化说中国与人类息息相关的化学_【化里化外】

地质地球所兰州油气中心揭示中国南海沉积物硫元素赋存状态作为特殊的地质...

地质地球所兰州油气中心揭示中国南海沉积物硫元素赋存状态

作为特殊的地质流体，原油和天然气在其形成、运移、聚集成藏，直到逸散的过程中，必然与其周围的沉积物以及各种围岩之间发生系列复杂的有机-无机相互作用。其结果是，不仅造成原油天然气自身地球化学特征的变化，而且也将导致固体围岩性质的改变，包括物质结构、矿物组成、化学成分等的变化。而在海洋环境，由于上覆海水含有丰富的硫酸根，海底天然气释放过程中经常引起特殊的嗜甲烷菌和硫酸盐还原菌的集群共生，并导致该地沉积物的元素组成、自生矿物和次生碳酸盐矿物等许多方面的异常出现，这些异常对海底浅表层天然气水合物的形成和产出也具有直接或间接的指示作用，因而成为当今海洋油气资源和海洋环境研究的热点课题，得到全球科学家的密切重视。

在国家“973”项目、自然科学基金和创新团队国际合作伙伴计划的联合支持下，中国科学院地质与地球物理研究所兰州油气资源研究中心研究员郑国东及其合作者利用北京正负电子对撞机提供的中能X-射线试验终端，对中国南海北部神狐海域三个沉积物柱状岩心样品硫元素化学赋存状态进行了系统测试分析，结果显示，与一般的海洋沉积剖面相比，Site 4B沉积物的氧化还原条件变化非常特殊，0-95厘米以相对较粗粒的粉沙沉积为主，硫酸根相对含量几乎都近于100%，揭示氧化条件。95厘米向下，沉积物以很细的粘土为主，并且粘度很高，其中的硫酸根与硫化物的相对含量出现频繁的消长变化特征，显示原条件的多次、高频、激烈变化（如图1）。

如此特殊的氧化还原条件变化很有可能是由于海底泥火山间歇性喷发条件下，硫酸盐还原菌繁盛与衰减交替作用造成的。在海底泥火山喷发期间，大量嗜甲烷菌和硫酸盐还原菌协调繁盛，导致硫化物大量沉淀，沉积物显示强烈的还原条件。而在泥火山间歇期，由于缺乏甲烷的供给，嗜甲烷菌和硫酸盐还原菌活动减弱，硫化物生成速度降低，沉积物富含硫酸根，显示氧化条件。而采自附近海域的柱状岩心沉积物Site 5B和Site 6A的硫元素剖面与Site 4B迥然不同，呈现相对正常的海洋沉积物特征（如图2）。

许多海洋调查发现，海底泥火山活动经常与天然气水合物的存在相关联。因此，Site 4B站点沉积物硫元素赋存状态的变化特征对于探寻南海北部陆坡的烃渗漏作用造成的地球化学异常特征，以及与渗漏型天然气水合物成藏之间的响应机理有可能提供了崭新的科学依据。