天然气水合物沉积区孔隙水拉曼光谱原位定量分析新方法

本项目拟采用拉曼光谱定量分析方法，对东太平洋Hydrate Ridge和Barkley Canyon海域天然气水合物沉积区孔隙水的原位拉曼光谱数据进行定量分析，获得表层沉积物0-30cm 深度孔隙水溶解的甲烷、硫化氢和硫酸根离子的原位浓度，并与传统方式获得的沉积物孔隙水样品的化学成分剖面进行对比分析。项目将通过分析不同pH值的硫化氢溶液与其拉曼光谱峰之间的关系，获得目标海域深海冷泉区和天然气水合物富集区沉积物原位pH值。项目通过对比分析原位与传统采样方式获得孔隙水化学成分的变化对拉曼光谱荧光背景的影响，研究沉积物孔隙水拉曼光谱荧光背景的来源以及增长机理，分析传统采样分析方式在沉积物海洋地球化学研究方面的局限性和不确定性。最后综合以上研究结果，探索拉曼光谱定量分析技术在深海天然气水合物和油气资源探测方面的可行性。

本项目主要采用激光拉曼光谱定量分析新方法，针对东太平洋 Hydrate Ridge 和Barkley Canyon海域天然气水合物沉积区孔隙水的原位拉曼光谱数据开展研究，在国际上首次获得了深海浅表沉积物表层沉积物 0-30cm 深度孔隙水溶解的甲烷和硫酸根离子的原位浓度,并与传统方式获得的沉积物孔隙水样品的化学成分剖面进行对比分析，相关研究成果已发表在国际地球科学领域Top journal：Geophysical Research Letters，并被Science和Nature共同进行了报道和评述，随后被国际应用光谱学领域Top journal：Applied Spectroscopy杂志邀请撰写了封面焦点综述论文，还在AGU（American Geophysical Union）、OCEANS、Ocean Sciences Meeting等多个国际会议上作了口头报告陈述，被国内新华社等多家媒体报道，成为了近期国际海洋界的研究热点。通过参与2013年5月美国MBARI（Monterey Bay Aquarium Research Institute）海洋研究所的国际合作航次，本基金对东太平洋Santa Barbara Basin和Santa Monica海域的海底冷泉区的沉积物孔隙水硫化氢气体开展研究，在国际上首次获得沉积物孔隙水的H2S 和HS-的拉曼光谱，并提出用H2S/HS-比值反演深海沉积物pH的原位探测新方法，获得了深海冷泉区沉积物的原位pH数据，并研究了其随深度的变化规律，相关研究成果已经在AGU年会上作了口头报告展示，且已投稿至国际海洋化学研究领域Top journal：Marine Chemistry杂志。通过搭载中国科学院海洋研究所开放共享航次，开展了黄海疑似冷泉区沉积物孔隙水荧光背景的来源分析研究，首次直接证明：即使采用船载准实时取样方式得到的沉积物孔隙水样品中的各溶解物质浓度及化学组分和状态都会发生快速变化，再次颠覆了传统海洋地球化学研究方法，相关研究论文正在整理之中。因此，本基金的研究工作探索了利用激光拉曼光谱原位定量分析技术探测天然气水合物沉积区孔隙水化学成分的可行性，并取得了国际公认的研究成果，为我国提供了一种新的天然气水合物和深海油气资源地球化学原位探测方法。