海洋天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)的底棲有孔蟲穩(wěn)定同位素響應(yīng)

【摘要】： 海洋天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)為一長(zhǎng)期處于動(dòng)態(tài)穩(wěn)定狀態(tài)的地質(zhì)系統(tǒng),其中賦存的天然氣水合物在其長(zhǎng)期的演化過(guò)程中會(huì)因多種影響機(jī)制(海平面升降、構(gòu)造作用、海洋過(guò)渡帶水變暖等)的觸發(fā)而形成多幕次的甲烷滲漏作用,該甲烷滲漏作用對(duì)氣候變化、全球的碳收支以及大氣中的甲烷含量有重大的貢獻(xiàn)作用,尤其是其形成的富硫化氫氣體、富甲烷和缺氧的極端環(huán)境,對(duì)于研究極端環(huán)境下環(huán)境對(duì)生物的影響作用,以及很有可能的早期生命演化研究具有重要的意義。但是天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)中甲烷滲漏作用的強(qiáng)度、持續(xù)周期的長(zhǎng)短、滲漏作用的幕次以及甲烷滲漏作用的觸發(fā)機(jī)制等問(wèn)題仍然是天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)研究中尚未解決的關(guān)鍵問(wèn)題,這些問(wèn)題的解決對(duì)于探索天然氣水合物的動(dòng)態(tài)演化、水合物地質(zhì)系統(tǒng)對(duì)于全球氣候變化影響以及海底微環(huán)境的響應(yīng)等具有至關(guān)重要的意義。 現(xiàn)代海洋中底棲有孔蟲以其較高的豐度、對(duì)不同環(huán)境的高靈敏度反應(yīng)以及較好的化石保存記錄而作為一個(gè)重要的信息記錄媒介在古環(huán)境和古海洋重建中發(fā)揮了重要的作用。以底棲有孔蟲殼體同位素特征為研究載體探索天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)的甲烷滲漏作用進(jìn)行的研究具有廣泛的研究背景和堅(jiān)實(shí)的研究基礎(chǔ)。國(guó)內(nèi)外多位學(xué)者已對(duì)南中國(guó)海；東南太平洋秘魯；墨西哥灣；東北太平洋加利福尼亞；東北太平洋水合物脊；東北太平洋Cascadia邊緣；巴倫支海；亞得里亞海；東北阿拉伯海；新西蘭東部；巴布亞灣和西北太平洋北海道等多個(gè)海域的天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)中甲烷滲漏作用影響下底棲有孔蟲進(jìn)行了殼體碳氧同位素方面的研究,提出天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)的甲烷滲漏作用能夠間接影響底棲有孔蟲殼體碳氧同位素特征。本文通過(guò)總結(jié)分析以上發(fā)表的研究成果中甲烷滲漏作用背景下底棲有孔蟲(Uvigerina peregrina和Bulimina mexicana)的殼體同位素特征,發(fā)現(xiàn)在甲烷滲漏背景下底棲有孔蟲殼體碳同位素存在一定程度的負(fù)偏(0‰～-6‰PDB),最低值可達(dá)-15.58‰PDB；而當(dāng)天然氣水合物處于穩(wěn)定狀態(tài)或者甲烷滲漏作用很微弱的時(shí)候,有孔蟲殼體記錄的則為正常海洋背景下的孔隙水地球化學(xué)特征,碳同位素位于0‰～-1.75‰PDB范圍內(nèi)。其原理可能是由于海水溫度升高、海平面下降以及構(gòu)造活動(dòng)等因素影響導(dǎo)致的水合物不穩(wěn)定分解,釋放出的甲烷氣體與孔隙水中的硫酸根離子發(fā)生甲烷厭氧氧化作用(AOM),對(duì)于孔隙水中溶解的無(wú)機(jī)碳(DIC)產(chǎn)生了重要影響,生存于此環(huán)境中的底棲有孔蟲可以通過(guò)其鈣質(zhì)殼體很好地記錄這一地球化學(xué)特征。依據(jù)此原理,可以很好地識(shí)別天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)的甲烷滲漏作用,并根據(jù)底棲有孔蟲殼體的碳同位素負(fù)偏程度可以在一定程度上指示甲烷滲漏作用的強(qiáng)度,同時(shí)通過(guò)對(duì)沉積物巖心連續(xù)取樣進(jìn)行的高分辨率底棲有孔蟲同位素地球化學(xué)研究可以較好地識(shí)別水合物地質(zhì)系統(tǒng)的多幕次甲烷滲漏作用；幕次甲烷滲漏作用的持續(xù)時(shí)間；以及強(qiáng)度等,同時(shí)可以對(duì)水合物地質(zhì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)演化歷史具有較好的揭不。 本文系統(tǒng)地開展了綜合大洋鉆探計(jì)劃IODP 311航次所獲得的5個(gè)站位巖心沉積物樣品中的底棲有孔蟲種屬(Uvigerina peregrina和Bulimina mexicana)的殼體同位素特征研究,得到了以下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)： 1.通過(guò)體視鏡和掃描電鏡觀察發(fā)現(xiàn)：兩個(gè)種屬U. peregrina和B. mexicana的殼體保存完整,殼體表面微孔敞開,未受到自生碳酸鹽巖的膠結(jié)和充填,后期的成巖改造作用微弱； 2.兩個(gè)種屬的殼體碳、氧同位素存在較大的變化范圍,負(fù)偏的碳同位素和正偏的氧同位素特征反映了甲烷滲漏作用形成的甲烷厭氧演化作用以及天然氣水合物分解釋放出富含H218O對(duì)孔隙水的影響； 3.沉積物巖心中底棲有孔蟲殼體碳、氧同位素研究表明：天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)在演化過(guò)程中存在多幕次的甲烷滲漏作用,底棲有孔蟲可以很好地記錄這一過(guò)程,并在其殼體中呈現(xiàn)較典型的多幕次碳同位素負(fù)偏； 4.更新世以來(lái),底棲有孔蟲殼體記錄的天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)的多幕次甲烷滲漏作用與10萬(wàn)年尺度的全球海平面升降變化相一致,很好的印證了間冰期、冰期的交替導(dǎo)致的海平面升降變化對(duì)于水合物地質(zhì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性有重要的影響作用； 5.主動(dòng)大陸邊緣背景下天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)的演化對(duì)于天然氣水合物穩(wěn)定性的影響有著最本質(zhì)的決定作用,在主動(dòng)大陸邊緣背景下,天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)的演化必然經(jīng)歷水合物的初始形成階段、成熟穩(wěn)定階段和分解消亡階段,這一演化特征在不同站位背景下底棲有孔蟲殼體同位素特征上有很好地反映。 該研究成果率先對(duì)天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)在第四紀(jì)以來(lái)長(zhǎng)尺度(2Ma)演化過(guò)程中的多幕次甲烷滲漏作用進(jìn)行較完整的揭示,限于研究樣品的分辨率,本研究中所揭示的甲烷滲漏作用主要為十萬(wàn)年尺度,但是即便如此,本研究仍為首次對(duì)該時(shí)間尺度該分辨率背景下水合物地質(zhì)系統(tǒng)的甲烷滲漏作用進(jìn)行的較完整的研究。 【關(guān)鍵詞】：天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng) 多幕次甲烷滲漏 底棲有孔蟲 碳、氧穩(wěn)定同位素
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)地質(zhì)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2010
【分類號(hào)】：P744.4
【目錄】：

• 作者簡(jiǎn)介5-7
• 摘要7-9
• ABSTRACT9-13
• 第一章 緒論13-17
• §1.1 選題目的和意義14
• §1.2 選題研究方案14-15
• §1.3 完成主要工作15-17
• 第二章 現(xiàn)代海洋天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)17-29
• §2.1 海洋天然氣水合物簡(jiǎn)介17-21
• 2.1.1 天然氣水合物的分布和儲(chǔ)量17-18
• 2.1.2 天然氣水合物的性質(zhì)與形成18-20
• 2.1.3 天然氣水合物的分解20-21
• §2.2 現(xiàn)代海洋天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)21-29
• 2.2.1 地球物理特征21-22
• 2.2.2 自生礦物特征22-25
• 2.2.3 孔隙水地球化學(xué)特征25-26
• 2.2.4 生態(tài)學(xué)特征26-29
• 第三章 底棲有孔蟲的生物地球化學(xué)特征29-35
• §3.1 底棲有孔蟲生態(tài)29-30
• §3.2 底棲有孔蟲的殼體碳同位素特征30-35
• 第四章 底棲有孔蟲碳穩(wěn)定同位素特征對(duì)天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)的指示35-55
• §4.1 IODP 311航次簡(jiǎn)介35-41
• 4.1.1 孔隙水地球化學(xué)特征39-40
• 4.1.2 生物地層學(xué)特征40-41
• §4.2 樣品處理和分析方法41
• §4.3 底棲有孔蟲碳氧穩(wěn)定同位素特征41-44
• 4.3.1 底棲有孔蟲殼體形貌特征41
• 4.3.2 底棲有孔蟲碳氧穩(wěn)定同位素特征41-42
• 4.3.3 底棲有孔蟲同位素特征成因探討42-44
• §4.4 底棲有孔蟲穩(wěn)定同位素特征對(duì)甲烷滲漏作用的指示44-46
• §4.5 底棲有孔蟲碳氧穩(wěn)定同位素特征對(duì)天然氣水合物地質(zhì)系統(tǒng)的指示46-55
• Site U132547
• Site U132647-48
• Site U132748-49
• Site U132849-50
• Site U132950-55
• 第五章 結(jié)論與存在問(wèn)題55-57
• 致謝57-59
• 參考文獻(xiàn)59-67
• 圖版 底棲有孔蟲殼體顯微形貌特征分析67-68

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