本文選題：南海北部　切入點：天然氣水合物　出處：《中國地質(zhì)大學》2016年博士論文　論文類型：學位論文

【摘要】：天然氣水合物廣泛地分布在大陸邊緣的海洋沉積物中,在長期的地質(zhì)演化過程中下伏天然氣水合物藏的失穩(wěn)可以導致大量甲烷流體的上涌,持續(xù)地消耗沉積物孔隙水中的硫酸根離子,并影響硫酸鹽-甲烷轉(zhuǎn)換帶(SMTZ)的深度位置。硫酸鹽-甲烷轉(zhuǎn)換帶內(nèi)發(fā)生的甲烷厭氧氧化作用(AOM)不僅可以導致多種孔隙水地球化學指標(例如H2S含量和pH值)的改變,更會影響到多種自生礦物(例如,黃鐵礦、重晶石和碳酸鹽巖)的形成。相應地,現(xiàn)代海洋天然氣水合物賦存區(qū)沉積物中的多種自生礦物的研究可以用以指示硫酸鹽-甲烷轉(zhuǎn)換帶的演化歷史。近些年,我國在南海北部陸續(xù)開展了多個圍繞天然氣水合物資源勘探的調(diào)查航次,獲得了大量天然氣水合物賦存區(qū)的沉積物。這些珍貴的樣品為研究天然氣水合物背景下硫酸鹽-甲烷轉(zhuǎn)換帶內(nèi)自生礦物的形成提供了絕佳的機會。本論文對南海北部9個站位巖芯柱沉積物中的自生礦物特征進行了詳細地研究,通過對黃鐵礦、單質(zhì)硫、石膏等自生礦物的形貌特征和硫同位素組成的綜合研究,闡明了沉積物中的硫循環(huán)及其礦物形成作用,揭示了硫酸鹽-甲烷轉(zhuǎn)換帶的演化歷史,繼而指示了深部天然氣水合物藏的演化。主要結(jié)論如下：(1)通過鉻還原處理和體視鏡挑選兩種不同方法獲得的自生黃鐵礦的含量及其硫同位素組成具有相似的變化規(guī)律,綜合利用自生黃鐵礦的含量富集及其硫同位值的正偏的耦合關系可以指示沉積物中的古硫酸鹽-甲烷轉(zhuǎn)換帶的位置。(2)研究站位中單質(zhì)硫顆粒集中分布在硫酸鹽-甲烷轉(zhuǎn)換帶內(nèi)及其附近,其形成很可能是部分H2S厭氧氧化的結(jié)果,相關的過程與硫酸鹽-甲烷轉(zhuǎn)換帶的演化密切相關。(3)硫酸鹽-甲烷轉(zhuǎn)換帶內(nèi)加強的甲烷厭氧氧化作用不僅導致了自生黃鐵礦的富集,持續(xù)的反應和轉(zhuǎn)化過程伴隨充足的物質(zhì)供應也促進了黃鐵礦莓球的進一步生長,最終導致形成的黃鐵礦莓球具有異常的粒徑分布特征(例如,平均粒徑20岬、標準偏差3.0 μm)。(4)硫酸鹽還原帶內(nèi)(SRZ)和硫酸鹽-甲烷轉(zhuǎn)換帶內(nèi)形成的莓球狀黃鐵礦在形貌特征、粒徑分布以及硫同位素組成上具有顯著的不同,并且形成于硫酸鹽-甲烷轉(zhuǎn)換帶內(nèi)的黃鐵礦莓球的粒徑特征不能有效地反映底層水沉積環(huán)境的氧化還原條件。(5)自生石膏的SO42-幾乎等量地來源于海水硫酸鹽和黃鐵礦的氧化,而Ca2+可能來源于局部海水酸化導致的鈣質(zhì)殼體的溶解和天然氣水合物形成過程中的排離子效應;自生石膏的形成與下伏天然氣水合物藏的演化關系密切,其沉淀的位置可能指示了硫酸鹽-甲烷轉(zhuǎn)換帶的位置。
[Abstract]:Natural gas hydrates are widely distributed in marine sediments on the continental margin. The instability of underlying gas hydrate reservoirs during the long-term geological evolution can lead to the upwelling of a large number of methane fluids. Continue to consume sulfate ions in sediment pore water, The depth position of SMTZ is also affected. The anaerobic oxidation of methane (AOM) in the sulphate-methane transition zone can not only lead to the change of various geochemical indexes of pore water (such as H _ 2S content and pH value), but also affect the depth of SMTZ. It also affects the formation of a variety of authigenic minerals (e.g. pyrite, barite and carbonate rock). The study of a variety of authigenic minerals in sediments from the modern marine gas hydrate deposits can be used to indicate the evolution of the sulphate-methane transition zone. In the northern part of the South China Sea, China has carried out many surveys and voyages around the exploration of natural gas hydrate resources. A large number of sediments in the gas hydrate occurrence area have been obtained. These precious samples provide an excellent opportunity for the study of the formation of authigenic minerals in the sulphate-methane transition zone in the context of natural gas hydrate. This paper provides an excellent opportunity for the South China Sea. The characteristics of authigenic minerals in core column sediments of 9 northern stations were studied in detail. Based on a comprehensive study of the morphology and sulfur isotopic composition of pyrite, elemental sulfur, gypsum and other authigenic minerals, the sulfur cycle and its mineral formation in sediments are clarified, and the evolution history of the sulphate-methane transition zone is revealed. The main conclusions are as follows: (1) the contents and sulfur isotopic compositions of authigenic pyrite obtained by chromium reduction and stereoscopic selection have a similar variation rule. Comprehensive use of the content enrichment of authigenic pyrite and the positive and skewed coupling relationship of sulfur isomorphism can indicate the location of paleo-sulphate-methane transition zone in sediments. In and around the methane conversion zone, The formation of H2S is probably the result of partial anaerobic oxidation of H _ 2S, and the related process is closely related to the evolution of the sulphate-methane transition zone. 3) the enhanced anaerobic oxidation of methane in the conversion zone of sulphate-methane not only leads to the enrichment of authigenic pyrite, but also results in the accumulation of pyrite. The continuous reaction and transformation process, along with sufficient material supply, also promoted the further growth of pyrite berry balls, resulting in the formation of pyrite berry balls with abnormal particle size distribution characteristics (for example, average diameter of 20 headland). The standard deviation (3.0 渭 m) of sulfate-reduction zone (SRZ) and raspberry globular pyrite formed in the sulfate-methane transition zone are significantly different in morphology, particle size distribution and sulfur isotopic composition. Moreover, the particle size characteristics of pyrite raspberry balls formed in the sulphate-methane transition zone can not effectively reflect the redox conditions in the bottom water depositional environment. 5) the so _ 42- of authigenic gypsum originates almost equally from the oxidation of sulfate and pyrite in seawater. Ca2 may be derived from the dissolution of calcareous shell caused by local seawater acidification and the effect of ion expulsion during the formation of natural gas hydrate, and the formation of in-situ gypsum is closely related to the evolution of underlying gas hydrate reservoir. The location of the precipitate may indicate the position of the sulfate-methane transition zone.
【學位授予單位】：中國地質(zhì)大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：P618.13

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本文編號：1578076