天然气水合物化学探测稳定同位素指标

天然气水合物化学探测同位素指标

（1）δ18O特征

水合物化学指示剂是氧的同位素分馏。天然气水合物结晶时，与结冰类似，H218O和H216O发生分馏，使18O/16O比值增高至与冰相同，形成水的同位素异常，其中氧的分馏系数α= (18O/16O) 固体/(18O/16O)液体=1·002 6，重的氧同位素(18O)浓集于固相。最新研究发现水中氚(D)的富集现象，天然气中氦(4He)的增高可以作为新的地球化学、勘探中识别水合物层的重要标志之一。

（2）海水和孔隙水中溶解二氧化碳含量及碳同位素特征

在天然气水合物形成和演化的过程中，分解的烃类气体(主要是CH4)可以垂向运移至近地表，逸出的甲烷在底水中局部氧化(H4+2O2→2H2O+CO2)，会使水中总溶解二氧化碳(ΣCO2)的浓度增高；同时，甲烷氧化释放出富轻的碳同位素，因而会导致水中总溶解二氧化碳的δ13CΣCO2值会降低。

（3）甲烷碳同位素δ13C特征天然气水合物的气体成分通常以甲烷气为主(通常>99%)。甲烷气的形成有微生物分解和热分解两种成因。在天然气水合物稳定带中，甲烷气的形成主要是细菌还原生成的，碳同位素比值(δ13C=13C/12C)介于-50~-100之间。

（3）标型矿物(碳酸盐)

天然气水合物的形成与活动流体密切相关，并常与自生碳酸岩伴生。主要机理是，天然气水合物分解后，释放出大量的甲烷气体， 扩散或沿断裂系统向海底表层迁移。在海底浅表层沉积物中，由于存在大量的CH4氧化菌、H2S氧化菌和硫酸盐还原菌，甲烷被氧化，硫酸根被还原，反应将按照下式进行:CH4+ SO42-→HCO-3+ HS-+ H2O这样就在孔隙水中产生出大量的HCO-3，并可能导致过饱和而形成文石、方解石或其他碳酸盐矿物，而HS-进一步还原可形成黄铁矿。在其他条件下还可出现菱锰矿、天青石、重晶石等矿物。它们沉积于海底，呈岩隆(carbonate-buildup)、结壳( carbonate crusts )、结核( carbonate  nidules) 和烟囱(carbonate chim-ney)或与沉积物和水合物呈互层等形式产出，之相伴的往往有贻贝类、蚌类、管状蠕虫类、菌席和甲烷气泡等，同时，这些自生碳酸盐具有一种特殊的同位素地球化学特征，其δ13C值十分低(-40·6‰~-54·2‰)，据此可判断天然气水合物是否存在，但是深水常规油气藏气体的溢出也同样可以形成类似的矿物，因此，自生矿物在水合物成矿中只能作为间接标准。

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