中國科學院海洋研究所揭示深海冷泉水合物快速形成動力學機制

近日，國際學術期刊《海洋和石油地質學》（Marineand Petroleum Geology）報道了中國科學院海洋研究所在冷泉環境中水合物快速形成動力學方面的最新研究成果，研究揭示了海底冷泉環境對水合物形成的影響，并且為南海冷泉區水合物形成的動力學過程提供了新的見解。

深海活躍冷泉區賦存大量的天然氣水合物，形成了廣泛分布的自生碳酸鹽巖以及獨特的冷泉生物群落，是一種復雜的深海極端環境，而這種復雜的環境會顯著地影響水合物的形成和分解。課題組前期在南海活躍冷泉噴口區進行的水合物原位合成實驗表明，冷泉噴口噴出的氣泡流可以在短短幾秒內快速生成天然氣水合物，而脫離冷泉原位環境條件的實驗室結果表明，盡管模擬了冷泉環境的溫度和壓強，水合物卻難以快速生成。這表明冷泉復雜的環境會對水合物的形成產生獨特的影響，但是這種影響還尚不清楚。

中國科學院海洋研究所張鑫團隊在我國南海北部臺西南冷泉區通過保真取樣技術獲取了冷泉噴口流體、底層海水以及自生碳酸鹽巖等樣品，利用上述真實的樣品模擬該冷泉環境中甲烷水合物的形成過程，并利用時間序列拉曼光譜和視頻對水合物形成過程進行了監測和觀察。實驗結果表明，冷泉流體中的水合物在2分鐘內形成，并且冷泉環境中的自生碳酸鹽巖對水合物的形成表現出了一定的促進作用。此外，相對于高鹽度底層海水的抑制作用，低鹽度且富含微小顆粒的冷泉流體顯著促進了水合物的形成。而冷泉流體的低鹽度可能歸因于水合物分解產生的水的稀釋作用，由于分解水存在著生成過水合物的“記憶”，其會對水合物的再次形成表現出強烈的促進作用。綜上可得，自生碳酸鹽巖顆粒、低鹽度的冷泉流體和具有“記憶效應”的氣泡流的協同作用促使了冷泉水合物的快速生成。

采樣區域圖和采樣照片

基于上述研究，科研人員綜合考慮了自生碳酸鹽巖顆粒成核、冷泉流體以及具有“記憶效應”氣泡流對冷泉環境水合物快速生成的影響，提出了一個原位冷泉環境中甲烷水合物生成的動力學模型。該模型闡明了冷泉中多相環境因素對水合物形成的綜合影響，并為原位冷泉水合物快速形成的動力學過程提供了新的見解。由此可見，冷泉復雜的環境條件會對水合物動力學過程產生獨特的影響，未來有望深入開展冷泉水合物的原位長期監測實驗，進而加深對冷泉水合物形成、演化以及與周圍生物群落響應機制的理解。

冷泉環境下水合物形成動力學的示意圖

青島財經日報/首頁新聞記者 李倚慰

責任編輯：李頡