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南海西沙西南海底麻坑区生物地球化学过程、麻坑活动性以及麻坑形成时间研究

罗敏  
【摘要】:海底麻坑作为流体渗漏活动留下的遗迹,广泛发育于全球大陆边缘。本文通过对采集于南海西沙西南海底麻坑区的沉积物和孔隙水进行地球化学分析,并结合数值模拟的手段,旨在探讨和计算该麻坑区主要的生物地球化学反应及其速率,揭示麻坑目前的活动状况,并推测麻坑形成的演化历史及可能的成因机制。西沙隆起西南部海底麻坑区3个重力活塞柱样中沉积物孔隙水(ΔDIC+ΔCa2++ΔMg2+)/ΔSO42-比值表明,C9和C19柱样的硫酸根主要被有机质硫酸盐还原(OSR)消耗,C14柱样的硫酸根浓度主要受OSR和甲烷缺氧氧化(AOM)作用的共同影响。估算的C14中较低的硫同位素分馏系数也显示可能有AOM作用的发生。三个柱样沉积物中存在自生碳酸盐岩的沉淀,且C14以高镁方解石为主。C9和C19孔隙水δ13CDIC主要来自有机质δ13C和海底水δ13CDIC的两端元混合,而C14在0.66m以下孔隙水δ13CDIC可能主要由底水δ13CDIC、有机质δ13C、甲烷δ13C和下伏SMI以下向上运移HCO3-的δ13C四端元混合。根据C19沉积物孔隙水组分浓度剖面推断该麻坑可能已经停止活动处于休眠期,而C14站位沉积物中甲烷仍在发生微弱的渗漏,麻坑可能处于活动的衰落期。通过对西沙西南部海底麻坑区C9和C14柱样孔隙水Cl-、Na+和K+浓度以及δ18O值分析测试,我们发现了指示水合物发育的关键证据:沉积物孔隙水Cl-浓度降低,并伴随有δ18O值的升高。同时排除了Cl-浓度和δ18O值异常是由粘土矿物脱水造成的。另外,孔隙水硫酸根δ18O值也指示了沉积物中可能有水合物的赋存。依Cl-浓度和δ18O值异常值估算的天然气水合物饱和度分别为6-10%和7-15%,进一步揭示西沙西南海域可能也是南海良好水合物勘探开发前景的海域。利用反应-运移模型对分别采集于麻坑外(C9)和麻坑内(C14)的两根柱样的孔隙水地球化学剖面进行模拟,估计麻坑内流体停止活动的时间。模拟结果显示麻坑至少是在39 kyr前形成,且流体活动的中止可能与相对高海平面时期水合物的稳定或者水合物藏的消耗殆尽有关,与全球大陆边缘的海底麻坑目前多已不活动的结果相一致,该方法也可以应用于推测其他海底麻坑区流体渗漏演化历史和流体停止活动的大致时间。另外,由于全新世以来受西南季风以及越南岸外上升流的影响,初级生产力增加,导致表层沉积物颗粒有机碳(POC)含量和活性明显增加。


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