白云凹陷东南部近海底溶解甲烷浓度变化及其对冷泉活动的指示意义

摘要

海底冷泉活动及其伴生的甲烷渗漏,是目前全球变化研究中的热点问题。作为天然气水合物的赋存标志及其分解释放甲烷的重要途径,冷泉活动在海水-沉积物界面引发了极为复杂的生物地球化学过程,并对全球碳循环和气候变化产生重要影响。南海是全球重要的甲烷储库之一,其冷泉区的甲烷渗漏通量与变化过程无疑急待评估和量化。深入开展这方面的研究,对于深入理解天然气水合物分解释放对全球变暖的响应及其反馈机制有重要的科学意义和应用价值。
　　本文基于―深海海底边界层原位环境观测系统(Benvir),于2012年9月在南海北部陆坡中段神狐海域白云凹陷水合物远景区获得的一系列原位观测数据,针对研究区海底甲烷渗漏强度,疑似冷泉活动区位置,海底甲烷渗漏强度变化及影响,海底生物地球化学环境对海底甲烷渗漏的响应等科学问题进行了较深入的讨论。取得了以下认识。
　　1.参考世界典型冷泉区近底层海水溶解甲烷浓度,将海底甲烷渗漏环境划分为背景地区、低甲烷渗漏区、中甲烷渗漏区和高甲烷渗漏区四种。
　　2.深入研究了白云凹陷地区近底层海水中溶解甲烷浓度及其时序变化特征,认为本文研究区属于中甲烷渗漏区。
　　3.揭示了温度、压力和盐度变化对溶解甲烷浓度的影响,提出:(1)周期性的压力变化(潮汐)是控制冷泉活动的因素之一,但由于白云凹陷水深较深,压力对海底界面的影响较小。(2)温度的变化会影响产甲烷菌和甲烷厌氧氧化菌的活性,进而影响水体中溶解甲烷浓度的变化。较压力而言,近底层海水的温度对沉积物中水合物稳定性的影响较小,但对海水溶解甲烷浓度的控制更为直接。(3)近底层物理化学环境的变化控制溶解甲烷的浓度的同时,影响了海水中离子浓度,引起了盐度的变化,因此盐度和甲烷的变化趋势较相似。且盐度可能会通过影响天然气水合物的稳定性来控制水体中溶解甲烷的浓度。(4)三者都不是影响近底层水体中溶解甲烷浓度变化的主要因素。
　　4.讨论了近底层海水溶解甲烷浓度变化对生物地球化学环境的响应,认为海流或外来水团引起的二氧化碳、溶解氧浓度和pH值的变化,可能是控制近底层海水中溶解甲烷浓度的主要因素。其中,外源二氧化碳和溶解氧会引起甲烷氧化还原平衡的变化,从而导致溶解甲烷浓度的变化。pH值的改变会影响产甲烷菌的活度,从而控制近底层海水中的溶解甲烷浓度。
　　以上研究将有助于深入理解海底甲烷渗漏及其通量变化及其影响及制约因素,海底环境和生物地球化学过程对海底甲烷渗漏的通量变化的响应机制。

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0 前言

0.1研究意义

0.2研究现状和存在的问题

0.3研究方法及内容

1 研究区概况

1.1 天然气水合物成藏条件

1.2 区内冷泉活动的证据

1.2.1 地球物理证据

1.2.2 地球化学证据

1.2.3 矿物学证据

2 研究方法与技术手段

2.1 Benvir及其原位观测

2.2原位观测传感器

2.2.1 ADCP、ADV传感器

2.2.2 二氧化碳传感器

2.2.3 甲烷传感器

2.2.4 pH传感器

2.2.5 溶解氧传感器

3 数据及初步分析

3.1原位观测数据

3.2数据初步分析

3.2.1 溶解甲烷

3.2.2 二氧化碳

3.2.3 溶解氧

3.2.4 pH值

4 讨论

4.1甲烷渗漏强度及活动冷泉区的位置

4.1.1 甲烷渗漏强度

4.1.2 活动冷泉区的位置

4.2溶解甲烷浓度的影响因素

4.2.1 温度、压力对溶解甲烷浓度的影响

4.2.2 溶解甲烷浓度对盐度变化的响应

4.2.3 溶解甲烷浓度与二氧化碳、溶解氧浓度的关系

4.2.4 pH值变化的原因及影响

4.3小结

5 结论

参考文献

致谢

个人简历

在学期间发表的学术论文与研究成果