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南海白云凹陷是我国深海油气和天然气水合物的重点研究区域。本论文以白云凹陷水合物钻探区东北部的08CF7岩心沉积物为研究材料,通过对2cm间隔取样样品进行磁化率、粒度、自生矿物及其碳氧同位素组成等分析,并结合研究区的构造背景等基础资料,探讨岩心沉积物的自生矿物及其碳氧同位素组成对甲烷渗漏的甲烷厌氧氧化(AOM,anaerobic oxidation of methane)响应及沉积物磁化率对硫酸盐-甲烷转换界面(SMT,sulfate-methane transition)变化过程的响应等特征,主要获得以下认识:
(1)188cm以浅和以深的沉积物中,矿物组成有明显区别,表明在188cm处成岩环境等发生明显变化；(2)根据自生碳酸盐矿物δ13C、δ18O值及沉积物颜色变化特征,将08CF7岩心分为三段:①上段(0-188cm),②过渡段(188-240cm)和③下段(240cm-662cm)。分析表明,188cm以浅沉积物中自生碳酸盐矿物的碳氧同位素组成位于生物壳体碳氧同位素组成的区域内,属于正常的海洋沉积环境,188cm以深的过渡段及下段沉积物中自生碳酸盐矿物,属于冷泉成因的自生碳酸盐矿物,其形成对海底甲烷渗漏的AOM响应。08CF7岩心过渡段及下段18O亏损的自生碳酸盐矿物形成于18O亏损的成岩环境中,表明随甲烷渗漏的流体的18O亏损,暗示深部甲烷渗漏过程中可能有天然气水合物形成；(3)岩心各段磁化率的变化与自生矿物及碳氧同位素的变化相对应。沉积物由上段较高的磁化率值(平均为21.10×10-6SI)在过渡段(平均为16.12×10-6SI)下降到下段较低的磁化率值,下段主要介于5.5×10-6SI至7.5×10咱SI之间,呈现出均一性变化的特点。(4)08CF7岩心的磁化率变化与SMT响应,0-188cm是硫酸盐富集区,188-240cm是SMT与上部沉积物的过渡带,240cm以深是SMT,但岩心底未见到SMT下部过渡带。(5)海底天然气渗漏是08CF7岩心沉积物磁化率异常变化的因为,其机理可能是CH4与SO42-发生AOM,其产物HS-与沉积物中的Fe3+发生反应,最终形成顺磁性的黄铁矿。推测08CF7岩心的SMT的深度约为5m,表明甲烷渗漏没有到达海底表面,暗示海底下部可能还存在天然气水合物层。
研究成果为白云凹陷的甲烷冷泉活动、天然气水合物评价提供了新资料。提出利用细粒组分的自生矿物及碳氧同位素组成识别AOM、根据沉积物磁化率变化确定SMT是识别天然气水合物可能存在的新方法,在我国南海渗漏型天然气水合物的探查中具有较好科学价值和应用前景。