郯庐断裂带下辽河坳陷段深部基岩CO2释放速率

Due to the CO2 release from the deep fracture zone plays an important role in the global carbon cycle research, greenhouse gas release along active faults has attracted more and more attention of the researchers in the field of geoscience and ecological environment. However, constraints of bedrock on the CO2 release in deep fracture area have been rarely carried out, which is significant for the explanation of the spatial difference and evolution of CO2 release along a deep fracture zone. In present proposal, Xia Liaohe Depression segment of the Tan-Lu fault zone is selected as the study area, water and gas samples from soils and observation wells located in variant bedrocks will be collected for δ13CDIC, DIC, hydrochemical measurement, CO2 flux, δ13CCO2, 3He/4He, 4He/20Ne analysis respectively. The degassed fraction (%) of deep-sourced CO2 will be calculated out according to the isotopic degassing model established by the isotope composition and the contribution ratio of CO2 from deep source will be calculated out by3He/4He and 4He/20Ne results. The results will be reliable for the estimation of the effects of bedrock with different composition on the CO2 emission rate in the deep fracture area. Research results attained by the proposed proposal will be important for the identification of the influencing factors of CO2 degassing from deep fractures, and the mechanism of carbon cycle in the deep fracture area. In addition, the attained result can be also used for the research on the atmospheric environment in the eastern China.

全球碳循环过程中断裂带温室气体释放是国际地学和生态环境研究领域的热点问题，深大断裂带的地球深部CO2释放速率是全球碳循环过程的要点环节，但其与基岩组成关系的研究较少，这对解释深大断裂CO2空间释放差异和演化规律至关重要。本申请拟在郯庐断裂带下辽河坳陷段，开展位于几种岩性基岩上的观测井和温泉水中的溶解无机碳同位素组成、DIC和水化学分析，温泉逸出气和附近断层气中的CO2通量测量和气体碳氦氖同位素分析。利用碳同位素组成建立分馏脱气模型获得深部来源的CO2脱气百分比，利用氦氖同位素计算深部物质来源的贡献率，估算研究区不同类型基岩发生深部脱碳作用的CO2释放速率，为判断基岩岩性对深大断裂带深部来源CO2释放速率的影响提供实测依据。研究结果将为判定深大断裂带CO2释放的影响因素，揭示断裂带深部脱气过程，阐明深大断裂带区域碳循环机理提供地球化学证据，同时也为我国东部地区大气环境研究工作提供背景性资料。

本项目通过连续5年的水体、温泉气体和土壤气样品测试，获取3790个数据，开展位于几种岩性基岩上的观测井和温泉水中的δ13CDIC、DIC、水化学分析、温泉逸出气和断层气中的CO2浓度和通量分析、δ13CCO2、3He/4He、4He/20Ne分析和模型计算等工作，研究郯庐断裂带下辽河坳陷段，①空间和垂向上水化学的特征分析；②建立碳同位素分馏的脱气模型，结合氦氖同位素计算深部物质来源的贡献率，估算溶解于地下水中的深部来源CO2释放速率；③测量土壤气CO2浓度和通量，计算直接通过断裂带逸出的深部来源CO2释放速率；④最终估算研究区不同类型基岩发生深部脱碳作用的CO2释放速率。得到的成果主要是：①水化学类型复杂多样，空间分布具有小构造内的不同特征，大部分地区TDS沿着地下水径流方向增加。水化离子剖面分布特征是区域地下流体水化具有相当稳定同步性。②氢氧同位素组成空间分布受构造影响，深度剖面特征是分层显著，大部分具有同步变化性。氦、氖、碳同位素组成表明研究区郯庐断裂带北延带和地幔具有连通性，但是地幔脱气作用较弱，温泉逸出气CO2主要来源于地壳沉积层的有机成因气。CO2脱气率模型结果是灰岩高于安山岩和灰岩混合，高于花岗岩，高于石英岩和砂砾岩。CO2脱出率与岩石的碱性有一定的相关性，模型计算出来总的释放速率是受岩性和构造等多方面影响的结果。③金州断裂上土壤气逸出的深部来源CO2的释放速率最高，其次是依兰伊通断裂，浑河断裂和长白-观音阁断裂最弱。④估算研究区不同类型基岩发生深部脱碳作用的CO2释放速率中，土壤气逸出CO2释放是郯庐断裂带下辽河坳陷段深部CO2释放的主要途径，起到决定性的计算结果。本项目为判定深大断裂带CO2释放的影响因素，揭示断裂带深部脱气过程，阐明深大断裂带区域碳循环机理提供地球化学证据，为我国东部地区大气环境研究工作提供背景性资料。同时，研究区的水体、温泉气体和土壤气地球化学分析技术方法，为地震地下流体异常成因机理等工作提供科学依据，并且获得实践检验。