近日，深海地球物理與資源研究室王吉亮副研究員與合作者在國(guó)際地學(xué)期刊Basin Research發(fā)表題為Submarine fluid flow system feeding methane emission in the northern South China Sea的研究成果，研究瓊東南盆地支撐冷泉活動(dòng)的海底流體活動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)特征和發(fā)育演化規(guī)律，揭示了海底滑坡對(duì)冷泉活動(dòng)性的控制作用。
冷泉活動(dòng)是地球跨圈層物質(zhì)循環(huán)和能量交換的重要方式，能夠支撐獨(dú)特的化能合成生態(tài)系統(tǒng)，冷泉釋放的甲烷會(huì)造成海水酸化甚至影響全球氣候變化。最新探測(cè)表明，冷泉活動(dòng)在深海環(huán)境中（水深 > 500 m）廣泛存在，與淺海相比，深海地層甲烷在到達(dá)海底之前首先經(jīng)過(guò)水合物穩(wěn)定帶。傳統(tǒng)認(rèn)為甲烷在穩(wěn)定帶內(nèi)會(huì)形成水合物，降低地層滲透性，阻礙甲烷的垂向運(yùn)移。目前對(duì)于地層甲烷如何穿過(guò)水合物穩(wěn)定帶的過(guò)程和機(jī)理的認(rèn)識(shí)仍很不足。
針對(duì)上述問(wèn)題，該研究以瓊東南盆地松南低凸起上發(fā)育的活躍冷泉為研究目標(biāo)，基于三維地震和測(cè)井?dāng)?shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)支撐海底冷泉活動(dòng)的流體系統(tǒng)由上下兩部分組成。研究區(qū)內(nèi)水合物穩(wěn)定帶之下發(fā)育3個(gè)大型氣云構(gòu)造（Gas cloud），在內(nèi)部發(fā)育斷層。在氣云之上的水合物穩(wěn)定帶內(nèi)發(fā)現(xiàn)28個(gè)流體管道（Pipe）穿透3套垂向堆疊的滑坡沉積體到達(dá)海底。研究認(rèn)為氣云構(gòu)造內(nèi)的斷層和流體管道垂向相連，共同組成支撐冷泉活動(dòng)的海底流體活動(dòng)系統(tǒng)。
圖1. 瓊東南盆地深水區(qū)發(fā)育活躍“冷泉”的海底流體活動(dòng)系統(tǒng)
該研究表明水合物穩(wěn)定帶內(nèi)低滲透性滑坡沉積而非含水合物地層封存了下伏游離氣。連續(xù)在海底發(fā)生的3期滑坡導(dǎo)致水合物穩(wěn)定帶快速向上遷移，原穩(wěn)定帶底界附近水合物分解，而新底界之上短時(shí)間內(nèi)不能生成大量水合物形成有效封存。游離氣進(jìn)入水合物穩(wěn)定帶并向上運(yùn)移，在低滲透性滑坡沉積底部聚集，形成超壓，達(dá)到臨界值發(fā)生水利壓裂，形成流體管道，甲烷發(fā)生滲漏。多期滑坡存在表明該過(guò)程重復(fù)發(fā)生，可能導(dǎo)致冷泉間歇性活動(dòng)。該研究表明滑坡對(duì)海底冷泉活動(dòng)具有控制作用，低滲透性滑坡沉積如同“閥門”，管理海底冷泉甲烷釋放。
圖2.海底滑坡對(duì)海底冷泉甲烷釋放的控制作用模型圖
論文第一作者和通訊作者為王吉亮副研究員，中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局青島海洋地質(zhì)研究所李昂副研究員為共同通訊作者，合作單位還包括挪威能源研究所和中海油研究總院。該研究受中國(guó)科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會(huì)、海南省高層次人才項(xiàng)目、國(guó)家自然科學(xué)基金和嶗山實(shí)驗(yàn)室項(xiàng)目的共同資助。
論文信息：Wang, J., Li, A., Wang,L. H., Wu, S., & Li, Q. (2024). Submarine fluid flow system feeding methane emission in the northern South China Sea. Basin Research, 36, e12839.
論文鏈接：https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/bre.12839
附件下載：