本文關鍵詞：南海北部甲烷水合物潛在區(qū)沉積物早期成巖過程中的碳硫相互作用　出處：《廈門大學》2014年碩士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：天然氣水合物作為21世紀理想的替代能源,成為了全球科學界的研究熱點。天然氣水合物在地層中能否穩(wěn)定存在主要受溫度、壓力、自身結構以及成份組成的影響。海平面升降、底層水溫變化、沉積速率的改變等自然環(huán)境的變化及海底滑坡、地震和火山爆發(fā)等地質災害的發(fā)生都會引起天然氣水合物的突發(fā)性分解釋放。我國南海北部作為天然氣水合物的潛在賦存區(qū),在地質歷史中也曾多次發(fā)生天然氣水合物的分解釋放。天然氣水合物所分解釋放的甲烷向上逸散,與沉積物中的硫酸鹽發(fā)生氧化還原反應,甲烷厭氧氧化-硫酸鹽還原反應(AOM-SR)是沉積物早期成巖過程中最重要的反應之一,其反應過程不僅受到沉積物中的有機質和向上逸散的甲烷等碳源的影響,沉積物孔隙水中的硫酸鹽也對反應有一定的控制作用。因此開展對我國南海北部甲烷水合物潛在區(qū)沉積物中碳硫作用的研究,不僅可以了解天然氣水合物成藏過程,還可以了解天然氣水合物在突發(fā)條件下的分解釋放機理,更重要的是對我國尋找和勘探開發(fā)天然氣水合物藏具有重要的科學意義。本論文依托國家"973"計劃子課題“南海北部天然氣水合物成藏的氣源條件研究”(項目編號：2009CB21951)、國家自然科學基金項目“南海北部海底沉積層硫酸鹽-甲烷體系產消機制及其界面(SMI)特征研究”(項目編號：40976035)和“天然氣水合物成藏體系中產甲烷與甲烷厭氧氧化作用生物標志物和分子生物學研究”(項目編號：41276046)等項目,對臺西南海域鉆獲的973-4沉積物柱狀樣進行了地球化學特征測定、自生黃鐵礦鏡下觀察以及沉積環(huán)境分析,并結合區(qū)域地質特征、南海北部其他甲烷水合物潛在區(qū)的孔隙水特征等相關資料進行綜合分析研究,獲得以下主要認識： (1)南海北部臺西南海域973-4柱的有機碳含量為0.39-1.26%,TS含量為0.2-0.7%,AVS在898cm深度激增至9315μmol/g,黃鐵礦δ34S含量在17.9‰～-44.4‰之間。利用973-4柱的地球化學特征綜合判斷：973-4柱存在有機質缺氧氧化硫酸鹽還原與甲烷厭氧氧化還原硫酸鹽兩種硫酸鹽還原路徑,對應深度分別為360-440cm、580-900cm。其中甲烷厭氧氧化硫酸鹽還原帶可分為上下兩部,對應深度分別為580-700cm、700-900cm,上部以甲烷含量作為AOM反應的限制條件,下部則受到硫酸鹽含量的限制。甲烷厭氧氧化硫酸鹽還原帶上下部的分界以硫酸鹽梯度的突變?yōu)闃酥?此外,黃鐵礦δ348含量接近0‰及黃鐵礦晶型出現(xiàn)二次生長也可作為輔助判斷指標。 (2)973-4柱SMI界面深度為900cm,結合碳同位素結果和測年資料綜合分析,認為973-4柱較淺的SMI界面深度預示著臺西南海域可能存在有天然氣水合物藏。 (3)通過分析南海北部多個站位的硫酸鹽濃度隨深度的變化情況,總結出南海北部硫酸鹽含量隨深度的變化可分為：表層有機硫氧化帶、有機質缺氧氧化硫酸鹽還原帶、中部過渡帶及甲烷厭氧氧化硫酸鹽還原帶。表層有機硫氧化帶的出現(xiàn)與沉積物中有機質的含量與類型、局部地質構造及洋流有關,這種現(xiàn)象的發(fā)生常常集中出現(xiàn)。中部過渡帶的出現(xiàn)與否不但取決于上部有機質缺氧氧化硫酸鹽還原作用,而且與下部向上滲漏的甲烷通量相關。 (4)SMI界面的深淺常常與下部是否賦存甲烷水合物藏關系密切,影響南海北部甲烷水合物潛在區(qū)SMI界面深度計算結果的因素復雜多樣,本文首次提出了干擾數(shù)據(jù)的過濾方法,計算了南海北部多個站位的SMI界面深度,獲得了新的合理的SMI界面。 (5)973-4柱中黃鐵礦以其形成機制可劃分為兩種：充填于生物碎屑及沉積物顆粒間的I型充填和交代充填于生物殼體碎屑中的II型充填。宏觀上,黃鐵礦可分為管狀、塊狀及莓球狀三種。黃鐵礦集合體上部多為管狀,中部為塊狀,深部為莓球狀,充填型黃鐵礦各個層位均有分布。黃鐵礦集合體形態(tài)取決于形成時期沉積物顆粒間空隙大小及生物碎屑類型。 (6)973-4柱中黃鐵礦單晶可見截角立方體、立方體、八面體、五角十二面體及立方體與五角十二面體形成的聚型。八面體作為黃鐵礦存在的主要晶型分布于各個層位中,其它幾種晶型出現(xiàn)在700cm深度的沉積物中,此深度恰為SMTZ上下部的分界線,多晶型的存在代表著局部微環(huán)境的改變,而這種改變是AOM反應限制條件的變化造成的。這種限制條件的變化,可能是由于下伏甲烷水合物的分解偶發(fā)且不穩(wěn)定,使得局部甲烷通量變化較大,最終導致在SMTZ中AOM反應的限制因素在SO42-與CH4之間隨時發(fā)生改變,這種改變進而影響到黃鐵礦的形成環(huán)境及路徑。 (7)研究區(qū)沉積物早期成巖過程中,沉積物有機質中有較高活性有機質首先通過氧化有機質的途徑還原硫酸鹽。隨著高活性有機質的消耗,沉積物埋藏深度的增加,有機質缺氧氧化硫酸鹽還原的過程受到抑制,低活性有機質在產甲烷帶被產甲烷菌利用,生成甲烷,并在合適的條件下形成甲烷水合物。由于甲烷水合物賦存條件的改變,其分解釋放的甲烷向上逸散,又為甲烷厭氧氧化硫酸鹽還原作用提供甲烷,從而完成了整個早期成巖過程中碳硫相互作用。
[Abstract]:Natural gas hydrate is an ideal substitute source of natural gas in the 21st century . It has become a hot spot in the global scientific community . The natural environment such as sea level rise , bottom water temperature change , change of sedimentary rate and other geological disasters , such as sea level rise , bottom water temperature change , change of sedimentary rate and other geological disasters , have some control effect . ( 1 ) The content of organic carbon is 0.39 - 1.26 % , TS content is 0.2 - 0.7 % , AVS is in the range of 580 - 700cm and 580 - 900cm , and the corresponding depth is 580 - 700cm , 580 - 900cm . ( 2 ) The depth of SMI interface of 973 - 4 column is 900 cm , and the depth of SMI interface of 973 - 4 column indicates that the depth of SMI interface of 973 - 4 column indicates that there may be gas hydrate reservoir in southwest sea area . ( 3 ) By analyzing the change of sulfate concentration with depth in the northern South China Sea , the variation of sulfate content with depth in the north of South China Sea can be divided into : surface organic sulfur oxidation zone , organic matter anoxic oxidation sulfate reducing zone , middle transition zone and methane anaerobic oxidation sulfate reducing zone . The occurrence of surface organic sulfur oxidation zone is related to the content and type of organic matter in sediments , local geological structure and ocean current . ( 4 ) The depth of SMI interface is often closely related to the existence of methane hydrate reservoir in the lower part . The factors that affect the calculation result of SMI interface depth in the northern part of the South China Sea are complicated . The method of filtering the interference data is first proposed in this paper . The SMI interface depth of multiple stations in the north of the South China Sea is calculated , and a new and reasonable SMI interface is obtained . ( 5 ) The formation mechanism of pyrite in 973 - 4 column may be divided into two types : type I filling and filling in biological shell debris by type I filling and metasomatic filling between biological debris and sediment particles . ( 6 ) The single crystal of pyrite in 973 - 4 column can be seen as the cube , cube , octahedron , cube and cube formed by the cube and the cube . The octahedron is mainly distributed in each horizon as the main crystal form of pyrite . The existence of polymorphic form represents the change of the local microenvironment . This change is caused by the change of the local microenvironment . This change is probably due to the change of local methane flux at any time between SO _ 2 - and CH4 , which in turn affects the formation environment and path of pyrite . ( 7 ) In the process of early diagenesis of sediments in the study area , the organic matter in the sediments is first reduced by the way of oxidizing organic matter . With the consumption of high - activity organic matter and the increase of the burial depth of sediment , the process of reducing the oxygen - oxygen - oxidizing sulfate of organic matter is inhibited , and the low - active organic matter is used in the methane - producing zone to generate methane and form methane hydrate under suitable conditions .

【學位授予單位】：廈門大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：P744.4;P736.3

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本文編號：1368010