祁连山冻土区与天然气水合物伴生自生碳酸盐的成因及其指示意义研究

祁连山冻土区天然气水合物伴生三种产状碳酸盐，为揭示这些碳酸盐是否如同海底天然气水合物分布区中伴生的自生碳酸盐一样，也与该区天然气水合物之间存在着内在的成因联系，本项研究拟以这些伴生的自生碳酸盐为对象，分别从矿物地球化学、碳、氧同位素地球化学等方面入手，重点对比研究不同产状自生碳酸盐的碳、氧同位素、天然气水合物甲烷的碳同位素及笼形体水的氧同位素、煤、油斑、泥岩、油页岩中有机质的碳同位素等地球化学特征，揭示不同产状自生碳酸盐的成因及其指示意义，阐明其与天然气水合物的内在联系，探索其作为指示标志应用到高山冻土区天然气水合物地质勘查与研究的可能性。该项研究可以弥补陆上高山冻土区与天然气水合物伴生碳酸盐研究的空白，与此同时，还将有助于查明这一新类型天然气水合物的形成机制及物质来源，因而具有重要科学和实际意义。

祁连山冻土区天然气水合物钻探揭示，天然气水合物产出层段中常伴生碳酸盐矿物，它们到底是否由天然气水合物分解所致而与天然气水合物之间存在着某种内在成因联系，或是否对天然气水合物具指示作用？显然这既是一个重要的科学问题，也是一个重要的现实问题。项目针对天然气水合物伴生的碳酸盐矿物，1）开展了宏、微观地质分类研究；2）采用X射线粉晶衍射、电子扫描显微镜（SEM）、电子探针等分析方法，开展了矿物学特征及其指示意义研究；3）开展了主要元素、微量元素、稀土元素等地球化学特征及其对物质来源与沉积条件指示意义研究；4）碳、氧同位素地球化学特征及其对天然气水合物演化指示作用研究。项目完成了研究计划内容。.研究显示，祁连山冻土区天然气水合物伴生碳酸盐岩可划分4种类型赋存状态：I）白色薄层状碳酸盐、II）烟灰色菱形晶簇状方解石集合体、III）深灰色薄壳状碳酸盐、IV）微细浸染状方解石或碳酸盐。.该区天然气水合物伴生碳酸盐矿物学特征显示，样品中常出现草莓状黄铁矿，由等粒度亚微米级晶体或微晶体紧密堆积构成，说明存在着微生物参与作用，可能与该区地质历史中天然气水合物分解作用有关，为天然气水合物分解后的甲烷在冻土岩层缺氧环境中硫酸盐还原过程伴生产物，从而间接指示着该区伴生碳酸盐沉积与天然气水合物分解之间的可能内存成因联系。该区天然气水合物伴生碳酸盐岩元素地球化学结果显示，同类型碳酸盐岩样品中元素含量变化幅度不大，基本能与其它类型区别开来，特别是第II类碳酸盐岩，元素含量总体偏低，个别元素和元素比值与其它类型碳酸盐岩明显不同，如出现Sr、Ba、Eu异常，其化学蚀变指数（CIA）最低，该类碳酸盐岩方解石颗粒粗大，且含有一定量文石和草莓状黄铁矿，综合认为第II类碳酸盐岩可能为天然气水合物分解后碳酸盐岩化改造形成。该区第II类碳酸盐的碳、氧同位素组成相对独立，明显不同于第I、III、IV类碳酸盐；第II类碳酸盐的碳同位素比值δ13Cv-PDB ‰为-0.8~-6‰，而第I、III、IV类碳酸盐的碳同位素组成集中在0.8~3.4‰之间，表明第II类碳酸盐与天然气水合物分解作用有一定联系。.综合看出，第II类烟灰色菱形晶簇状方解石集合体或多或少与天然气水合物之间存在着内在成因联系，可能为地质历史中天然气水合物分解所致形成，可作为该区天然气水合物调查的重要参考识别标志，具重要科学和实际意义。