南海北部甲烷渗漏的自生矿物-元素地球化学响应

Methane seepages are the common phenomena in the global seafloor,which is one of the frontier researches of the modern marine geology.The sediments can gain easier,but the geochemistry records of methane fluxes in sediments are not clear. Our former studies showed that the authigenic carbonate minerals are closedly related with the Sr/Ca and Mg/Ca,but the more researches are needed. The project will do some researches on the authigenic minerals and elements geochemistry in the sediment cores which have different methane fluxes. Integrated the basic environment changes and the data of the pore waters, the elements geochemistry index system will be builded up,and the relationship between the authigenic minerals and elements geochemistry will be found,and the impacts of anaerobic oxidation of methane(AOM) on the environments will be revealed, and the patterns of different methane fluxes in the sediments will be discussed. The main features and innovations of the study are the calculation of authigenic minerals percentage in sediments according to elements contents and the comparisons of the geology and geochemistry characteristics in sediments with different methane fluxes .The study results will benefit to understand the methane seepages in more details and can help to find methane seepages in large areas.

甲烷渗漏系统在全球海底广泛分布，是现代海洋地质的前沿研究领域之一。沉积物最易获得，但对沉积体系中甲烷渗漏导致的地质地球化学异常还没有足够了解。申请者前期研究发现甲烷渗漏系统中自生碳酸盐矿物与元素地球化学（Sr/Ca和Mg/Ca）有一定的关系，但是还需要深入研究。本申请拟通过对南海北部不同甲烷渗漏区沉积物柱状样的自生矿物和元素地球化学进行研究，结合沉积物柱状样基本环境信息和相关孔隙水资料，通过对与甲烷渗漏密切相关的自生矿物和元素地球化学分析，建立沉积体系中甲烷渗漏的元素地球化学指标体系，查找自生矿物与元素地球化学之间的耦合关系，揭示甲烷厌氧氧化作用（AOM）对沉积环境的影响，探讨甲烷渗漏在沉积体系反馈中的表现形式。基于沉积物中元素化学成分的自生矿物含量计算及不同甲烷渗漏区沉积物地质地球化学特征对比是本研究的特色和创新之处。研究结果可以深入认识甲烷渗漏系统，为大范围寻找甲烷渗漏提供帮助。

为了探索沉积体系中甲烷渗漏导致的地质地球化学异常，对南海北部不同区域的B2、B4、B6、ZHS-8-1和ZHS-174等5根沉积物柱状的粒度、有机碳氮及其同位素、自生矿物、元素地球化学等进行了研究，揭示了沉积体系对甲烷渗漏的响应特征。并结合冷泉碳酸盐岩研究，揭示了甲烷渗漏过程中的环境变化。有机碳的研究表明，B4柱状样的76cm至底部、B6柱状样的220cm至底部、ZHS-8-1柱状样166~176cm等处δ13C均出现负偏现象，最大负偏量分别为-1.1‰、-1.58‰和-1.05%。有机氮的研究表明：氮含量变化与沉积物中砂含量变化具有一致性，其垂向变化由粒级控制；B4柱状样的氮含量显示了其受甲烷渗漏的影响。δ15N的研究表明：B4柱状样的δ15N整体相对较低；B2柱状样在164~184cm处有负偏现象，负偏值约为-0.36‰；B6柱状样在168~200cm处具也有明显负偏现象，负偏值约为-0.33‰；均显示了甲烷渗漏影响。元素地球研究表明，ZHS-8-1柱状样Ba元素含量明显高于其他站位，变化范围为（671~947）×10-6，在80~100cm处具有明显的Ba正异常，显示了甲烷渗漏作用影响的特征。自生矿物研究表明，ZHS-174柱状样中发现了自生高镁方解石和文石，B2、B4、B6柱状样中均发现了自生高镁方解石和莓球状黄铁矿，B6柱状样中还发现了文石，显示了甲烷渗漏环境下矿物组合及形貌特征。在修正前人建立的端元组分模型（文石、高镁方解石、生物成因方解石和碎屑）的基础上，利用沉积物全样中Sr/Ca和Mg/Ca值估算了5根沉积物柱状样中自生碳酸盐矿物的含量，为建立元素地球化学和自生矿物之间的耦合关系提供了方法。B6柱状样174~176cm处发现了冷泉碳酸盐岩，是甲烷渗漏作用的直接证据。同时对冷泉碳酸盐岩δ13C和δ18O的耦合关系进行了研究，揭示了它们可能指示的流体变化、后期矿物形成／重结晶作用、渗漏系统较为复杂或者成岩作用等环境变化信息。研究结果深入认识了甲烷渗漏系统，为在大范围寻找甲烷渗漏提供了思路。