胡文瑄教授课题组发现沉积盆地中甲烷热氧化的

2019-10-18 作者:产品测评   |   浏览(118)

图1. 沉积盆地高价铁/锰氧化物诱发的甲烷热氧化模式示意图

此项研究不仅解释了“臼齿”碳酸盐岩的形成机制,同时对元古代的海洋、大气环境以及全球冰期的产生具有重要的指示意义。研究表明,元古代海洋的广泛硫化使得当时海洋沉积物具有与显生宙完全不同的地球化学结构,即硫还原带与甲烷生成带完全重叠;两带重合使海底甲烷的大量释放成为可能,这意味着除去众所周知的温室气体CO2,甲烷极有可能是元古代大气温室气体的另一个重要来源;距今约7.5亿年前的大气氧化则阻止了海底甲烷的进一步释放,从而直接诱发了随之而来的全球冰期,即“雪球地球”。

金沙澳门9159官网,图2. 准噶尔盆地三叠系百口泉组砂砾岩中次生方解石产状和地球化学特征

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该成果由课题组6位成员合作完成, 包括胡文瑄、康逊、曹剑、王小林、吴海光和傅斌。其中, 胡文瑄教授和康逊博士为论文共同第一作者。该工作得到了国家自然科学基金(41830425, 41230312, 41573054)、中央高校基本科研业务项目(020614380056)以及南京大学优秀博士研究生创新能力提升计划项目(201701B023)的资助。

北京大学地球与空间科学学院、北京大学造山带与地壳演化教育部重点实验室沈冰、董琳课题组近期在“臼齿”碳酸盐岩问题的研究方面取得重要进展,相关研究成果于2016年1月7日发表于Nature Communication,论文题目为“Molar tooth carbonates and benthic methane fluxes in Proterozoic oceans”(DOI:10.1038/NCOMMS10317)。该研究通过对吉林省南部的早新元古代万隆组地层中的“臼齿”碳酸盐的镁、硫同位素进行测试分析,结果表明,“臼齿”碳酸盐岩形成于海底沉积物中的“硫还原–甲烷生成”重叠带上。在该重叠带缺氧条件下,甲烷气体源源不断大量产生并且释放到海洋里,随着压力的增大,致使尚未固结完全的沉积物产生裂隙,为微亮晶方解石提供了容纳空间;同时甲烷气体产生的一系列反应导致了沉积物中孔隙水的pH值升高,促进了方解石的析出。

胡文瑄教授课题组选择了准噶尔盆地深埋条件下含有红层的砂砾岩油气储层进行探索性研究, 观察到可能是甲烷氧化产物的次生方解石。在此基础上, 研究团队综合应用多种现代化研究手段, 包括高精度二次离子探针分析等, 发现来自于深层烃源岩的甲烷在90至135 °C被高价锰/铁氧化物热氧化, 释放出13C极度亏损的CO2和可溶的Mn2+和Fe2+。在偏碱性条件下, 生成的CO2与长石溶解释放的Ca2+结合沉淀为次生方解石。该方解石具有极低的δ13C值(−70至−22.5 ‰, VPDB)和显著富锰(MnO均值为5 wt %)的特点。在研究区, 评估约有12.24亿吨的甲烷被氧化。甲烷的这一热氧化机制,一方面可以解释一些陆相含红层盆地天然气聚集偏少的原因,另一方面也可能是地壳深部CH4- CO2相互转化和发生碳汇的重要机制。

“臼齿”碳酸盐岩野外照片

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地球与空间科学学院研究员沈冰为本论文的通讯作者,副教授董琳为共同第一作者,博士后黄康俊和博士研究生郎咸国均参与了该项研究。该项研究得到了国家自然科学基金委以及“青年千人”计划等的资助。

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