近日，广州海洋地质调查局天然气水合物工程技术中心和农业农村部沼气科学研究所合作，在南海北部水合物气源成因研究方面的重要成果。相关研究以《南海北部神狐海域未成岩沉积物中天然气的来源与成因：地球化学分析与产甲烷模拟实验结果》为题发表于国际学术期刊《海洋与石油地质学》。论文共同第一作者为赖洪飞和邓义楠，通讯作者为赖洪飞，合作者包括梁金强、方允鑫、匡增桂和农业农村部沼气科学研究所杨禄、代莉蓉、李玲、刘来雁。
天然气水合物形成的物质来源及成因机制对揭示其富集成藏机理至关重要。然而，目前南海北部水合物气体来源研究仍存在许多未解决的问题，如南海北部水合物层之下沉积物的有机质丰度水平（TOC<0.3-0.4%）异常低下，原位沉积物能否生成足够的原生型微生物甲烷供应水合物成藏？如果不能，已发现的高饱和度水合物矿藏中大量微生物甲烷又来源何处？
针对上述问题，研究人员对南海北部神狐海域W11-17水合物矿体及上覆沉积物中的天然气开展了系统地球化学分析，并使用沉积物样品开展了长周期（331天）的厌氧微生物产甲烷模拟实验。结果显示，水合物矿体和非水合物沉积物中的甲烷均为微生物成因（-74.9‰<δ13C-C1<-66‰）。
尽管都是生物成因甲烷，但水合物矿体和非水合物沉积物中的甲烷来源和形成途径是不同的：神狐海域W11-17水合物储层上覆沉积物（<180 mbsf）生成原生型微生物甲烷的潜力较低，其中的甲烷主要是甲基营养型产甲烷菌在原地生成，然后以游离态、溶解态和吸附态的方式赋存在沉积物孔隙中。相比之下，水合物矿体中的甲烷气体主要是氢营养型产甲烷菌生成的，来自更深部的微生物成因气源层（>300 mbsf），而不是水合物储层（190-300 mbsf）原位生成。
该研究揭示了南海北部浅层未成岩沉积物的原位产甲烷潜力及其微生物产甲烷途径，指出更深处（>300 mbsf）的微生物作用带内可能还存在可大量产气的生物气源灶，为高饱和度水合物矿藏的形成提供充足的气源。
论文通讯作者、广州海洋地质调查局天然气水合物工程技术中心高级工程师赖洪飞表示，该研究为揭示和评价南海北部水合物气源潜力提供了重要的依据。
上述研究得到广州市科技计划项目、广东省重大基础与应用基础研究项目、南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才引进重大专项和中国地质调查局地调项目的联合资助。（来源：中国科学报 朱汉斌）
相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.marpetgeo.2022.106015
