本文關(guān)鍵詞：南海北部甲烷水合物潛在區(qū)沉積物早期成巖過(guò)程中的碳硫相互作用　出處：《廈門(mén)大學(xué)》2014年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：天然氣水合物作為21世紀(jì)理想的替代能源,成為了全球科學(xué)界的研究熱點(diǎn)。天然氣水合物在地層中能否穩(wěn)定存在主要受溫度、壓力、自身結(jié)構(gòu)以及成份組成的影響。海平面升降、底層水溫變化、沉積速率的改變等自然環(huán)境的變化及海底滑坡、地震和火山爆發(fā)等地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生都會(huì)引起天然氣水合物的突發(fā)性分解釋放。我國(guó)南海北部作為天然氣水合物的潛在賦存區(qū),在地質(zhì)歷史中也曾多次發(fā)生天然氣水合物的分解釋放。天然氣水合物所分解釋放的甲烷向上逸散,與沉積物中的硫酸鹽發(fā)生氧化還原反應(yīng),甲烷厭氧氧化-硫酸鹽還原反應(yīng)(AOM-SR)是沉積物早期成巖過(guò)程中最重要的反應(yīng)之一,其反應(yīng)過(guò)程不僅受到沉積物中的有機(jī)質(zhì)和向上逸散的甲烷等碳源的影響,沉積物孔隙水中的硫酸鹽也對(duì)反應(yīng)有一定的控制作用。因此開(kāi)展對(duì)我國(guó)南海北部甲烷水合物潛在區(qū)沉積物中碳硫作用的研究,不僅可以了解天然氣水合物成藏過(guò)程,還可以了解天然氣水合物在突發(fā)條件下的分解釋放機(jī)理,更重要的是對(duì)我國(guó)尋找和勘探開(kāi)發(fā)天然氣水合物藏具有重要的科學(xué)意義。本論文依托國(guó)家"973"計(jì)劃子課題“南海北部天然氣水合物成藏的氣源條件研究”(項(xiàng)目編號(hào)：2009CB21951)、國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“南海北部海底沉積層硫酸鹽-甲烷體系產(chǎn)消機(jī)制及其界面(SMI)特征研究”(項(xiàng)目編號(hào)：40976035)和“天然氣水合物成藏體系中產(chǎn)甲烷與甲烷厭氧氧化作用生物標(biāo)志物和分子生物學(xué)研究”(項(xiàng)目編號(hào)：41276046)等項(xiàng)目,對(duì)臺(tái)西南海域鉆獲的973-4沉積物柱狀樣進(jìn)行了地球化學(xué)特征測(cè)定、自生黃鐵礦鏡下觀察以及沉積環(huán)境分析,并結(jié)合區(qū)域地質(zhì)特征、南海北部其他甲烷水合物潛在區(qū)的孔隙水特征等相關(guān)資料進(jìn)行綜合分析研究,獲得以下主要認(rèn)識(shí)： (1)南海北部臺(tái)西南海域973-4柱的有機(jī)碳含量為0.39-1.26%,TS含量為0.2-0.7%,AVS在898cm深度激增至9315μmol/g,黃鐵礦δ34S含量在17.9‰～-44.4‰之間。利用973-4柱的地球化學(xué)特征綜合判斷：973-4柱存在有機(jī)質(zhì)缺氧氧化硫酸鹽還原與甲烷厭氧氧化還原硫酸鹽兩種硫酸鹽還原路徑,對(duì)應(yīng)深度分別為360-440cm、580-900cm。其中甲烷厭氧氧化硫酸鹽還原帶可分為上下兩部,對(duì)應(yīng)深度分別為580-700cm、700-900cm,上部以甲烷含量作為AOM反應(yīng)的限制條件,下部則受到硫酸鹽含量的限制。甲烷厭氧氧化硫酸鹽還原帶上下部的分界以硫酸鹽梯度的突變?yōu)闃?biāo)志,此外,黃鐵礦δ348含量接近0‰及黃鐵礦晶型出現(xiàn)二次生長(zhǎng)也可作為輔助判斷指標(biāo)。 (2)973-4柱SMI界面深度為900cm,結(jié)合碳同位素結(jié)果和測(cè)年資料綜合分析,認(rèn)為973-4柱較淺的SMI界面深度預(yù)示著臺(tái)西南海域可能存在有天然氣水合物藏。 (3)通過(guò)分析南海北部多個(gè)站位的硫酸鹽濃度隨深度的變化情況,總結(jié)出南海北部硫酸鹽含量隨深度的變化可分為：表層有機(jī)硫氧化帶、有機(jī)質(zhì)缺氧氧化硫酸鹽還原帶、中部過(guò)渡帶及甲烷厭氧氧化硫酸鹽還原帶。表層有機(jī)硫氧化帶的出現(xiàn)與沉積物中有機(jī)質(zhì)的含量與類型、局部地質(zhì)構(gòu)造及洋流有關(guān),這種現(xiàn)象的發(fā)生常常集中出現(xiàn)。中部過(guò)渡帶的出現(xiàn)與否不但取決于上部有機(jī)質(zhì)缺氧氧化硫酸鹽還原作用,而且與下部向上滲漏的甲烷通量相關(guān)。 (4)SMI界面的深淺常常與下部是否賦存甲烷水合物藏關(guān)系密切,影響南海北部甲烷水合物潛在區(qū)SMI界面深度計(jì)算結(jié)果的因素復(fù)雜多樣,本文首次提出了干擾數(shù)據(jù)的過(guò)濾方法,計(jì)算了南海北部多個(gè)站位的SMI界面深度,獲得了新的合理的SMI界面。 (5)973-4柱中黃鐵礦以其形成機(jī)制可劃分為兩種：充填于生物碎屑及沉積物顆粒間的I型充填和交代充填于生物殼體碎屑中的II型充填。宏觀上,黃鐵礦可分為管狀、塊狀及莓球狀三種。黃鐵礦集合體上部多為管狀,中部為塊狀,深部為莓球狀,充填型黃鐵礦各個(gè)層位均有分布。黃鐵礦集合體形態(tài)取決于形成時(shí)期沉積物顆粒間空隙大小及生物碎屑類型。 (6)973-4柱中黃鐵礦單晶可見(jiàn)截角立方體、立方體、八面體、五角十二面體及立方體與五角十二面體形成的聚型。八面體作為黃鐵礦存在的主要晶型分布于各個(gè)層位中,其它幾種晶型出現(xiàn)在700cm深度的沉積物中,此深度恰為SMTZ上下部的分界線,多晶型的存在代表著局部微環(huán)境的改變,而這種改變是AOM反應(yīng)限制條件的變化造成的。這種限制條件的變化,可能是由于下伏甲烷水合物的分解偶發(fā)且不穩(wěn)定,使得局部甲烷通量變化較大,最終導(dǎo)致在SMTZ中AOM反應(yīng)的限制因素在SO42-與CH4之間隨時(shí)發(fā)生改變,這種改變進(jìn)而影響到黃鐵礦的形成環(huán)境及路徑。 (7)研究區(qū)沉積物早期成巖過(guò)程中,沉積物有機(jī)質(zhì)中有較高活性有機(jī)質(zhì)首先通過(guò)氧化有機(jī)質(zhì)的途徑還原硫酸鹽。隨著高活性有機(jī)質(zhì)的消耗,沉積物埋藏深度的增加,有機(jī)質(zhì)缺氧氧化硫酸鹽還原的過(guò)程受到抑制,低活性有機(jī)質(zhì)在產(chǎn)甲烷帶被產(chǎn)甲烷菌利用,生成甲烷,并在合適的條件下形成甲烷水合物。由于甲烷水合物賦存條件的改變,其分解釋放的甲烷向上逸散,又為甲烷厭氧氧化硫酸鹽還原作用提供甲烷,從而完成了整個(gè)早期成巖過(guò)程中碳硫相互作用。
[Abstract]:Natural gas hydrate is an ideal substitute source of natural gas in the 21st century . It has become a hot spot in the global scientific community . The natural environment such as sea level rise , bottom water temperature change , change of sedimentary rate and other geological disasters , such as sea level rise , bottom water temperature change , change of sedimentary rate and other geological disasters , have some control effect . ( 1 ) The content of organic carbon is 0.39 - 1.26 % , TS content is 0.2 - 0.7 % , AVS is in the range of 580 - 700cm and 580 - 900cm , and the corresponding depth is 580 - 700cm , 580 - 900cm . ( 2 ) The depth of SMI interface of 973 - 4 column is 900 cm , and the depth of SMI interface of 973 - 4 column indicates that the depth of SMI interface of 973 - 4 column indicates that there may be gas hydrate reservoir in southwest sea area . ( 3 ) By analyzing the change of sulfate concentration with depth in the northern South China Sea , the variation of sulfate content with depth in the north of South China Sea can be divided into : surface organic sulfur oxidation zone , organic matter anoxic oxidation sulfate reducing zone , middle transition zone and methane anaerobic oxidation sulfate reducing zone . The occurrence of surface organic sulfur oxidation zone is related to the content and type of organic matter in sediments , local geological structure and ocean current . ( 4 ) The depth of SMI interface is often closely related to the existence of methane hydrate reservoir in the lower part . The factors that affect the calculation result of SMI interface depth in the northern part of the South China Sea are complicated . The method of filtering the interference data is first proposed in this paper . The SMI interface depth of multiple stations in the north of the South China Sea is calculated , and a new and reasonable SMI interface is obtained . ( 5 ) The formation mechanism of pyrite in 973 - 4 column may be divided into two types : type I filling and filling in biological shell debris by type I filling and metasomatic filling between biological debris and sediment particles . ( 6 ) The single crystal of pyrite in 973 - 4 column can be seen as the cube , cube , octahedron , cube and cube formed by the cube and the cube . The octahedron is mainly distributed in each horizon as the main crystal form of pyrite . The existence of polymorphic form represents the change of the local microenvironment . This change is caused by the change of the local microenvironment . This change is probably due to the change of local methane flux at any time between SO _ 2 - and CH4 , which in turn affects the formation environment and path of pyrite . ( 7 ) In the process of early diagenesis of sediments in the study area , the organic matter in the sediments is first reduced by the way of oxidizing organic matter . With the consumption of high - activity organic matter and the increase of the burial depth of sediment , the process of reducing the oxygen - oxygen - oxidizing sulfate of organic matter is inhibited , and the low - active organic matter is used in the methane - producing zone to generate methane and form methane hydrate under suitable conditions .

【學(xué)位授予單位】：廈門(mén)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：P744.4;P736.3

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本文編號(hào)：1368010