算 , 认为高镁方解石沉淀自富
在全球范围内主动大陆边缘、 被动大陆边缘和陆 架环境有越来越多的冷泉碳酸盐岩被发现 [1,2]. 冷泉 碳酸盐岩的形成与海底富甲烷流体的活动密切相关 . 在硫酸盐 - 甲烷转换带附近 , 因嗜甲烷古菌和硫酸盐 还原菌的共同作用 , 大量的甲烷发生缺氧氧化 , 同时 硫酸根离子被还原 , 引起环境碱度升高 , 导致了自生 碳酸盐矿物的沉淀 [1,3]. 冷泉碳酸盐岩的碳源主要来 自甲烷 , 它们以很轻的碳同位素组成为特征 , δ C 值
2013 年
论 文
第 58 卷
第 19 期： 1865 ~ 1873
《中国科学》杂志社
SCIENCE CHINA PRESS
南海东沙东北冷泉流体的来源和性质: 来自烟囱状冷泉 碳酸盐岩的证据
韩喜球①*, 杨克红①, 黄永样②
① 国家海洋局海底科学重点实验室 , 国家海洋局第二海洋研究所, 杭州 310012; ② 广州海洋地质调查局, 广州 510075 * 联系人 , E-mail: xqhan@ 2012-09-20 收稿, 2013-02-02 接受, 2013-05-30 网络版发表 国家重点基础研究发展计划(2009CB21950607)、浙江省杰出青年科学基金(R5110215)和国家自然科学基金(40976040)资助
13
一 般 为 20‰~60‰ V-PDB 变 化 [1], 甚 至 可 低 至 75‰ V-PDB[2], 在物质来源和成因上区别于正常的 海相碳酸盐岩 . 根据形成环境 , 冷泉碳酸盐岩可划分 为两大类 [4~7], 一类形成于海水 - 沉积物界面上 , 与底 层海水直接接触 , 如化学礁灰岩 (chemoherm) 和碳酸 盐结壳 , 其矿物成分以文石为主 ; 另一类形成于海底 以下硫酸盐 - 甲烷转换带附近 , 不与海水直接接触 , 沉淀作用主要围绕流体通道发生 , 形成以烟囱状为
2013 年 7 月
第 58 卷
第 19 期
主的冷泉碳酸盐岩 , 矿物成分以高镁方解石或白云 石为主
[4~7]
0.59‰~0.74‰ V-SMOW, 并不能对沉淀文石的流体 中是否有水合物分解水的贡献作出肯定判断 . 特别 是 , 由于文石形成于海水 - 沉积物界面附近 [6~8,21], 当 冷泉流体从海底排溢出来后会被海水迅速稀释 , 所 记录的流体信号比较弱 , 因此用文石示踪深部流体 的来源和性质不是很理想 . 相比之下 , 形成于海水 沉积物界面以下流体通道周围的烟囱状冷泉碳酸盐 岩能较忠实地反映深部上涌的古冷泉流体的信息. 本文在前期研究基础上 , 深入研究烟囱状冷泉碳酸 盐岩 , 旨在揭示古冷泉流体的来源与性质及其与古 水合物藏之间可能存在的成因联系 , 估算古冷泉流 体中水合物分解水和古海水的相对贡献 , 并探讨古 水合物藏曾遭受破坏的可能机制 .
图2
南海东沙东北烟囱状冷泉碳酸盐岩类型和特征
状 , Site 3; (f) 管状烟囱 , Site 3
(a) 烟囱状冷泉碳酸盐岩在海底的赋存状态 , Site 2; (b) 环状烟囱 , Site 2; (c) 管状烟囱 , Site 2; (d) 实心柱状烟囱 , Site 2; (e) 不规则结核
18
O 的孔隙水 , 与水合
[4]
物分解释放的流体有关 . Han 等人 研究了哥斯达黎 加大陆边缘的冷泉碳酸盐岩 , 得出沉淀流体的 δ18O 值最高达到 4.72‰ V-SMOW, 有源自黏土脱水作用 所释放流体的贡献 , 与泥火山和泥底辟作用有关 . 2004 年 , 中德合作 SO177 航次在南海东北陆坡 上首次发现了 3 个古冷泉活动区 , 这 3 个区位于东沙 东北两个相邻的海脊上 , 中间隔一条宽约 8 km 的海 底峡谷 , 其中 Site 1 (22°09′N, 118°52′E, 水深 : 473~ 498 m)位于东海脊 , Site 2 (22°08′N, 118°43′E, 水深 : 533~555 m) 位 于 西 海 脊 的 北 段 , Site 3 (22°02′N, 118°46′E, 水深 : 768~771 m)位于西海脊的南段 (图 1). 该航次利用海底摄像和照相拍摄了冷泉碳酸盐岩的 赋存状态 , 并利用电视抓斗采集到了大量的冷泉碳 酸盐岩[9,10]. 碳酸盐岩的形貌多样, 包括烟囱状、结核 状、多孔结壳状、板状、不规则礁块状等 , 通过前期 的研究工作 , 关于研究区冷泉碳酸盐岩的类型、岩 石学结构、早期成岩作用、矿物组成和碳氧同位素特 征、石化微生物结构和自生碳酸盐矿物之间的相互关 系、生物标志化合物、形成冷泉碳酸盐岩的氧化还原 条件 , 以及烟囱状冷泉碳酸盐岩的形成模式已经有了 较清晰的认识[5,9~17], 也曾对研究区样品进行 U-Th 测 年, 结果表明, 研究区的冷泉活动发生于 11.5~145 ka 低海面时期 , 古海平面高度为 62~104 m[18,19]. 但 迄今 , 关于研究区富甲烷流体的来源和性质及其与 下伏水合物藏之间潜在的成因联系仍然缺乏细致研 究和确凿的地球化学证据 . 仅陆红锋等人 [12] 对此略 有涉及 , 他们利用样品中文石的氧同位素组成和研 究 区 附 近 底 层 水 温 度 计 算 出 古 流 体 的 δ18O 值 为 0.59‰~0.74‰ V-SMOW, 认为沉淀文石的平衡流体 较现代海水富 身就富含
1866
论 文
13C 和 18O 值均相对于 V-PDB 标准 , 重复分析实验
室标样得到 C 的标准偏差 <0.03‰ V-PDB, O 的
13 18
流体通道结构不可辨 , 呈实心柱状、螺旋状或不规则 结核状 , 可能为流体通道的印模或化能生物活动的 遗迹化石 (图 2(d), (e)). Site 1 和 Site 2 的烟囱样品表 面均有一薄层的红褐色铁锰氧化物沉淀 , 反映暴露 在海底已经有相当一段时间 (图 2(b)~(d)), Site 3 的烟 囱状样品则基本上没有铁锰氧化物沉淀 , 呈灰黑色 或灰绿色弱固结状 (图 2(e), (f)), 说明样品的年龄较 轻或被暴露的时间较短 . 经测量 (表 1), Site 1 的管状 烟囱一般长 11~30 cm, 直径 3.5~10 cm, 中央流体通 道直径 2~3 cm; 柱状烟囱相对较细小 , 实心 , 直径一 般 1~3 cm, 长度为 6~16 cm (图 2(d)); 环状烟囱高仅 3~4 cm, 最大直径达 13 cm, 一般以 4 cm 左右为众 , 通道直径 2~3 cm, 与管状烟囱一致 . Site 2 的管状和 环状烟囱多数较 Site 1 粗大 (图 2(b), (c)), 最长的管状
摘要
大陆边缘海底冷泉活动区往往赋存有大量的冷泉碳酸盐岩, 冷泉碳酸盐岩的类型
关键词
南海东北陆坡 烟囱状冷泉碳酸盐岩 碳氧同位素 天然气水合物藏 富甲烷冷泉流体
和地球化学特征记录了过去海底富甲烷冷泉流体活动的状况. 相对于在海水-沉积物界 面上生长的化学礁灰岩和碳酸盐结壳等冷泉碳酸盐岩类型, 形成于海底以下流体通道周 围的烟囱状冷泉碳酸盐岩能更忠实地反映过去海底冷泉流体的信息. 本文对采集自南海 东沙东北的高镁方解石质烟囱状冷泉碳酸盐岩进行了详细研究, 在定量分析碳酸盐物相 及其碳氧同位素组成的基础上, 结合产出环境特征和年龄对其形成温度进行约束, 利用 高镁方解石-水体系氧同位素分馏方程计算沉淀流体的氧同位素组成, 研究古富甲烷冷 泉流体的来源与性质, 并探讨其与海底天然气水合物藏之间潜在的成因联系. 研究认为, 南海东沙东北陆坡烟囱状冷泉碳酸盐岩的碳源自生物成因甲烷, 它的形成与海底天然气 水 合 物 藏 的 破 坏 密 切 相 关 . 古 冷 泉 流 体 的 δ18O 值 为 (1.9‰0.3‰)~(0.6‰0.3‰) V-SMOW (Vienna standard mean ocean water)之间变化, 平均 1.4‰0.3‰ V-SMOW. 经 估算, 水合物分解释放出来的流体在冷泉流体中的贡献最高可达 45.7%. 分析认为, 古海 平面下降和陆缘海底峡谷的下切, 以及海底滑坡等气候与环境变化因素是导致南海东北 陆坡水合物藏曾经遭受破坏的主要原因. 研究区广泛分布的烟囱状冷泉碳酸盐岩指示水 合物分解释放的甲烷在渗漏出海底之前已经有相当一部分被硫酸盐-甲烷转换带附近的 微生物捕获和消耗转化, 最终以冷泉碳酸盐岩形式实现了永久封存.
O, 可能与天然气水合物分解有关 .
图1 研究区多波束地形图和冷泉碳酸盐岩区 Site 1, 2, 3 的 位置
等深线单位 : m
但是在低海面时期 , 由于大量冰川的形成 , 古海水本 O, 如末次冰盛期海水的 δ18O 值可高达 1.05‰0.2‰ V-SMOW[20]. 如 果 流 体 的 δ18O 值 为
引用格式 : 韩喜球 , 杨克红 , 黄永样 . 南海东沙东北冷泉流体的来源和性质 : 来自烟囱状冷泉碳酸盐岩的证据 . 科学通报 , 2013, 58: 1865–1873 英文版见 : Han X Q, Yang K H, Huang Y Y. Origin and nature of cold seep in northeastern Dongsha area, the South China Sea: Evidence from chimney-like seep carbonates. Chin Sci Bull, 2013, 58, doi: 10.1007/s11434-013-5819-x
标准偏差 <0.05‰ V-PDB.