海马冷泉流体来源、沉积环境和发育演化特征

　　摘要：海底冷泉是研究天然气水合物环境效应的最理想研究场所。海马冷泉的发现，开拓了我国活动冷泉探测和研究的新纪元。本研究利用海马冷泉发育的自生碳酸盐岩，开展了岩石学、矿物学、碳氧稳定同位素、微量元素组成以及AMS 14C年代学研究，揭示了海马冷泉的流体来源、沉积环境和发育演化特征，为后续研究提供了良好基础。  

　　1. 项目概况

　　冷泉是指来自海底之下沉积层，以甲烷或其它碳氢化合物为主要成分的流体在海底形成的与底层海水温度接近的流体渗漏活动，是研究天然气水合物环境效应的理想场所。依托“南海天然气水合物资源勘查项目”和“南海天然气水合物环境效应调查评价项目”，利用“海马”ROV和海底拖网所获取的海马冷泉碳酸盐岩样品（图1），开展了岩石学、矿物学、碳氧稳定同位素、微量元素组成以及AMS 14C年代学研究，揭示了海马冷泉的流体来源、沉积环境和演化特征，为天然气水合物环境效应研究提供了良好基础。 

图1 海马冷泉海底特征  

　　2. 成果简介

　　（1）碳酸盐岩矿物学和岩石学特征。海马冷泉碳酸盐岩的碳酸盐含量范围为29wt. %~91wt. %（平均70wt. %），主要矿物是文石和高镁方解石。含有双壳类的碳酸盐岩结壳普遍具有高的碳酸盐含量，其主要矿物是文石，包含少量的低镁方解石和高镁方解石；不含双壳类的碳酸盐岩结壳通常由高镁方解石组成，包含少量文石和低镁方解石（图2）。  

图2 海马冷泉碳酸盐岩产状特征  

　　（2）冷泉流体来源。自生碳酸盐岩的碳同位素值范围为-43.0‰ ~ -27.5‰（图3），指示它们是通过甲烷缺氧氧化形成的典型的冷泉碳酸盐岩。自生碳酸盐岩的氧同位素值变化范围为2.5‰ ~ 5.8‰（图3），大多数显示出现18O富集特征，很可能是过去大量天然气水合物的分解的结果。 

图3 碳酸盐岩碳、氧同位素组成特征  

　　（3）冷泉碳酸盐岩形成环境。含壳体的碳酸盐岩结壳具有以文石为主、无Ba富集和相对于Mo更加富集的U元素特征，表明它们形成于紧靠海底的开放环境中。而碳酸盐岩结核、烟囱及无壳体的碳酸盐岩结壳中出现Ba和Mo的富集，表明它们形成于更加缺氧的环境中。  

　　（4）冷泉流体渗漏演化特征。ROV1和ROV2站位冷泉碳酸盐岩的AMS14C年龄特征表明，海马冷泉渗漏流体活动主要发生于距今6.1-5.1 ka、3.9-2.9ka之前和现在三个阶段(表1)。这些渗漏特征有望对这两个活动冷泉点的天然气水合物储库演化特征提供重要线索。  

           表1 海马冷泉碳酸盐岩的AMS14C年龄特征  

　　3. 成果意义

　　海马冷泉的发现进一步证实了我国管辖海域内，尤其是南海北部陆坡区，赋存着资源量巨大的天然气水合物。通过初步探测，明确了冷泉区气体泄漏与天然气水合物之间的密切关系，丰富了我国海域天然气水合物勘查的技术理论，为下一步天然气水合物精细勘查提供重要依据和参考。  

　　对“海马”冷泉区流体渗漏活动时空迁移性的研究，将有助于揭示自然界中水合物稳定带形成和水合物分解过程的变化规律和主控因素，在此基础上，进一步探索人为扰动引起的水合物分解过程，能够为水合物资源的试采和开采提供保障。  

（中国地质调查局广州海洋地质调查局 梁前勇、杨胜雄、陶军、梁金强、陆敬安供稿）  

　　梁前勇（1983-），男，博士，地球化学专业，工程师，从事天然气水合物调查研究，主要研究方向为天然气水合物环境影响评价。  

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