冷泉生物群和熱液生物群是否一樣？

冷泉(cold seep)即海底天然氣滲漏，在全球是一個廣泛分布的自然現(xiàn)象，指分布于邊緣海底來自沉積界面之下、以水、碳?xì)浠衔铮ㄌ烊粴夂褪停⒘蚧瘹?、?xì)粒沉積物為主要成分，流體溫度與海水相近的流體，并廣泛發(fā)育于活動和被動邊緣斜坡

冷泉生物群和熱液生物群既有相似也有不同，生活在冷泉中的微生物大多是化能自養(yǎng)微生物，它們依靠化學(xué)反應(yīng)獲取能量并合成有機質(zhì)，冷泉流體和熱液流體中通常都含有大量的甲烷，在兩種生物群中都會發(fā)現(xiàn)甲烷氧化菌，不同的是，熱液流體中富含多種金屬離子或氫氣等，很多微生物會以金屬離子或氫氣等為食。

為什么說“萬物生長靠太陽”的道理,到了深海就不靈了? 由于海底裂谷聚集著大量的熱熔巖,形成了熱噴泉,它使附近的水溫急劇上升,在海底高壓作用下,噴泉中

海底是“漏”的。除了冰冷的海水往下向海底的巖層或沉積物中滲漏以外，不同溫度、不同成分的流體也會從海底以下的地層中向海水中噴逸。當(dāng)流體成分以碳?xì)浠衔铮淄榛蚱渌叻肿恿刻細(xì)錃怏w）、硫化氫或二氧化碳為主，并且溫度與海水相近時，就被稱為冷泉；當(dāng)流體富含各種金屬元素和氣體組分，并且溫度明顯高于周圍海水的溫度時，便是所謂的熱液。有趣的是，在這些流體噴出的地方，往往發(fā)育了茂盛的冷泉或熱液生物群落。然而，由于環(huán)境的制約，冷泉生物群和熱液生物群既有相似之處，也有著顯著的不同。

16世紀(jì)人類進(jìn)入海洋,21世紀(jì)人類深入海洋。 經(jīng)過長期努力,特別是黨的十八大以來,以“蛟龍”號載人潛水器、“科學(xué)”號科考船投入應(yīng)用為代表,我國快速挺入

以微生物為例，生活在冷泉和冷泉環(huán)境中的微生物大多是化能自養(yǎng)微生物，它們依靠化學(xué)反應(yīng)獲取能量并合成有機質(zhì)。因此，形象地說，它們都是依靠“吃”流體中的化學(xué)物質(zhì)生存的。由于冷泉流體和熱液流體中通常都含有大量的甲烷，因此，既能在冷泉環(huán)境也能在熱液環(huán)境中發(fā)現(xiàn)甲烷氧化菌。有意思的是，在冷泉環(huán)境中，這些甲烷氧化菌必須與硫酸鹽還原菌組成一個“共生體”才能夠發(fā)揮作用，雙方離開彼此均不能存活。它們或構(gòu)成球狀，或構(gòu)成圓柱狀，通常是甲烷氧化菌的細(xì)胞群被硫酸鹽還原菌群完全或部分地包裹住。平均來說，甲烷氧化菌與硫酸鹽還原菌數(shù)量的比例為1:2。

應(yīng)該在國際海洋的國際后面加上一個“上”字。就是：熱液和冷泉是近年來國際上海洋科研的熱點。

與冷泉流體化學(xué)組成不同的是，熱液流體中富含多種金屬離子或氫氣等。因此，在熱液環(huán)境中，很多微生物會以金屬離子或氫氣等為“食”，許多氫氧化菌、鐵氧化菌、鐵還原菌或錳氧化菌等能夠在這里自在地生活。

“非常好?！苯Y(jié)束近9小時的水下作業(yè),同濟(jì)大學(xué)海洋地質(zhì)國家重點實驗室李建如博士走出潛器。這是他第二次隨“深海勇士”號下潛,收獲令科學(xué)家們驚喜:一片

當(dāng)然，溫度也是影響熱液和冷泉微生物類群差異的一個主要因素。由于高溫的影響，海底熱液環(huán)境中居住著許多喜好“炎熱”的“居民”，它們就是人們常說的嗜熱微生物和超嗜熱微生物。

深海動物長得特別大有兩種說法: 一種說法是溫度。 同類動物的個體大小,往往隨著溫度下降而增大,海水越深,溫度越低,所以個體也越大。 另一種說法是食性

與微生物相似，冷泉動物群和熱液動物群既有相似之處，也有明顯的差異。目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的冷泉動物物種超過210種，而熱液動物物種則更是超過了500種。其中，管狀蠕蟲、貽貝、帽貝、蛤、蝦、蝸牛、腹足類動物等是熱液或冷泉環(huán)境中常見的原住民。多毛類、螃蟹、?？?、藤壺、海綿、棘皮動物等也常棲息于熱液或冷泉環(huán)境中。

神奇的地球:加州深海發(fā)現(xiàn)“海底托兒所” 目前,研究人員對深海的大多數(shù)生命活動都知之甚少,更不必說了解海底魚類繁殖的奧秘。但24日《國家地理》雜志網(wǎng)站

盡管在熱液和冷泉環(huán)境中都有管狀蠕蟲、貝類等動物的蹤跡，但它們在生物分類學(xué)上卻隸屬于不同的種屬，在生理特性上也有很大的差異。以管狀蠕蟲為例，熱液環(huán)境中生活的管狀蠕蟲，最快每年可以長0.8米，被認(rèn)為是地球上生長速度最快的動物之一，其管體的長度最長可以達(dá)到3米。相比之下，生活于冷泉環(huán)境中的管狀蠕蟲，則生長非常緩慢，它們要活到250歲才長到2米長！如此“高齡”，即便對于地球上其他“長壽”動物而言，也實屬罕見。

管紅香1,2,3,4，馮東3,5，吳能友1,2,ROBERTS H.Harry5，陳多福1,3 管紅香（1981－），女，博士，主要從事冷泉碳酸鹽巖的地球化學(xué)研究，E-mail:guanhx@ms.giec.ac.cn。 注：本文曾發(fā)表于《科學(xué)通報》2010年第4～5期，本次出版有修改。 1.中國科學(xué)

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微生物生長需要陽光嗎

有的需要，有的不需要。

在深海熱液噴口和冷泉噴口附近，生活著大量可以從化學(xué)反百應(yīng)中捕獲能量的微生物，科學(xué)家將它們稱為化能自養(yǎng)微生物。它們有的喜歡“吃”甲烷，有的偏愛“吃”氫氣，有的則喜好度金屬離子。千萬別小看海底微生專物的這些怪癖，它們可是微生物得以填飽“肚子”、茁壯生長的秘訣呢！化能自養(yǎng)微生物的大量繁殖，為深海動物提供了充足的食物來源，從而在深屬海形成了完全不依靠太陽光的獨特生物群落。

陽光能穿透海水的深度是1000千米，那1000千米以下的生物不需要陽光就可以生存嗎？

影響陽光穿透7a6431333431366362深度的最主要因素是海水的渾濁度。另外，太陽在地平線上的高度、天氣條件和輻射波長也具有重要意義。通常中午時陽光穿透海水最深。

在透明度較高的海域中，當(dāng)太陽當(dāng)頂和大氣條件較理想時，用肉眼在幾十米水深下可以分辨物體；在800米深處可以見到很微弱的藍(lán)綠色光。目前，用儀器記錄到陽光穿透海水的最大深度是1000米。

太陽是地球上最重要的能量來源。它普照大地，使我們賴以生存的地球生機勃勃，萬物繁盛。太陽光的直接利用者，當(dāng)屬已經(jīng)在地球上生息繁衍了20多億年的綠色植物。

這些綠色的生命，有的體形巨大，在地球表面形成繁茂的森林；有的卻十分的微小，遨游在藍(lán)色海洋的透光層中。

它們共同的特點是能夠通過光合作用，將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，并制造出有機質(zhì)。這些綠色植物可為地球上的動物所食用，構(gòu)成地球食物鏈的基礎(chǔ)。

按照“萬物生長靠太陽”的理論推測，在陽光照射不到的深海海底，由于沒有浮游植物的光合作用，應(yīng)該是一片冰冷寂靜的生命荒漠?？闪钊梭@訝的是，科學(xué)家卻在漆黑的深海海底發(fā)現(xiàn)了一些十分奇特的生物群落。這里雖然沒有太陽光的照射，但生命的繁衍卻絲毫不受影響，各種類型的海底生物競相爭奇斗艷，形成了另一種“世外桃源”般的生命綠洲！

一種是來自地球外部的能量，即太陽能。它們通過太陽光的形式到達(dá)地球，地球上綠色植物的生長就是依靠這種能量。

另一種支撐生命活動的能量則來自地球內(nèi)部。這些能量由地球內(nèi)部物質(zhì)的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，同樣可以被生命所吸收利用。

在深海熱液噴噴口和冷泉噴口附近，生活著大量可以從化學(xué)反應(yīng)中捕獲能量的微生物，科學(xué)家將它們稱為化能自養(yǎng)微生物。它們有的喜歡“吃”甲烷，有的偏愛“吃”氫氣，有的則喜好金屬離子。

千萬別小看海底微生物的這些怪癖，它們可是微生物得以填飽“肚子”、茁壯生長的秘訣呢！化能自養(yǎng)微生物的大量繁殖，為深海動物提供了充足的食物來源，從而在深海形成了完全不依靠太陽光的獨特生物群落。

海底深處的生物沒有太陽是靠什么生存的？

自20世紀(jì)70年代初，美國科學(xué)家在東太平洋加拉帕戈斯海隆水深2 500 m處的熱液 噴口發(fā)現(xiàn)眾多的生物群落以來，使人們逐漸認(rèn)識到，地球上存在著藍(lán)色和黑色兩種大洋，并 存著兩種初級生產(chǎn)力及其食物鏈。藍(lán)色大洋以浮游生物為初級生產(chǎn)力，靠吸收陽光獲取能 量;而黑色大洋則以熱液細(xì)菌為初級生產(chǎn)力，主要依靠微生物通過化學(xué)合成作用還原海底熱 液系統(tǒng)中硫的氧化物獲取能量。

這也就是為什么在大量的海底“煙囪”熱液噴口系統(tǒng)周圍 發(fā)現(xiàn)眾多生物群落的原因。深海底微生物主要分布在兩大環(huán)境中:一是熱液中本身就含有大量的嗜熱細(xì)菌,它們隨 著其他熱液物質(zhì)一起噴出海底，在熱液噴口附著并沉積下來,火山巖中也含有大量細(xì)菌;二 是存在于海底沉積物和海底以下的地層中的微生物。

近十多年來,科學(xué)家們不斷在深海底發(fā)現(xiàn)大量的微生物，甚至在一些深海髙溫?zé)崛驘?nbsp;液噴溢口周圍也存活著大量生物群落。為什么這些微體生物能在如此惡劣的環(huán) 境中依然自由自在地存活呢？開始發(fā)現(xiàn)時，海洋生物學(xué)家也覺得是個難以解釋的謎。

海洋科學(xué)家還發(fā)現(xiàn)，一般海洋沉積物中的乙酸鹽還沒有豐富到讓大量微生物生存的程度e79fa5e9819331333431363538。因而科學(xué)家對此又感到十分費解。他們經(jīng)過多次模擬實驗發(fā)現(xiàn)，當(dāng)溫度升高時，海底沉 積物中的有機物質(zhì)就會加速分解形成更多的乙酸鹽營養(yǎng)。這樣就可以比較合理地解釋為什 么在海底熱泉或熱液噴溢口周圍會有大量微生物繁衍生息。

后來科學(xué)家為了證實這一推斷，就專門乘深潛器對深海底部靠近熱泉和熱液噴出口的地質(zhì)沉積物采樣進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其乙酸鹽含量大大高出其他成分，而且溫度越高，這種物質(zhì)的含量也越多。最近，英國和挪威的科學(xué)家聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn)，海洋生物死亡后會沉人海底，在海底逐漸堆積起來，形成富含有機質(zhì)的沉積物。這些有機物質(zhì)會逐漸分解形成一叫做乙酸鹽的營養(yǎng)物， 就是這種營養(yǎng)物質(zhì)能為微生物提供它們所需要的碳、氧、硫等必要元素來維持生存之用。

意 大利科學(xué)家研究表明，死生物體的DNA為海底生存的微生物分別提供它們所需碳的4%、 氮7%和磷47%。當(dāng)微生物“吃掉”這些細(xì)胞外的DNA后，它們很快地“再生”磷，也就是說 它們將DNA中的磷轉(zhuǎn)化成一種能被浮游植物和其他生存在海洋表面的光合作用生物體利 用的無機形式。

南海瓊東南盆地沉積物地球化學(xué)特征及其反映的甲烷微滲漏作用

吳能友¹　葉瑛²　鄔黛黛²　劉堅¹　張平萍²　蔣宏晨³　董海良³　張欣¹　張學(xué)華¹　雷知生¹

（1.廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局 廣州 510075 2.浙江大學(xué)地球科學(xué)系 杭州 310027 3.美國邁阿密大學(xué)地質(zhì)系 俄亥俄 45056 美國）

第一作者簡介：吳能友，男，1965年生，博士，現(xiàn)任廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局副總工程師，教授級高工，主要從事海洋構(gòu)造地質(zhì)、第四紀(jì)地質(zhì)與環(huán)境、水合物調(diào)查研究。

摘要 研究所用樣品由“海洋四號”船于2005年8月在三亞市SEE 方向約150km處采取。XRD和掃描電鏡觀察表明樣品普遍存在自生碳酸鹽、硫酸鹽和草莓狀（framboidal）黃鐵礦。自生礦物組合和顯微結(jié)構(gòu)特征與冷泉沉積物類似，屬微生物成因?？紫端蠱g²⁺、Ca²⁺和硫酸根的濃度均有隨深度增加而降低的趨勢，說明這些組分在成因過程中被消耗。成巖反應(yīng)過程中的溶解二氧化碳可能來自甲烷的厭氧氧化。樣品中硫酸根的消耗主要和硫酸鹽礦物沉淀有關(guān)，而非硫酸根還原。這意味著造成沉積物中黃鐵礦大量沉淀的還原態(tài)硫并非來自采樣深度，它和甲烷及Ba²⁺一樣，均來自地層更深處。

關(guān)鍵詞 自生礦物 甲烷滲漏 早期成巖作用 瓊東南盆地

海底甲烷滲漏是一種重要的地質(zhì)現(xiàn)象。在*架和*坡，甲烷是冷泉流體的主成分之一^［1～2］。富甲烷的冷泉可以看作是石油、天然氣、天然氣水合物在海底的露頭，是勘查海底油氣資源的重要線索。此外，甲烷所引起的溫室氣體效應(yīng)是二氧化碳的十幾倍，在自然環(huán)境中經(jīng)由地質(zhì)作用排放的甲烷所引起的環(huán)境增溫效應(yīng)，可能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了人為排放的二氧化碳^［3］。因此，以冷泉為主要形式的甲烷滲漏近年來引起了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。

冷泉一般和斷裂、底辟、泥火山等構(gòu)造現(xiàn)象有關(guān)，是一種大規(guī)模流體排放。除這種形式的甲烷滲漏外，地層中承壓流體的擴散作用、有機質(zhì)生物分解和熱解等作用都會引起甲烷朝沉積物～海水界面運移，與此有關(guān)的甲烷微滲漏目前尚未引起注意，但它對海底資源勘查和海氣相互作用研究同樣具有重要意義。為此我們研究了采自瓊東南盆地的柱狀沉積物樣品，從中發(fā)現(xiàn)了和甲烷滲漏區(qū)類似的礦物學(xué)、地球化學(xué)和地質(zhì)微生物學(xué)記錄。

1 地質(zhì)背景與樣品來源

樣品由海洋四號于2005年8月執(zhí)行HY4-2005-5 航次時采集。采樣點的地理坐標(biāo)為：111°3.71′E，18°1.73′N，水深1508m，位于海南島三亞市SEE方向約150km處。地質(zhì)構(gòu)造單元屬瓊東南盆地的松西坳陷帶，海底地形為平坦陸坡。樣品用重力活塞式取芯器采集，樣品總長度4.9m，為半流動性粉砂質(zhì)軟泥、粉砂質(zhì)粘土，含少量有孔蟲。

瓊東南盆地位于南海西北部，發(fā)育在海南島隆起和西沙隆起之間（圖1）。鉆井資料顯示，瓊東南盆地前新生代基底可以和海南島的同期地層對比，由古生代變質(zhì)巖、白云巖，白堊紀(jì)中酸性花崗巖、閃長巖和火山碎屑巖組成，屬于華南地塊的組成部分^［4］。瓊東南盆地的發(fā)育始于30～24Ma前，盆地主要為廣闊陸表海和陸架陸坡沉積體系，最大沉積厚度為12000余米^［5］。

圖1 采樣站位與地質(zhì)背景示意圖

Fig.1 Map of site and geological background of sample

瓊東南盆地第四紀(jì)泥沙質(zhì)沉積厚度巨大，并富含有機質(zhì)，為烴類氣體提供了豐富來源^［6］。盆地內(nèi)普遍具有高地溫梯度^［7］和異常高壓^［11］，有利于烴類氣體的形成及擴散運移。自20世紀(jì)80年代在瓊東南盆地進(jìn)行油氣勘探以來，先后發(fā)現(xiàn)了一批天然氣田和含油氣顯示的構(gòu)造圈閉，何家雄等^［8］把瓊東南盆地的富甲烷氣體劃分為生物—低熟過渡帶氣、正常成熟熱成因油氣、和熱成因過成熟油氣三種類型。盆地內(nèi)天然氣水合物的聚集條件亦得到充分肯定^［9］。盆地內(nèi)部分地區(qū)已發(fā)現(xiàn)了泥火山、泥底辟、氣煙囪等與甲烷滲漏流有關(guān)的構(gòu)造^{［6，10］}，但在采樣區(qū)附近尚未有這些現(xiàn)象的報道。

2 實驗與測試方法

樣品到達(dá)甲板后即連同樣品襯筒鋸成約80cm的長度，兩端用塑料蓋與膠帶密封，并置于溫度為4℃的甲板冷庫保存。海洋四號靠岸后在廣州地質(zhì)調(diào)查局化學(xué)分析實驗室對樣品進(jìn)行分割，每隔10cm在柱狀樣的中部提取一個子樣。全部操作在氮氣保護(hù)下進(jìn)行，避免接觸空氣。分割后的子樣密封在玻璃培養(yǎng)瓶中，4℃冷藏保存。進(jìn)一步實驗在美國Miami大學(xué)完成。

對柱狀沉積物樣品作了如下分析：

1）XRD（X射線衍射）分析：取適量樣品在60℃烘箱中干燥，研磨至小于200目，用美國Scintag公司的XGEN-4000型X-ray衍射儀獲取樣品的衍射曲線，掃描范圍5°～70°，掃描速度2°/min。

2）SEM（掃描電鏡）觀察：取少許樣品在液氮中冷凍后抽真空直至脫水干燥，將塊狀樣品輕輕壓碎，用碳膠固定在樣品托上，噴金后在掃描電鏡下觀察沉積物的顯微結(jié)構(gòu)。

3）孔隙水的提取與分析：樣品置于離心管中，高速離心后分離上清液，用HPLC（High Performance Liquid Chromatography，即高性能液相色譜儀）and DCP（Direct Current plasma emission spectrometry，即等離子光譜儀）分別測定提取液中的陰離子和陽離子含量。

3 結(jié)果與討論

3.1 沉積物中的自生礦物及其顯微結(jié)構(gòu)

XRD分析結(jié)果顯示，所研究的沉積物樣品中主要礦物為石英、鈉長石、伊利石、高嶺石，其次為磁綠泥石、白云母、鉀長石、方英石等。除這些典型的陸源碎屑礦物外，XRD在樣品中還發(fā)現(xiàn)有碳酸鹽、硫酸鹽、黃鐵礦和水鎂石（表1）。在掃描電鏡下這些礦物具有完整的晶型，面、角、棱等結(jié)晶要素保存完好，顯然沒有經(jīng)歷過搬運和磨蝕，除方解石外，它們都是原地形成的自生礦物。

表1 瓊東南盆地采樣站位沉積物中的自生礦物組合　Table1 Complicated authigenic mineralS in the Sediment from Qiongdongnan BaSin

XRD檢出的碳酸鹽類礦物有：

方解石（Calcite，卡片號86-174），代表性衍射峰為：3.3，2.49，2.28，2.30Å；

高鎂方解石（Mg-calcite，卡片號71-1663），代表性衍射峰為：3.00，2.26，1.89，1.85Å；

三水菱鎂礦（Nesquehonite，卡片號20-669），代表性衍射峰為：6.48，3.85，2.62，3.03Å；

菱鎂礦（Magnesite，卡片號 80-101），代表性衍射峰為：2.746，2.099，1.708，1.702Å；

菱鐵礦（Siderite，卡片號83-1764），代表性衍射峰為：3.59，2.79，1.73Å。

方解石是沉積物的主要成分之一，大部分為有孔蟲殼體，屬生物成因。高鎂方解石和三水菱鎂礦在XRD衍射圖譜上較常見，菱鎂礦和菱鐵礦僅在個別樣品中的XRD圖譜可以識別。部分方解石具有文石假象，在掃描電鏡下這種方解石呈針狀、纖維狀碳酸鹽集合體產(chǎn)出，能譜顯示為碳酸鈣，從晶型和結(jié)晶習(xí)性上看為文石，但在XRD衍射圖譜上未見文石衍射峰，可以認(rèn)為它們在形成時是文石，但在早期成巖作用轉(zhuǎn)變成了方解石，并保留了文石假象。一般認(rèn)為這種針狀、纖維狀文石在成因上和嗜甲烷微生物的代謝作用有關(guān)。Sassen等^［12］在冷泉碳酸鹽中發(fā)現(xiàn)針狀文石、球狀黃鐵礦與菌絲、瀝青共生；細(xì)菌觸發(fā)并促進(jìn)自生碳酸鹽沉淀業(yè)已被培養(yǎng)實驗所證實^{［13～14］}。Ehr1ich^［15］通過實驗室細(xì)菌培養(yǎng)，得到了針狀文石的半球狀、啞鈴狀集合體。在掃描電鏡下還見有碳酸鹽微晶被菌絲粘結(jié)所形成的球狀體，進(jìn)一步說明碳酸鹽集合體和微生物之間存在某種成因聯(lián)系。高鎂方解石和三水菱鎂礦在掃描電鏡下為自形菱面體晶型，通常包覆在顆石藻、硅藻等生物殼體表面。

在活動和被動*邊緣的甲烷滲漏區(qū)周圍，自生碳酸鹽是普遍存在的沉淀物^{［12～22］}。此類碳酸鹽沉積因具有特殊的顯微結(jié)構(gòu)特征，被認(rèn)為和地質(zhì)歷史上的甲烷滲漏或水合物分解有關(guān)^［2，16］。盡管在采樣站位尚未發(fā)現(xiàn)有冷泉等大型甲烷滲漏，但沉積物中復(fù)雜的碳酸鹽類自生礦物組合說明孔隙水中含有豐富的重碳酸根，甲烷微滲漏及其氧化是重碳酸根的可能來源。

XRD檢出的硫酸鹽類礦物有：

重晶石（Barite，卡片號78-1224），代表性衍射峰為：4.28，3.71，2.62，2.24Å；

硬石膏（Anhydrte，卡片號 37-1496），代表性衍射峰為：3.50，2.85，2.33，2.21Å；

石膏（gypsum，卡片號21-816），代表性衍射峰為：7.61，4.28，2.87，2.68Å。

在掃描電鏡下重晶石呈短柱狀，全自形結(jié)構(gòu)。在ODP秘魯e69da5e6ba90e799bee5baa6e997aee7ad9431333433616235陸緣684站位和日本海799站位鉆孔中含有自生重晶石微晶，它們比海水更富含³⁴S（δ³⁴S比值高達(dá)+84%o）。Torres等人^［23］在解釋這類重晶石的成因時認(rèn)為，Ba的來源和海洋生物成因的重晶石在硫酸鹽還原帶被活化有關(guān)，所形成的Ba²⁺離子隨流體遷移，隨后在成巖過程沉淀在流體擴散的前鋒帶。在秘魯和俄羅斯Okhotsk海冷泉區(qū)，重晶石是冷泉沉淀物的主礦物相。自生重晶石與碳酸鹽的相對豐度，在一定程度上反映出孔隙流體中甲烷與Ba²⁺離子的相對含量。A1oisi等人^［21］通過理論模式計算認(rèn)為，甲烷流量大時，沉淀物以碳酸鹽為主；甲烷通量小、而Ba含量高時，則有大量重晶石沉淀。采樣站位普遍存在的重晶石一方面說明流體擴散作用的存在，此外也說明孔隙水中甲烷含量不高。石膏和硬石膏在掃描電鏡下呈板條狀，全自形結(jié)構(gòu)。自生石膏和硬石膏的存在說明孔隙水中仍有較高的硫酸根含量。

XRD在大多數(shù)樣品中都發(fā)現(xiàn)有黃鐵礦（Pyrite，卡片號71-2219），代表性衍射峰為：2.709和2.423°A。在掃描電鏡中，黃鐵礦呈單顆粒散布在沉積物中，或者呈草莓狀集合體產(chǎn)出。對草莓狀黃鐵礦的成因尚有不同認(rèn)識。一方面沉積物中的草莓狀黃鐵礦常與微生物化石和細(xì)菌群體伴生，但在熱液、火山熱液礦石中也常見有類似的結(jié)構(gòu)，使微生物成因說受到懷疑^［17］。但從最近報道的草莓狀黃鐵礦硫同位素組成來看，沉積物和低溫?zé)嵋撼恋砦镏胁葺疇铧S鐵礦的δS³⁴均為很大的負(fù)值，說明這類黃鐵礦中的硫來源于細(xì)菌還原的海水硫酸鹽^{［17～19］}。

3.2 孔隙水的化學(xué)成分與成巖反應(yīng)

瓊東南采樣站位孔隙水的化學(xué)成分列于表2。其中氨離子濃度隨深度增加而明顯升高，可能和微生物代謝作用有關(guān)。鎂離子隨深度增加略有降低的趨勢，而鈣離子隨深度增加而降低的趨勢更加明顯。反應(yīng)在Mg/Ca比值上，該比值與深度有明顯的正相關(guān)關(guān)系（圖2）。其可能原因是，由于重碳酸根的帶入，孔隙水中 Ca²⁺離子的沉淀速率要高于Mg²⁺離子。從礦物的溶解～沉淀平衡角度上看，碳酸鈣的容度積遠(yuǎn)小于碳酸鎂，前者更易于從溶液中沉淀。孔隙水中Ca、Mg的消耗，以及自生礦物組合中普遍存在方解石（具文石假象）、高鎂方解石、三水菱鎂礦等碳酸鹽，說明在成巖反應(yīng)過程中的有溶解二氧化碳的補充，而溶解二氧化碳可能來自甲烷的厭氧氧化。

表2 瓊東南盆地采樣站位沉積物中孔隙水的化學(xué)成分（mg/L）　Table2 Chemical compoSitionS in pore Water of the Sediment from Qiongdongnan BaSin（mg/L）

圖2 孔隙水中Mg/Ca比值與深度關(guān)系

Fig.2 Relation between Mg/Ca and depth in pore Water

孔隙水中硫酸根濃度與深度關(guān)系

Relation between concentration

and depth

在陰離子含量上，采樣站位的硫酸根含量隨深度增加呈現(xiàn)出遞減趨勢（圖2），反映出硫酸根在成巖作用中被消耗。和甲烷滲漏區(qū)相比，研究區(qū)沉積物中的硫酸根梯度十分平緩，硫酸根/甲烷界面（即SMI）遠(yuǎn)在采樣深度之下?？紫端辛蛩岣南挠袃煞N可能的方式：被硫酸根還原菌還原為H₂S，或者是呈硫酸鹽沉淀。鑒于微生物基因測試在樣品中未發(fā)現(xiàn)硫酸根還原菌的基因序列^［20］，因此圖2反映的硫酸根消耗最大可能是呈硫酸鹽沉淀，XRD和掃描電鏡觀察到的自生重晶石、石膏和硬石膏為此提供了直接證據(jù)。這同時意味著，造成沉積物中黃鐵礦大量沉淀的還原態(tài)硫并非來自采樣深度，硫化氫和甲烷一樣，可能來自地層更深處。

4 結(jié)論

綜合自生礦物組合以及孔隙水化學(xué)成分及其代表的成巖反應(yīng)，對研究區(qū)甲烷微滲漏的地質(zhì)和地質(zhì)微生物記錄作如下總結(jié)：

1）XRD和掃描電鏡在樣品中觀察到了多種自生碳酸鹽礦物，如：具文石假象的方解石、高鎂方解石、三水菱鎂礦、菱鎂礦、菱鐵礦等。其中文石～方解石的顯微結(jié)構(gòu)特征與冷泉碳酸鹽類似，屬微生物成因。沉積物中復(fù)雜的碳酸鹽類自生礦物組合說明孔隙水中含有豐富的重碳酸根，重碳酸根的來源以及碳酸鹽的沉淀和嗜甲烷微生物有成因聯(lián)系。

2）樣品中普遍存在重晶石、硬石膏、石膏等硫酸鹽礦物。自生重晶石的形成和來自深部硫酸根還原帶的Ba²⁺離子隨流體遷移，并沉淀在流體擴散的前鋒帶有關(guān)，自生礦物中重晶石與碳酸鹽的相對豐度，在一定程度上反映出孔隙流體中甲烷與Ba²⁺離子的相對含量，從這一意義上說，研究區(qū)孔隙水中甲烷濃度不高。

3）孔隙水中Mg²⁺、Ca²⁺濃度均有隨深度增加而降低的趨勢，后者更為明顯。這一趨勢反映了Ca、Mg在成因過程中被消耗，與XRD和SEM觀察到的自生碳酸鹽沉淀相一致，說明在成巖反應(yīng)過程中的有溶解二氧化碳的補充，而溶解二氧化碳可能來自甲烷的厭氧氧化。

4）孔隙水中的硫酸根含量亦具有隨深度增加而降低的趨勢。和甲烷滲漏區(qū)相比，研究區(qū)沉積物中的硫酸根梯度十分平緩，硫酸根/甲烷界面（即SMI）遠(yuǎn)在采樣深度之下。樣品中硫酸根的消耗主要和硫酸鹽礦物沉淀有關(guān)。這意味著造成沉積物中黃鐵礦大量沉淀的還原態(tài)硫并非來自采樣深度，它和甲烷及Ba²⁺一樣，可能來自地層更深處。

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Geochemical CharacteriSticS of SedimentS from SoutheaSt Hainan BaSin，South China Sea andMicro-Methane-Seep Activity

Wu Nengyou¹　Ye Ying²　Wu Daidai²　Liu Jian¹　Zhang PingPing²　Jiang Hongchen³　Dong Hai1iang³　Zhang Xin¹　Zhang Xuehua¹　Lei Zhisheng¹

（1.Guangzhou Marine Geology Survey，Guangzhou 510075；2.Department of Earth Sciences，Zhejiang University，Hangzhou 310027；3.Department of Geology，Miami University，OXford，Ohio 45056，USA）

AbStract：The researched samples Were taken from Qiongdongnan Basin，some 150kmin the SEE of Sanya.Complicated authigenic minerals Were identified by XRD and SEM，such as miscellaneous carbonates，sulphates and frambiodal pyrite.The assemblage and fabric characters are similar to what being found in cold-seep sediments，Which is thought to be related With microorganisms fueled by dissolved methane.There is a tendency that Mg²⁺，Ca²⁺ and

content in pore water decreased with depth.The cations are consumed in diagenesis ascarbonates，With the dissolved CO₂be supplied by anaerobic methane oxidation.The anion Was precipitated as sulphate，instead of being reduced.This means that H₂S to form frambiodal pyrite is from depth，the same as methane and Ba²⁺.

Key WordS：Authigenic minerals Methane seep Early diagenesis Qiongdongnan Basin

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