南海北部神狐海域08CF7岩芯沉积物的自生矿物特征及其对甲烷渗漏的响应.pdf

1 南海北部神狐海域 08CF7 岩芯沉积物的 自生矿物特征及其对甲烷渗漏的指示 陈 翰 1, 2,陈 忠1,颜 文1, 王淑红1, 向 荣1, 刘建国1 1.中国科学院南海海洋研究所边缘海地质重点实验室;2.中国科学院大学 摘要神狐海域是南海北部深水油气和天然气水合物的重点研究区域。利用神狐海域 08CF7 岩芯沉积物， 对其自生矿物组成及其碳同位素进行测定，并观察自生矿物形貌特征，结合沉积物岩性特征及研究区构造 背景，探讨了沉积物中的自生矿物及其碳同位素组成对该区泥火山构造背景下的甲烷渗漏活动及其甲烷厌 氧氧化的指示意义。研究表明在 08CF7 岩芯埋深 188cm 以上和以下的沉积物中，自生矿物的组成、含量 和碳同位素均有明显差异，188cm 以下的特殊沉积段可能反映了该区泥火山构造背景，自生碳酸盐矿物属 于冷泉成因，其形成指示了海底甲烷渗漏及 AOM 过程。通过研究，提出利用细粒组分的自生矿物及碳同 位素组成识别 AOM 的新方法，对我国南海渗漏型天然气水合物探查具有科学价值和应用前景。 关键词自生矿物 碳同位素 甲烷渗漏 泥火山 天然气水合物 神狐海域 Characteristics of Authigenic Minerals from sediments of Core 08CF7 from Shenhu Area, Northern South China Sea Implications for Methane Seepage CHEN Han1, 2, CHEN Zhong1, YAN Wen1, WANG Shu-hong1, XIANG Rong1, LIU Jian-guo1 1．Key Laboratory of Marginal Sea Geology, South China Sea Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou, Guangdong 510301, China; 2．University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China Abstract The Shenhu area is the key area of deepwater hydrocarbon and gas hydrate exploration in northern South China Sea SCS. In this research, the petrography, composition and carbon isotope of authigenic carbonates within a core of shallow sediment from Site 08CF7 in the Shenhu area has been studied. Associate with the basic characteristics of core sediments, and the tectonic setting of the study area, research the authigenic minerals’ indicative significance to the methane seepage. The results show that The mineral compositions of the sediments above 188cm and below 188cm were obviously different, which shows the diagenesis environment at the depth of 188cm had been significantly changed. Combining the comprehensive analysis of core sediments’ depositional environment, it could be speculated that the special sedimentary section below 188cm may be associated with the in situ mud volcanic activities, and authigenic carbonates minerals below 188cm were cold seep genesis, with their ation indicate the mud volcano-induced methane seepage and anaerobic oxidation of methane AOM. The results provide new that using the authigenic minerals in fine compositions and their carbon isotope for identifying AOM, which have a better scientific value and application prospect for the exploration of seepage gas hydrates in SCS. *基金项目中国科学院知识创新工程重要方向项目编号KZCX2-YW-GJ03；国家自然科学基金项目编 号41176052，41276050，40976028；国家“973”计划项目编号2009CB219502。 作者简介陈翰，1986 年生，博士研究生，主要从事天然气水合物研究。地址 （510301）广东省广州市 海珠区新港西路 164 号中国科学院南海海洋研究所。电话 （020）89021046。E-mailchenhan； 通信作者陈忠，研究员，E-mail chzhsouth 2 Key words authigenic minerals; carbon isotope; methane seepage; mud volcano; natural gas hydrate; Shenhu area 1 前言 甲烷厌氧氧化（AOM, anaerobic oxidation of methane）是海底浅表层最重要的生物地球 化学过程，其在甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌的共同作用下，消耗甲烷和硫酸盐，产生 HS －和 HCO 3 －[1-2]。AOM 通常会在沉积物及其孔隙水中留下明显的直接证据，主要有 （1） 沉积物孔隙水甲烷、硫酸盐含量及∑CO2浓度变化 [3-4]； （2）孔隙水中 Cl －、SO 4 2－、HPO 4 2 －、Ca2、Mg2、Sr2、NH 4 等离子浓度的异常及 C、O、S、Ca 等同位素的变化[3,5-9]； （3） 微生物及其分子标志物等[10,11]。除了直接证据外，AOM 产生碳酸氢根离子（HCO3 －） ，增加 了环境碱度，有利于自生碳酸盐沉淀，形成镁方解石、白云石和文石等自生矿物[12-14]。这些 矿物因继承了甲烷的碳同位素特征, 一般具有极负的 δ13C PDB值[15]。此外，HS －可与孔隙水 和沉积物中的铁和其他元素的离子化合，沉淀与 AOM 相关的重晶石、石膏和黄铁矿等硫酸 盐矿物[16-18] 。 海洋沉积物中的自生矿物是原地沉淀产物，通过对其类型、形貌特征、化学成分以及同 位素组成等的综合分析，可确定矿物形成的流体来源、形成温度、成岩环境及影响因素等， 为沉积、成岩环境变化及其相关的构造演化、资源响应等提供重要的基础资料[19]。研究表 明，在冷泉环境中，自生碳酸盐矿物可以块状碳酸盐结壳（结核）产出于沉积物中或海床， 也可以细粒状分散分布于整个沉积物中， 结合岩性和碳酸盐组成上的变化， 可揭示自生矿物 对 AOM 的响应关系，为天然气水合物探测和评价提供了新方法[20]。因此，海洋沉积物中的 碳酸盐相是了解冷泉的分布和规模以及与天然气水合物关系的一个窗口[1]。 神狐海域是南海北部深水油气和天然气水合物的重点研究区域[21]，已发现指示天然气 水合物存在的地球物理、地球化学等多种证据，主要包括与天然气水合物有关的 BSRs （Bottom simulating reflectors） [4,5,22]， 泥火山和泥底辟构造[18,23-26]， 冷泉碳酸盐沉积[12,13,27-29]， 水体甲烷含量高异常[30]以及沉积物孔隙水地球化学异常[4,7,31]等。近年来，研究人员从该海 域浅表层沉积物中提取和识别出自生黄铁矿、自然铝、底栖有孔虫、特征微生物种群等研究 对象，探讨其成因及其对甲烷渗漏的指示意义[11,18,32,33]，但对散布在沉积物中，由肉眼和体 视显微镜无法鉴别的细粒状自生碳酸盐矿物的研究还较少。 本文分析了南海北部神狐海域 08CF7 岩芯沉积物中自生矿物的组成、类型和碳同位素 组成特征，并对其形貌进行观察，结合岩芯沉积物的基本特征和年代框架，以及研究区的构 造背景等资料， 认为该站位可能处于泥火山发育构造环境， 揭示出岩芯沉积物的自生矿物及 其碳同位素组成可指示海底甲烷渗漏及由此发生的 AOM 过程，为神狐海域的冷泉活动、天 然气水合物评价提供新资料。 2 地质背景 08CF7 站位位于南海北部神狐海区。 该海区位于南海北部陆坡中断， 界于西沙海槽和东 沙群岛之间，构造上处于珠江口盆地珠Ⅱ凹陷，自中新世以来进入构造沉降[34]。新生代沉 积厚度达 1000～7000m，有机质含量为 0.2～1.9。水深 800～2000m，海底地形复杂且坡 度变化较大。高分辨率地球物理调查表明，该海域广泛发育断裂-褶皱体系、泥火山、泥底 辟等构造，且海底以下 150～350 m广泛分布 BSR，具有较好的水合物形成和赋存的地质条 件[5,22,25]，且于 2007 年在该海区成功钻取到天然气水合物实物样品[35]。 由图 1 可知，08CF7 站位位于岩浆侵入或基底隆起的附近，泥底辟、气烟囱、泥火山等 流体泄漏通道发育[18,23-26]，因此 08CF7 岩芯是研究与天然气水合物相关的冷泉活动及其 AOM 等的良好材料。 3 图1 08CF7站位及研究区与天然气水合物有关的构造和特征 1.08CF7站位；2.天然气水合物钻探区；3. BSR区[4,23,36]；4.泥底辟-泥火山[23,24,26]；5.滑塌构造 [36]；6.冷泉 碳酸盐岩[13,14] ；7-11.构造系统[37]（7.洋、陆壳界线；8.活动张断裂；9.活动走滑断裂；10.岩浆侵入或基底 隆起；11.东沙隆起区） 3 样品来源与测试方法 08CF7 岩芯于 2008 年南海北部开放航次中采集，站位地理位置为 11513.086′E、19 55.313′N，水深 1164 m，岩芯长 662 cm。以 2cm 为间隔分割取样，共获得 331 个样品。 根据岩芯磁化率测试的结果[38]，选择 20 个代表性样品（深度见表 1） ，并挑选出其中的自生 矿物以进行测定和观察。 取 5g 左右原样，经超声分散后用 0.063mm 的铜筛进行筛分，将大于 0.063mm 的粗粒 组分 60℃烘干后在实体显微镜下进行自生矿物的观察和挑选。 一般情况下，海洋沉积物中自生矿物主要为方解石、文石、白云石、黄铁矿、石膏和重 晶石等，呈微晶或细粒形式存在，难以形成集合块状体且在全岩中的含量较少。因此在全岩 X 射线粉晶衍射分析（XRD）图谱上，自生碳酸盐矿物的衍射峰常被生物碳酸盐矿物的衍 射峰所掩盖。 由于海洋环境中生物碳酸盐矿物的主要生物类型是有孔虫类， 其个体一般大于 150m，此外的生物类型为钙质超微化石，它们的粒径一般约为几个 m。因此，用 500 目 （筛孔为 20m）的铜筛对样品进行筛分，则小于 20m 细粒组分中碳酸盐矿物主要是自生 碳酸盐矿物及钙质超微化石。 将小于 20m 的细粒组分进行 X 粉晶衍射、碳同位素分析及扫描电镜观察。采用多功 能粉晶 X 射线衍射仪（X’ pert MPD Pro）对细粒度组分中的矿物组成及含量进行测定（Cu 靶 Kα 射线，石墨单色器，测试电压 45Kv，测试电流 40mA，扫描角度 3～652θ，步 进扫描，步宽 0.02，矿物含量以样品中石英作为内标计算，相对误差优于 3％） 。细粒组 分的碳同位素分析采用磷酸法，测试仪器为 MAT251，结果采用 PDB 标准，分析精度0.2 ‰。上述实验在中国地质大学（武汉）地质过程与矿产资源国家重点实验室完成。扫描观察 4 在中国科学院南海海洋研究所和中国科学院广州地球化学研究所完成，测试仪器分别为 S-3400 型显微镜（工作电压 15～25kV，距离 8～12mm）和带能谱分析仪（EDS）的 Quanta 400 型显微镜（工作电压 15～20 kV，距离 5～12mm） 。 4 结果 4．1 岩性特征 08CF7 岩芯在采集和取样过程中未遭到人为破坏， 且未见明显生物扰动痕迹， 因此能较 好地指示其原位沉积特征。岩芯剖开后，观察到沉积物自顶向下以 216cm 处为界，上部为 灰黑色，下部为浅黑色，交界面呈相互穿透状，整段岩芯的沉积物类型均为黏土质粉砂。作 者在前期的研究中已对岩芯沉积物进行粒度、 磁化率和碳酸盐含量测定和分析[38,39]， 将结果 进行综合对比和分析， 可以发现， 这三项指标均呈现出相似的变化趋势， 可分为三段 10～ 188cm段， 各项指标变化较大， 以磁化率值高， 沉积物粒度小及碳酸盐含量高为特征； 2188～ 240cm 段，为各项指标和沉积物岩性变化的过渡段；3 240 cm 以下，各项指标呈现均一性 变化，相对以磁化率值低，沉积物较粗及碳酸盐含量低为特征。 图 2 08CF7 岩芯沉积物磁化率a、 平均粒径b、碳酸盐含量c 随深度的变化特征， 及年代框架d [37,38] 4．2 粗粒组分中自生矿物组成 体视显微镜观察和鉴定表明 08CF7 岩芯样品中大于 63m 粗粒组分中的矿物颗粒主要 为石英、斜长石、钾长石、角闪石以及黄铁矿，偶见石膏颗粒。 08CF7 岩芯粗粒组分中均出现黄铁矿， 黄铁矿颗粒主要为管状和草莓状， 长一般为 0.5～ 2cm。在埋深 188cm 以上的样品中，黄铁矿数量少且颗粒细小，而在 188cm以下的样品中， 尤其是在 240cm 以下的沉积物中，黄铁矿颗粒的数量较多、粒径较大。在 08CF7 岩芯中， 仅在 348－350cm的样品中鉴定出石膏颗粒，其呈明显的燕尾双晶，具有锐利的棱和边。 4．3 细粒组分中自生矿物组成 20 个代表性样品细粒组分的 XRD 结果见图 3 和表 1。细粒组分的矿物组成主要为伊利 石、绿泥石（高岭石）等粘土矿物，其占细粒组分总量的 33.3～55.5％，平均含量为 43.9％， 粘土矿物总含量变化不大，但岩芯上部样品的粘土总含量略高，中间部分样品的较少。细粒 组分中的其它矿物主要有石英、长石、黄铁矿以及方解石、文石、白云石等碳酸盐类矿物。 5 图 3 08CF7 岩芯 238～240cm 层位细粒组分的 X 粉晶衍射图谱 表1 08CF7岩芯细粒组分的矿物组成，含量及碳同位素组成表 样号 深度 /cm 粘土 矿物 石英 钾长 石 斜长 石 角闪 石 黄铁 矿 方解 石 文石 白云 石 δ13C/ ‰ 08CF7-1 0-2 41.8 37.1 9.0 12.1 0.78 08CF7-15 28-30 55.4 18.9 6.6 0.9 18.2 1.15 08CF7-30 58-60 55.5 23.7 8.4 12.5 0.58 08CF7-65 128-130 52.1 24.4 4.0 7.8 11.8 0.42 08CF7-80 158-160 54.4 20.2 11.7 13.8 0.31 08CF7-95 188-190 38.6 19.4 4.1 9.2 10.9 14.4 3.4 -12.77 08CF7-103 204-206 46.2 27.1 7.2 11.4 8.1 -2.34 08CF7-110 218-220 40.0 29.9 6.9 1.9 5.4 16.0 -37.92 08CF7-116 230-232 41.2 26.9 5.7 6.8 5.5 12.1 1.8 -36.45 08CF7-120 238-240 40.6 25.9 4.5 6.5 2.2 4.2 12.6 3.5 -42.63 08CF7-126 250-252 33.3 30.4 6.9 2.1 4.7 22.6 -12.44 08CF7-130 258-260 39.7 37.5 4.1 8.9 7.7 2.1 -33.56 08CF7-134 266-268 43.3 30.9 4.6 9.7 2.5 6.5 2.6 -37.66 08CF7-142 282-284 43.8 29.9 6.5 8.6 3.6 6.3 1.4 -26.73 08CF7-150 298-300 36.9 30.4 5.3 7.3 5.7 14.5 -14.40 08CF7-175 348-350 42.3 24.2 5.1 6.3 6.4 12.7 3.0 -40.52 08CF7-200 398-400 44.6 27.7 7.3 2.8 5.8 10.3 1.6 -35.23 08CF7-250 498-500 43.6 26.8 7.6 6.9 12.7 2.4 -36.67 08CF7-300 598-600 40.3 31.7 4.4 8.8 2.4 7.0 5.6 -12.90 08CF7-330 658-660 44.2 25.4 4.3 6.5 5.7 11.8 2.1 -36.08 *矿物组成含量的单位为. 6 图 4 08CF7 岩芯沉积物细粒组分中自生碳酸盐矿物的含量及其碳同位素随深度的变化 石英、钾长石、斜长石以及角闪石等与粘土矿物一样，主要为陆源成因，其中石英和斜 长石是常见矿物，在所有分析样品中均有出现，而钾长石和角闪石仅零星出现在沉积物中， 它们均是南海沉积物中常见的陆源碎屑矿物。 与粗粒组分中含有较多的颗粒状黄铁矿不同，在细粒组分中黄铁矿仅在 08CF7-15、 08CF7-110、08CF7-120 和 08CF7-134 样品中出现，表明 08CF7 岩芯沉积物中的黄铁矿主要 以粗颗粒形式存在。黄铁矿属典型还原性沉积环境中的产物[9,17-18,20]，08CF7 站位位于天然 气水合物区，在岩芯中出现颗粒较大的黄铁矿颗粒，暗示其形成可能与甲烷渗漏有关。 方解石在所分析的样品中均有出现，含量为 4.2～18.2％，平均含量为 8.3，表层至 188cm 的样品中方解石含量较 188cm 以下样品的方解石含量高。文石和白云石仅出现在 188cm 以下的样品中， 分别为 10.3～14.4％和 1.4～22.6 （图 4） ， 表明 08CF7 岩芯以 188cm 为界，上部分和下部分在成岩环境等方面存在明显差异。 4．4 自生矿物形貌特征 在扫描显微镜下， 粗粒组分中挑选出的黄铁矿为八面体， 具有清晰的晶角和晶棱 （图 5） 。 黄铁矿的晶体聚合成草莓状出现在沉积物中，球体直径一般为 10m。细粒组分和原样中未 观察到自生黄铁矿，这与 XRD 揭示的细粒组分中黄铁矿含量较少的结果相一致，说明自生 黄铁矿主要聚合成较大颗粒产出在沉积物中。 自生碳酸盐矿物主要呈细粒状发育在沉积物中， 在扫描电子显微镜下， 原样中的文石呈 针状生长在沉积物中（图 6a） ，没有发现沿孔隙生长的簇状文石，而在细粒组分中，文石呈 碎屑状出现（图 6b） 。白云石呈微晶状发育在粘土团块中（图 6c） ，周围有 10m 的渗漏微 孔。 在原样中没有观察到方解石颗粒， 但在细粒组分中可观察到方解石呈棱形体零星地散布 在细粒组分中（图 6d） ，颗粒一般为 2～15m。这些观察表明，沉积物中发育自生碳酸盐矿 物，但其颗粒细小且分散在沉积物中，未发育成块状碳酸盐岩。 7 图 5 扫描电镜下 08CF7 岩芯中黄铁矿的晶体特征 图 6 扫描电镜下沉积物中的自生矿物及其形貌 a.生长在沉积物中的针状文石（08CF7-120） ，b.细粒组分中的文石碎屑（箭头所示） （08CF7-120） ，c.生长 在沉积物中的白云石，以微晶（箭头所示）形式生长在粘土团块中（08CF7-150） ，d.细粒组分中的方解石 颗粒（箭头所示） （08CF7－175） 4．5 自生碳酸盐碳同位素特征 自生碳酸盐矿物继承了碳源的碳同位素组成，δ13C 值能确定碳酸盐矿物的成因类型， 并能反映出不同碳源的混合量。20 个样品细粒组分中碳酸盐矿物的碳同位素组成见表 1 和 图 4。188 cm以上细粒组分的 δ13C 值为 0.31～1.15‰，随沉积深度的增加，δ13C 值在 188cm 处由正值转变为负值，且直到岩芯底部均表现为负的碳同位素组成，δ13C 值变化范围为 -42.63～-2.34‰，但未表现出明显的规律性。 5 讨论 5．1 沉积环境 对沉积物结构构造、粒度、磁化率、碳酸盐含量图 2、以及细粒组分中自生碳酸盐矿 物的含量及碳同位素图 4的研究表明，08CF7 岩芯可分为三段上段（0～188cm） 、过渡 8 段（188～240cm） ；下段（240 cm 以下） 。上下段沉积物的各个沉积特征均存在明显差异， 且成岩环境也截然不同。Wang 等[39]建立了岩芯上段地层的年代框架，认为岩芯 224cm以上 代表正常沉积地层，但 224cm 以下则出现沉积物地层框架混乱的情况。综合分析认为，岩 芯下段的沉积物整体物质组分比较单一， 各项反映沉积特征的指标呈均一性变化， 说明该部 分沉积可能不是海洋深水环境的正常沉积， 而是某一特殊事件造成的沉积段， 其成因可能与 08CF7 岩芯所处的特殊沉积环境和沉积过程有关。 前人对岩芯所在区域和临近站位的研究表明， 08CF7 站位位于岩浆侵入或基底隆起的附 近，周边广泛发育有垂向断裂体系和泥底辟、泥火山等特殊构造现象[18,23-26]。泥火山是由地 壳深部密度较小的高塑性巨厚欠压实泥页岩， 在密度倒置的区域动力学体系下产生差异重力 作用而导致流动上侵和上拱挤入上覆地层， 使得上覆岩层弯曲隆起或刺穿上覆地层和断裂薄 弱带而形成的一种地质构造[40]。泥火山的发育为天然气水合物运移提供了极好的条件，深 层天然气可沿底辟构造所形成的通道运移至近海底附近沉淀为天然气水合物， 而其发育过程 中的各种伴生构造则为天然气水合物的成藏富集提供了场所， 但泥火山活动也会对已成藏的 天然气水合物形成一定的影响，促使其分解并运移至适宜储层再富集[18]。因此，08CF7 岩 芯可能代表了神狐海域天然气水合物地质系统下泥火山/泥底辟发育海域的浅表层沉积物， 而岩芯下段的特殊沉积段可能与该区泥火山活动有关。 5．2 自生矿物成因类型 自生矿物是海洋沉积物的重要组分，主要包括方解石、白云石、文石等碳酸盐矿物以及 黄铁矿、重晶石、石膏、针铁矿、水锰矿等。冷泉环境中常见的是方解石、白云石、文石、 黄铁矿，少见重晶石、石膏，它们的形成与渗漏甲烷的 AOM 有关，被认为是指示冷泉活动 记录和可能存在天然气水合物的重要标志物[12,17]。 冷泉自生碳酸盐矿物的碳同位素组成变化范围较大，δ13C 为24～-76‰ PDB，但主要 以较负的碳同位素组成为特征[15]。08CF7 岩芯中 20 个代表性样品细粒组分中自生碳酸盐的 δ13C 为-42.63～1.15‰，其中埋深 188cm 以下的岩芯沉积物中，除了 204-206cm样品自生碳 酸盐矿物的 δ13C 值为-2.34‰外，其余样品的 δ13C 值均小于-12‰，明显较邻近海区表层沉 积物中的钙质超微化石、浮游有孔虫（G. ruber）和底栖有孔虫（C. wuellerstorfi）的 δ13C 值 低[41]， 也低于已报道的南海正常深海环境沉积物中碳酸盐的 δ13C 值， 如南海北部陆坡 XS-01 岩芯沉积物 δ13C 值为 0.82～1.32‰[42]。显然除了钙质超微化石较正的碳同位素贡献外，细 粒组分中还有碳同位素较负的物质存在。XRD 结果表明（表 1，图 3） ，188 cm以下细粒组 分中含有文石、白云石以及方解石等自生矿物，因此推测细粒组分较负的 δ13C 可能来自自 生碳酸盐矿物的碳同位素组成贡献， 即细粒组分中自生矿物 13C 亏损的碳可能主要来源甲烷 碳。 如上所述，细粒组分矿物相和矿物组成以 188cm 为界发生明显变化，自生矿物形貌特 征也与冷泉区的冷泉自生矿物相似。前人对 08CF7 岩芯沉积物的磁化率进行测定分析，发 现在 188cm 处沉积物的磁化率发生了明显变化，认为磁化率的变化与成岩环境密切相关， 海底甲烷渗漏是造成其磁化率异常变化的主要原因[38]。而 Wang 等根据 08CF7 岩芯各个层 位的底栖有孔虫的碳同位素组成示踪了两次地质历史时期的甲烷渗漏事件[39]。结合该站位 附近海域发现天然气水合物以及冷泉自生矿物的证据，本文认为 188cm 以下细粒组分中自 生碳酸盐矿物主要属于冷泉成因的自生矿物。 5．3 自生矿物形成机理及其意义 南海北部神狐海区具备天然气水合物成藏的良好地质条件[22-33]，而 08CF7 岩芯代表了 泥火山发育背景下的浅表层沉积物。因此，08CF7 岩芯 188cm 以下的自生碳酸盐矿物的形 成机理可能是在温度、压力等边界条件改变时，天然气藏或天然气水合物的平衡条件被打 破， 深部成藏和天然气水合物释放的甲烷使沉积物孔隙流体的压力增大， 致使沉积层上供或 9 刺穿，随之在海底形成与之相关的泥火山/泥底辟等海底地貌及地质现象，底辟中的泥和流 体携带着水、甲烷和其他液态烃沿底辟构造所形成的通道向上运移。在近海底时，与沉积物 孔隙水中的 SO42 －发生甲烷厌氧氧化（AOM） ，增加环境的碱度，沉淀出方解石、文石、白 云石等冷泉自生矿物。 在AOM作用产生HCO3 －的过程中, 甲烷中的轻碳同位素进入到HCO 3 －中, 这样形成的碳酸盐就会具有轻13C 值的特征。同时 AOM 产物 HS－与沉积物中的 Fe3 （如赤铁矿、针铁矿）发生反应，促进自生黄铁矿形成。研究表明，温度较高的流体有利于 文石形成，而不利于形成镁方解石或白云石[43]；此外，在封闭通道环境中，碳酸盐含量受 到限制，有利于白云石交代沉淀形成[44]。硫酸盐离子对方解石沉淀的抑制作用比对文石的 要强，当海底封闭环境中硫酸盐含量被消耗变低时，方解石比文石更优先或易于形成[45]， 这可能是 08CF7 岩芯 188cm以下层位中白云石和方解石经常出现， 而文石出现较少的原因。 因此，08CF7 岩芯埋深 188cm 以下的自生碳酸盐矿物的形成较好地指示了沉积物中泥火山 构造背景下的甲烷渗漏及 AOM 过程，它们是神狐海域浅表层 AOM 的矿物标志物。 对海洋沉积中 AOM 的识别及其意义一直是油气、 天然气水合物研究和勘探中需要解决 的难题。由于沉积物中与 AOM 响应的自生矿物呈微晶或颗粒细小，在体视显微镜下难于鉴 定和挑选。此外，自生矿物占沉积物总量的比重也非常小，其信息常被大量的有孔虫等生物 碳酸盐矿物的信号所掩盖。因此本论文通过筛选细粒组分，并对其进行分析和研究，提出了 确定沉积物中 AOM 的一种新方法， 对南海天然气渗漏研究及天然气水合物的探查具有一定 指导意义。 6 结论 南海北部神狐海区天然气水合物钻探区东北部 08CF7 岩芯沉积物粗粒组分（63m） 的矿物颗粒主要为石英、斜长石、钾长石以及黄铁矿、石膏、长石、角闪石等，而方解石、 文石、白云石等是细粒组分（20m）的主要矿物。在粗粒组分中，埋深 188cm 以下的样 品中黄铁矿含量高于埋深 188cm 以上的样品，而石膏仅在埋深 188cm 以下的样品中发现。 在细粒组分中，文石和白云石仅出现在 188cm 以下的样品中，表明岩芯在 188cm 处成岩环 境发生了明显变化。 结合岩芯沉积物的基本特征及对周边构造和沉积环境的综合分析， 认为 该岩芯代表了该区天然气水合物地质系统下泥火山/泥底辟发育海域的浅表层沉积物，而岩 芯下段的特殊沉积段可能与该区泥火山活动有关。 岩芯下段沉积物细粒组分中的方解石、 白云石、 文石以及黄铁矿的形成与海底甲烷渗漏 活动密切相关，它们较好地指示了该岩芯下段泥火山构造背景下的甲烷渗漏及 AOM 过程， 是神狐海域 AOM 的矿物标志物，是识别甲烷冷泉活动和天然气水合物可能存在的间接指 标，在我国南海渗漏型天然气水合物的探查中具有较重要的科学价值。 参 考 文 献 [1]BAYON G, PIERRE C, ETOUBLEAU J, et al. 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