동사군도 퇴적물 내 유리탄화수소와 간극수의 특성과 지구화학적 의의

Fu Shaoying

저자 소개: Fu Shaoying, 남성, 1973년 출생, 박사, 수석 엔지니어, 현재 천연가스 수화물 및 해양 지질학 연구에 종사하고 있습니다. e?mail: fushao＠tom.com

(Guangzhou Marine Geological Survey, 광저우 510760)

요약 Dongsha Island 해역에 있는 두 관측소 HD170 및 HD196A에 대해 시스템을 통한 헤드스페이스 및 간극수 이온 샘플링 시험을 통해 주상퇴적물과 저층수의 유리메탄 함량, 퇴적물 간극수의 이온조성 특성, 간극수 발생원을 분석하였다. 유리가스 분석 결과, 대부분 퇴적물 샘플의 유리메탄 함량은 20μL/kg 미만인 것으로 나타났습니다. 그러나 HD196A 관측소에서는 해저 아래 퇴적물의 매몰 깊이가 증가함에 따라 유리메탄 함량이 급격히 증가합니다. 754~774cm 범위에서 퇴적물 내 유리 메탄 함량은 7468.66μL/kg에 이르렀으며, 그 아래에는 엄청난 양의 탄화수소 공급원이 있는 것으로 추측됩니다. 간극수에 대한 86Sr/87Sr 동위원소 테스트를 통해 본 논문에서 연구한 두 관측소의 퇴적 간극수는 정상적인 해양 침전 과정에서 유래한 것으로 나타났으며, δ11B의 특성은 해수와 교환된 퇴적물에 흡착수가 있음을 나타내며, HD170 포지션 교환이 더 많아졌습니다. 기둥형 퇴적물의 공극수에서 Ca2, Mg2 및 -의 농도는 깊이가 증가함에 따라 크게 감소하는 경향을 나타냅니다. HD196A 지점의 황산염-메탄 경계면은 10mbsf 미만으로 천연가스 수화물이 존재할 가능성이 있음을 시사합니다. 역 깊은 곳.

키워드 동사도 천연가스 하이드레이트 프리 메탄 공극수 남중국해

천연가스 하이드레이트는 저온, 고압, 충분한 가스 하에서 형성된 천연가스(주로 메탄)의 일종입니다. 공급조건)은 물로 구성된 얼음 같은 고체 화합물로 대륙의 고위도 해저 퇴적물과 차가운 영구 동토층에 널리 분포한다. 막대한 자원 매장량(석유, 석탄, 천연가스 등 모든 화석연료 광물 총 매장량의 2배로 추정)으로 인해 잠재적인 지질 재해(해저 천연가스 수화물 분해로 대규모 해저 산사태 발생 가능) 및 기타 재난), 이것이 지구 환경 변화에 미치는 영향은 많은 주목을 끌었습니다(Kvenvolden, 1993; Shi Dou et al., 1999).

현재 천연가스 수화물에 대한 지구화학적 탐사를 위한 좋은 방법은 없습니다. 기존 연구에 따르면 퇴적물 내 탄화수소 가스 함량의 증가, 간극수의 Cl- 함량 감소, δ18O 및 δD 동위원소의 양성 이상 현상은 천연가스 수화물의 존재를 나타내는 좋은 지표이지만(Lorenson et al., 2000; Matsumoto et al., 2000; Thiery et al., 1995; De Lange et al., 1998), 위에 있는 얕은 퇴적물에는 뚜렷한 지구화학적 이상 현상이 없습니다. 블랙 플랫폼의 가스 하이드레이트에 대한 연구는 퇴적 간극수의 황산염 함량 변화가 메탄 플럭스와 기본 가스 하이드레이트의 존재를 나타낼 수 있음을 보여주었습니다(Borowski et al., 1996, 2000; Dickens, 2001). 본 연구에서는 동사도해의 두 기둥형 시료 HD170과 HD196A의 퇴적물이 없는 탄화수소와 간극수 황산염 특성을 분석하여 이 해역의 가스하이드레이트 자원 전망을 예측합니다.

1 지질 배경 및 실험 샘플

동사군도의 해역은 남중국해 북쪽 대륙 가장자리에 위치하고 있으며 동쪽으로는 마닐라 섭입 구조대와 인접해 있습니다. 신생대 지층에는 7개의 지진 시퀀스가 ​​발달되어 있습니다. 그 중 시퀀스 I에서 III은 평행 구조이고 불연속적이고 중간에서 강한 진폭을 가지며 음향 기저를 직접 덮고 있으며 전형적인 단층 퇴적물이며 남중국해의 팽창 전 퇴적물 시퀀스입니다. 시퀀스 V, VI, VII는 남중국해 확장 이후 발달한 3개의 퇴적층으로, 강한 지각 융기, 마그마 활동 및 퇴적물 침식을 경험했습니다. 해당 지역에는 두 세트의 NEE?SWW 및 NW?SE 경향 단층이 있으며 NEE?SWW 경향 단층이 가장 많이 발달되어 있습니다.

대부분의 단층은 여러 활동을 갖고 있으며 선신세부터 제4기까지의 활성 단층 구조입니다. 단층 블록은 단층대를 따라 큰 융기를 가지며 마그마 침입이 발생합니다. 신생대 말기에 동사 운동(9.8~4.4Ma)과 류화 운동(1.89~1.14Ma)이라는 두 가지 중요한 지각 운동이 발생하여 이 지역의 구조적 패턴을 확립했습니다. 800년 이전에는 대만섬이 존재하지 않았기 때문에 이 지역의 중국 동부 대륙변계부와 루손섬 호의 충돌로 인한 지각운동의 영향을 받아 고대 동중국해 대륙변계가 동사 북동부까지 확장되었다. 섬 지역(Wu Shiguo et al., 2004).

HD‐170과 HD‐196A 기둥형 시료는 모두 동사군도 동쪽 해역에서 채취되었습니다(그림 1). 기둥형 시료의 샘플링 정보는 표 1에 나와 있습니다.

Fig.1 연구된 코어 분포

Fig.1 연구된 코어 분포

표 1 연구된 코어 정보

이 중 HD-170 기둥형 퇴적물은 단일 암석을 가지고 있으며 상부(0-500cm)는 약 5의 석회질 생물학적 함량을 갖고 있으며 하부(500-756cm)는 석회질의 미사를 함유하고 있다. 생물학적 함량은 약 5입니다. 10~15 사이에서는 석회질 점토질 미사입니다. 원주형 샘플은 주요 성분으로 미사를 가지고 있습니다. HD?196A 기둥형 시료의 상부(0~360cm)는 점토질 미사이며, 석회질 생물학적 함량이 약 5입니다. 하부(360~774cm)는 석회질 유기체를 포함하는 점토질 미사이며, 석회질 생물학적 함량은 일반적으로 10~ 15~15년 전 사이에는 소량의 규산질 유기체와 식물 파편이 있었고, 퇴적물은 미사로 이루어져 있었습니다.

현장 현장에서는 상부부터 하부까지 80cm 간격으로 20cm 시료를 채취하여 헤드스페이스 시료를 준비하였으며, PE‐8700 가스크로마토그래프를 이용하여 퇴적물 내 유리메탄 함량을 측정하였다.

현장 현장에서는 기둥형 시료 채취관에 담긴 해수를 해저저층수로 사용했으며, 두 개의 기둥형 시료의 저층수에 있는 유리메탄도 PE 8700 가스를 통해 테스트했다. 크로마토그래프.

퇴적물 공극수 샘플은 20cm 간격으로 체계적으로 수집되었습니다. 샘플은 Nanjing University의 해양 지구 화학 연구 센터에서 테스트되었습니다. 테스트 장비는 Swiss Metrohm Company의 790IC 이온이었습니다.

또한 퇴적물 간극수의 출처를 확인하기 위해 일부 간극수 시료에서 붕소(δ11B)와 스트론튬(87Sr/86Sr)의 동위원소도 측정 및 분석을 실시하였다. 난징대학교 해양지구화학과 연구센터 완공.

2 퇴적물 상부 공간 특성

테스트 결과(표 2)에 따르면 두 기둥 시료 HD170 및 HD196A의 퇴적물 시료에는 일반적으로 유리 메탄이 포함되어 있는 반면, HD196A 기둥 시료에는 일반적으로 메탄이 포함되어 있는 것으로 나타났습니다. 유리 메탄은 600~620cm의 샘플에서도 검출되었습니다. 동시에, 두 기둥형 샘플의 저층수에도 일정 농도의 유리 메탄이 포함되어 있으며 HD170 관측소 저층수의 유리 메탄 함량은 HD196A 관측소의 함량보다 높습니다. 메탄 농도로 판단하면 대부분의 퇴적물 샘플에 포함된 유리 메탄 함량은 20μL/kg 미만입니다.

표 2 퇴적물에서 나오는 헤드스페이스 가스의 탄화수소 구성

수직으로 HD170 관측소에서 해저 아래 깊이가 증가함에 따라 퇴적물의 유리 메탄 함량은 일반적으로 점차 감소하는 추세. HD196A 관측소에서는 해저 매몰 깊이가 증가함에 따라 퇴적물의 유리 메탄 함량이 일반적으로 증가하는 경향을 보이며, 특히 500~520cm에서 시작하여 메탄 함량이 754~774cm로 급격하게 증가합니다. 유리 메탄 함량은 7468.66에 도달했습니다. μL/kg. 이러한 추세를 토대로 HD196A 관측소 바닥에는 거대한 메탄 발생원이 있을 가능성이 있는 것으로 추측된다.

3 퇴적물 간극수의 특성

천연가스 수화물의 형성과 분해는 메탄과 같은 탄화수소 가스의 수직 이동을 일으키며, 이는 퇴적물 내의 황산염 이온과 상호 작용합니다. 산화반응을 일으키며, 형성된 이산화탄소는 퇴적물 간극수 중의 Ca2, Mg2 등의 양이온과 반응하여 탄산염 침전을 형성하고, 이로 인해 퇴적물 간극수 중의 Ca2, Mg2 등의 양이온 농도가 감소하게 됩니다. 천연가스 수화물의 존재는 퇴적층에 특정한 지구화학적 환경을 조성하여 퇴적 간극수의 이온 농도 변화를 야기합니다. 프로파일의 간극수 이온 농도의 변화는 천연가스 수화물의 존재를 효과적으로 나타낼 수 있습니다. 따라서 본 논문에서는 천연가스 하이드레이트의 존재 단서를 추적하기 위해 동사군도 해역의 HD170 관측소와 HD196A 관측소의 퇴적 프로파일에 대한 퇴적 공극수 이온 농도의 변화 특성을 분석한다.

3.1 HD170 현장

퇴적물 간극수의 이온 농도 조성 프로파일(그림 2)을 보면 HDβ170에서 기둥형 퇴적물 간극수의 Cl- 농도가 프로파일에 있음을 알 수 있습니다. 상대적으로 강한 변동이 있으나 전반적인 감소 추세는 HDβ170 지점에서 크게 변동하며, 전체적으로 Ca2 농도는 상대적으로 큰 변동을 나타냅니다. 전체적으로, 수심이 증가함에 따라 상당한 감소를 보인 반면, Mg2와 B3 농도의 변화 추세는 유사하여 완만하게 감소하는 추세를 나타냅니다. 일반적으로 Ca2와 Mg2 농도의 변화 경향은 의 농도 변화 경향과 매우 일치하는데, 이는 산화의 산화반응이 퇴적물 간극수의 이온 농도 변화의 주요 원인일 수 있음을 나타냅니다.

그림 2 HD170 코어의 기공수 이온 조성 프로파일

자세한 정보 퇴적 간극수와 천연가스 수화물의 이온 조성 특성 사이의 관계를 더 잘 나타내기 위해 비율 HD170 스테이션의 퇴적물 공극수/Cl- 및 Mg2/Ca2에 대한 추가 분석이 수행되었습니다(그림 2). 일반적으로 /Cl-의 변화 경향은 해수 밑 퇴적물의 매몰 깊이가 증가함에 따라 감소하는 경향과 유사하지만, /Cl- 비율의 변화는 선형에 가깝다. /Cl- 비율의 변화에 ​​정확히 대응하여 Mg2/Ca2 비율은 해수 아래 퇴적물의 깊이가 증가함에 따라 거의 선형적으로 증가합니다. 퇴적물 공극수 /Cl- 및 Mg2 /Ca2의 변화는 산화 반응이 퇴적물을 지배한다는 것을 보여줍니다.

3.2 HD196A 관측소

HDβ196A 관측소의 퇴적물 공극수의 이온 농도 조성 프로파일(그림 3)은 이 관측소의 기둥형 퇴적물 공극수가 5mbsf 이상임을 보여줍니다. 해저 퇴적물의 매몰 깊이가 증가함에 따라 Cl-, Ca2, Mg2 및 B3의 함량은 일반적으로 천천히 변화하는 경향을 보입니다. 프로파일에서 Cl-는 완만한 변동을 유지하고, Ca2와 Mg2는 완만하게 감소하는 반면, B3은 변동을 보입니다. 5mbsf 미만에서는 해저 퇴적물의 매장 깊이가 증가함에 따라 Cl- 함량이 크게 변동하지만 일반적으로 Ca2 및 Mg2의 농도는 급격히 감소하는 반면 B3 농도는 처음에는 천천히 증가합니다. 6.5mbsf로 진폭이 증가한 후 높은 콘텐츠 수준에서 계속해서 천천히 증가하여 전체적으로 증가하는 추세를 나타냅니다. 일반적으로 HD170 관측소의 상황과 유사하게 Ca2 및 Mg2 농도의 변화 경향은 의 농도와 매우 일치하며, 이는 산화의 산화 반응이 퇴적공극의 Ca2 및 Mg2 농도 변화의 주요 원인임을 나타냅니다. 물.

그림 3 HD196A 코어의 기공수 이온 조성 프로파일

HD196A 스테이션 퇴적물 간극수/Cl- 및 Mg2/Ca2의 비율(그림 2)은 동일한 변화를 보여줍니다. HD170 사이트의 특성과 같습니다. 일반적으로 /Cl-의 변화 경향은 Mg2/Ca2의 변화 경향과 유사하고, Mg2/Ca2의 변화 경향은 /Cl-의 변화 경향과 반대이다. 먼저 완만하게 감소하는 추세를 유지하고, Mg2/Ca2는 완만하게 증가하는 추세를 유지합니다. 6.5mbsf 이하에서는 /Cl-가 급격히 감소하고 Mg2/Ca2가 빠르게 증가합니다. 이는 퇴적물에서 산화반응이 지배적임을 보여준다.

4 간극수의 동위원소 구성

HD170 및 HD196A 관측소의 퇴적물 간극수의 스트론튬 동위원소(87Sr/86Sr)는 0.709203~0.709263 사이에 분포하며 평균값은 0.709231(표 3). 이는 평균 바닷물의 스트론튬 동위원소 조성과 매우 유사하며, 이는 본 연구에서 테스트한 시료의 퇴적물 공극수가 주로 바닷물에서 유래되었음을 나타냅니다.

퇴적물 간극수의 붕소 동위원소(δ11B) 조성(표 3)으로 볼 때, δ11B의 함유량은 31.7‰~38.6‰로 평균값은 34.6‰로 에 비해 약간 낮다. 일반 바닷물의 40‰. 퇴적물의 δ11B 값 감소는 일반적으로 퇴적물의 점토 광물에서 10B가 풍부한 유체가 방출되기 때문에 발생합니다. 따라서 퇴적 간극수의 δ11B 조성 특성은 동사군도의 퇴적물에 해수와 교환된 흡착수가 있을 수 있음을 나타냅니다. 또한 HD170 스테이션의 흡착수 함량은 HD196A 스테이션의 흡착수 함량보다 높습니다. 이는 HD196A 스테이션에서 퇴적 간극수의 δ11B가 일반적으로 HD170 스테이션보다 무겁고 해수의 평균값에 가깝기 때문입니다.

표 3 간극수로부터의 δ11B 및 87Sr/86Sr의 조성

5 고찰

해양 퇴적물 형성의 초기 단계 이 단계에서는 모든 바닥 해수의 물은 간극수의 중요한 구성 요소 중 하나 인 퇴적물의 기공으로 들어갑니다. 혐기성 해양 퇴적물에서 황산염 환원 박테리아는 간극수를 산화제로 사용하여 퇴적물 내 유기물(SOM)을 산화시키고 퇴적 유기물에 대한 생지화학적 영향에 참여합니다.

CaSO4 CH3COOH → CaCO3 H2S ↑ CO2↑ H2O . 이는 해저 아래 얕은 표면 퇴적물과 황산염 환원 구역 바닥 근처, 즉 황산염-메탄 경계면에서 공극 수분 함량이 감소하는 중요한 이유이며, 메탄의 무산소 산화 반응(AMO)이 발생합니다. 동일한 현상이 발생하여 황산염 함량이 감소합니다. 전자를 흡수하는 황산염 환원 박테리아의 상대적으로 강한 능력으로 인해 메탄 생성의 활동은 대부분의 황산염이 환원된 후에만 시작됩니다.

따라서 HD196A 현장의 기둥형 퇴적물에 유리 메탄이 많이 존재하는 것은 메탄생성물질의 이산화탄소 환원 반응(CO2 4H2→CH4 2H2O) 때문일 수 없습니다. 해저의 유기물 잔해를 소화하는 아세테이트 발효 과정: CH3COOH 4H2→CH4 CO2, 비록 메탄이 형성될 수 있지만 HD196A 스테이션의 기둥형 퇴적물에는 유리 메탄이 풍부하기 때문에 분명히 불가능합니다.

실제로 HD170 기지와 HD196A 기지는 모두 천연가스 수화물 자원 유망 지역에 위치해 있으므로 HD196A 기지에서 측정된 유리 메탄의 풍부함은 아마도 깊은 천연가스 수화물 상승 때문일 것입니다. 물질 분해로 인해 방출되는 메탄 가스의 이동.

본 연구에 참여한 동사군도 해역은 대만 남서부 남서쪽 모퉁이에 위치하기 때문에 해수 깊이는 320~3400m에 달하며, 지열 경사도는 대만 남서부 해역과 크게 다르지 않다. 유역은 3.3°C/100m, 평균 지열 구배는 4.2℃/100m입니다. 해저 200~400m 깊이에 발달한 퇴적물 평균 공극률은 55 정도로 블랙플랫폼과 큰 차이가 없다. 올리고세 이후 남중국해 북사면의 퇴적률은 상대적으로 높아 양호하다. 천연가스 수화물 개발을 위한 퇴적 조건. 따라서 이 지역은 가스하이드레이트 조사 및 연구의 핵심 지역이기도 하다.

퇴적물 내 유리 메탄과 메탄의 농도 변화 추세를 추정해 보면 HD196A 관측소의 SMI는 10mbsf 미만인 반면, HD170 관측소의 SMI는 약 12mbsf로 약간 더 큽니다. 연구에 따르면(Borowski et al., 1999) 심해 퇴적물에서 SMI는 일반적으로 50m보다 크고 천연 가스 수화물이 발생하는 지역에서는 메탄 산화의 강한 영향으로 세공의 황산염 함량이 급격히 감소하는 것으로 나타났습니다. 따라서 퇴적물의 황산염-메탄 경계면이 얕아집니다. 따라서 HD196A 및 HD170 관측소의 SMI 특성은 이 두 관측소의 깊이에 가스 수화물이 존재할 수 있음을 보여 주지만 HD196A의 가스 수화물은 더 중요합니다.

6 결론

이 연구를 통해 다음과 같은 통찰력을 얻을 수 있습니다.

(1) HD196A 퇴적물에는 유리 메탄(7468.66)이 풍부합니다. 사이트 μl/kg), 그 아래에 탄화수소 공급이 존재함을 나타냅니다.

(2) HD196A 및 HD170 관측소의 SMI는 얕으며 이는 연구 지역의 가스 수화물 자원 전망이 양호함을 나타냅니다.

(3) 퇴적물 간극수의 87Sr/86Sr은 해수에 가깝고 이는 간극수가 바닷물에서 유래되었음을 나타냅니다.

(4) 퇴적물 간극수의 δ11B 조성은 해수보다 가벼우며, 이는 퇴적물에 바닷물과 교환될 수 있는 흡착수가 있음을 나타냅니다.

감사의 말씀

광저우 해양지질조사국 하이양 4호 연구선 전 직원의 도움을 받아 현장 샘플 채취 작업과 실내 샘플 분할 작업 및 헤드스페이스 테스트 작업을 진행했습니다. 광저우해양지질조사국 실험시험연구소 관계자들이 참여하여 공극수 시험을 완료한 난징대학교 동료들에게 감사의 말씀을 전하고 싶습니다.

연구 과정에서 광저우 해양지질조사국 우능유 교수님께서 좋은 지도를 해주셨는데, 감사의 말씀을 전하고 싶습니다.

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남중국해 둥샤 지역 코어 퇴적물에서 나온 유리 가스와 간극수의 지구화학적 특성

푸샤오잉

(Guangzhou Marine Geology Survey, 광저우, 510760)

요약: HD170 및 HD196A의 코어는 중국 남부 둥샤 지역에서 수집되었습니다.

Sea 및 분석은 헤드스페이스 가스에 의한 유리 메탄 농도와 간극수로부터의 Cl-, Ca2, Mg2 및 B3 농도와 각각 86Sr/87Sr 및 δ11B의 조성에 대해 수행되었습니다. 7468.66μL/kg, 754~774cm의 HD196A는 거대한 탄화수소 공급원을 나타냅니다. Ca2, Mg2 및 /Cl- 및 Mg2 /Ca2의 프로파일은 아마도 가스 수화물이 있음을 보여줍니다. 그리고 86Sr/87Sr 및 δ11B의 동위원소 간극수의 해수원과 일부 흡수된 물이 있을 수 있음을 시사합니다. 마지막으로 저자는 남중국해 동사 지역의 가스 하이드레이트의 잠재력을 분석했습니다.

핵심 단어: 동사 지역 가스 하이드레이트 프리 메탄 공극수 남중국해