鄂霍次克海天然气水合物的成矿机制探讨.doc

鄂霍次克海天然气水合物的成矿机制探讨 1 研究现状 [1-2]。1986—1989年进行的西太平洋计划，除了一些基础的地质和地球物理调查外，天然气水合物调查研究也被列入该计划的调查内容之中。这是鄂霍次克海较早涉及天然气水合物调查研究的大型项目。在此基础之上，1991年实施了专门的天然气水合物调查航次。1994年~1996年，俄罗斯科学院远东分院对该地区的天然气水合物成因机制、分布规律以及海底冷泉和天然气水合物的关系实施了海洋地质和地球物理调查。而俄罗斯与德国之间的KOMEX计划[3]和俄罗斯、韩国、日本三国之间的CHAOS合作计划[4]均在鄂霍次克海域获取了天然气水合物的样品。 在此需要特别指出的是，2006年5月在由中、俄、韩、日四国共同组织的“鄂霍次克海天然气水合物”联合航次调查中（见图1），成功地在海底冷泉区获取了天然气水合物样品。除此之外，该航次还获得了碳酸盐岩结壳样品、冷泉区生物样品、沉积物样品以及大量的地球物理数据资料。 图1 2006年四国联合调查航次的研究区域及站位（粗实线为板块边界，细直线为地震测线，黑圆点是测量站位，方框内是联合调查的调查区域） 2 研究区概况 鄂霍次克海位于太平洋的西北角，以千岛岛弧为界与太平洋分隔开，其海域面积仅次于我国的南海，是西北太平洋大陆边缘中第二大边缘海。鄂霍次克海大致呈菱形，其南北两边走向北东，长约2000km，东西两边则大致为南北走向，长约1 700km。海域四周除南部的千岛岛弧之外，其他三面为高山环抱。北部的吉单山脉、切斯基山脉和朱格朱尔山脉，长达3000 多千米，海拔高度都超过2000m。萨哈林岛是鄂霍次克海盆的西边界长1000km南部是南北走向的低山最大高度1609 m北部是地势较低的堆积平原。区域的南边界是日本的北海道岛最高的朝日山高1190 m 3 成矿机制 3.1 气源条件 [5]。鄂霍次克海盆广泛发育新生代沉积。前新生代基底在几个地方出现露头，新生代沉积盖层在某些区域凹陷中可超过10km。 3.1.3 有机碳含量（TOC） Waseda指出，如果地层总有机碳含量小于0.5% 时，就不可能形成水合物。而且世界其他已知水合物区的有机质含量也都在0.5% 以上。如美国东南布莱克海台地区155m以下的沉积地层的平均TOC含量为0.8%1.4%，加拿大卡斯卡迪亚大陆边缘沉积地层有机碳含量在1.5%左右。 [6]。阿穆尔河每年向鄂霍次克海注入的淡水中溶解有机碳估计为2.5TgC/a[6]，这个数量可与世界大河的输入量相提并论。进入鄂霍次克海中部的有机碳通量为45g/m2/a[7]，这个数值在西太平洋边缘海中都是相当高的。 通过对获得的柱状样的观察可知，鄂霍次克海还去沉积地层的有机质含量很高。在萨哈林岛东北陆坡地区以及邻近的德鲁根盆地边缘的柱状样显示含有大量的硅藻沉积物，颜色呈现黑绿、深绿色。此外还含有大量的硫化氢，甲烷的含量也非常高。沉积物的颜色和气味，以及较高的甲烷气体含量都不同程度的表明该沉积物中由较高的有机质含量。已有的资料显示，尽管不同地区沉积物有机质含量有所不同，但是含量普遍较高，一般在1.5%之上[8]，均远高于了Waseda提出的形成天然气水合物的有机碳含量标准。 3.1.4 沉积速率 天然气水合物的形成受沉积速率的影响，较高的沉积速率有利于水合物的发育。一般条件下，沉积速率高的地区沉积物的孔隙度也较大，因此有利于水合物储集的空间也就较大。同时，快速沉积有利于大量的有机物质在未受氧化的条件下在地层中被迅速掩埋，这为后期甲烷的生物转化提供了更多的母源物质。 在已知的水合物区，地层的沉积速率一般都超过3cm/ka，如东太平洋边缘的中美洲海槽，新生代沉积地层的沉积速率可达105cm/ka；美国布莱克海台晚中新世至全新世的沉积速率为4~34cm/ka[9]。 Ternois等人和Gorbarenko等人在鄂霍次克海区取得的GGC-15和936两个柱状样根据14C测年所得到的沉积速率最低为5.5cm/ka，多数层位的沉积速率测量结果都接近或者超过10cm/ka。而Karp等根据千岛盆地北缘的反射地震剖面，估算更新世到全新世地层厚度为0.2s（双程走时），由此计算得出该地区自第四纪以来的沉积速率为13cm/ka。 表1 根据14C测年对鄂霍次克海区两个柱状样品获得的沉积速率 样品 深度 沉积速率/（cm/ka） 文献 GGC-15 52 6.7 Ternois等，2001 102 11.7 152 10.9 222 9.7 936 50 16.5 Gorbarenko等，2004 100 10.0 150 14.0