文摘
科学探险期间GAZCOGNE2在比斯开湾的九个气体采样及其首次通量测量使用原位pressure-preservation取样器(PEGAZ,©i)。总的来说,三个站点进行调查来确定气体的性质和起源冒泡的海底,形成声滚滚到水柱,这是提出的问题从第一个地区地质研究的基础。这引导我们的研究和相应的对应于本文的主要目的。因此,分子和同位素(δD和δ13C)分析表明,气体渗透主要是由甲烷组成。甲烷和乙烷都是微生物的起源,和前已经被微生物还原生成的二氧化碳。重碳氢化合物占总量的不到0.06%摩尔。尽管微生物来源的甲烷,样品表现出细微的差别的值,这−−72.7和66.1之间变化。有人建议,这种差异主要是由厌氧甲烷氧化的发生。PEGAZ取样器也使我们从抽样估计当地的气体通量流。结果值极其异类之间的渗透,从35到368 mLn·分钟−1。假设一个稳定放电,平均计算甲烷排放的九个渗漏kmol·38年−1。考虑渗透区域的程度,这个地方估计表明,阿基坦书架是一个非常合适的位置来研究甲烷排放及其对大陆架的命运。
1。介绍
海底天然气渗漏海底泄漏的气体迁移表达的深埋地下的油气藏或浅深度甲烷生成。任何渗透可能由一个或多个气体流的非常接近彼此,他们清晰地定义其周长。潜艇渗透,在寒冷的渗漏,全球发生沿大陆边缘,通常与地质构造与潜艇等或正面浮雕小丘[1- - - - - -7),碳酸盐结核和人行道8- - - - - -11],泥火山[9,12- - - - - -18)或负面浮雕像麻子(13,19- - - - - -23]。他们也发生在seafloor-reaching断层地区构造活动区域而不被关联到一个特定的救济(24- - - - - -28]。
海底天然气渗漏的研究在许多方面是一个及时的科学界和海洋产业。首先,他们代表碳氢化合物排放的一个重要来源,主要是甲烷,水柱,也许是气氛(7]。当前上下文的正在进行的气候变化,所以有必要定位在大陆边缘和货架,然后评估这些碳氢化合物和量化他们的潜在贡献的命运大气中的甲烷含量(29日,30.]。其次,他们代表关键位置微生物活动的发展,其氧化碳氢化合物后,和供应,反过来,能源为共生社区居住在海底附近(31日- - - - - -35]。第三,为石油和天然气行业,碳氢化合物的检测漏在海底是指示性的存在可能储量是经济可采或潜在的地质灾害(36- - - - - -39]。一旦发现,气体渗透区域的一个主要问题是它的起源的决心。主机海洋沉积物微生物降解有机物,这导致光原位生产气态碳氢化合物在浅深度(40- - - - - -45]。这种气体是通常被称为微生物,主要由甲烷气体。当潜艇渗透与石油系统的气体主要是产热的来源、产生的热催化深埋地下的有机物(43,46- - - - - -49]。然而,两种提到的气体来自有机物;因此他们属于生物气体(43,44,48- - - - - -51]。他们代表地球上迄今为止最大的油气来源。此外,碳氢化合物与非生物起源可能导致渗透气体的成分(52]。他们是由岩浆过程(幔源化合物)或后岩浆过程(gas-water-rock反应)。
此外,海洋中甲烷排放被认为是负责气候变化在地质的过去(53- - - - - -56]。然而,管理机制的命运甲烷和其他碳氢化合物进入水体仍在争论中,和他们的概率达到大气中似乎site-dependent [57- - - - - -64年]。因此,尽管困难,量化海洋甲烷对全球大气的贡献预算是至关重要的,这必然需要知识的当地甲烷从海底渗透通量作为输入。
最近,一个新的主要的渗流区发现了阿基坦架子,从西南法国(65年,66年),与大量的活性气体排放被观察到海底。本研究结合地球化学数据和通量原位测量,旨在确定排放气体的性质和起源和讨论当地的水柱中甲烷排放。
2。研究区域的描述
研究区位于比斯开湾的,在海外扩展的父母的责任盆地65年]。后者是最多产的油气盆地在法国67年]。早期声学调查期间进行探险Pegase 98 / Pelgas 2000 - 2011年最初致力于评估鱼群,最近检查液体排放的检测,表明渗透区域位于水深范围从140到185米(65年)(图1)。新的声学调查在2013年GAZCOGNE1探险旨在更好地定义渗透领域的程度,似乎在~ 80公里长度阿基坦大陆架的边缘,沿着面向南北轴,8公里(平均5公里)西(66年]。
三个站点被选择的基础上同时发生的气体排放检测到听觉上的水柱及其位置对父母的责任盆地和兰德斯高(图1)。他们调查了遥控车(ROV)维克多- 6000帧的GAZCOGNE2探险队在R / V为什么不是?。除了过多的鱼底部填充水,这些网站的特点是碳酸methane-derived人行道的存在(68年,69年)能够覆盖表面的几米平方在海底(图2)。碳酸气体气泡通过这些人行道的水柱最多渗漏。气体渗透也发现细菌内垫,没有露头碳酸人行道。然而,推动核心部署沉积物采样显示存在的细菌垫下的碳酸盐沉积物所覆盖,这阻碍了采样和导致复苏不成功的核心66年]。
总共九个气体流从不同采样如图2。网站,最北,听觉上越少活跃网站项目中总体密度和振幅的有两个和天然气有关声异常是不那么重要了。两个天然气渗漏取样(GZ2-pl536-PZ01-06和GZ2-pl536-PZ02-08)。现场,三个气体渗透(GZ2-pl535-PZ01-01、GZ2-pl535-PZ02-03和GZ2-pl535-PZ03-05)采样。最南端的地方,叫做G,是听觉上最活跃。由气体渗透特征相互接近,容易找到ROV。因此,四个气体流一直在采样站点G (GZ2-pl537-PZ01-09, GZ2-pl537-PZ02-11 GZ2-pl537-PZ03-13, GZ2-pl537-PZ04-12)。
3所示。抽样和方法
3.1。原位气体取样
GAZCOGNE2巡航期间,收集气体样品使用一种称为PEGAZ的气泡取样器(PrElevement de GAZ),设计并建造的联合生物等发展Technologiques (RDT) i (70年]。几个气密取样器已经在文献中提出应用冷渗透和热液系统(71年- - - - - -75年]。虽然他们的可靠性已被证明从重复的任务,他们的特点是一个沉重的重量(> 5公斤在空气中),可能需要两个压力室包括一个加压流体之前部署或电气控制。我们的气密取样器是为了纠正这些缺陷。因此,它允许一个简单和快速部署、depression-free流体取样相关的海水体积的最小化的情况下气体采样,并且可以在大多数海底温度范围和水深变化从30到3000米。简单,包括框架、PEGAZ直径522毫米高,~ 210毫米,体重只有2.7公斤的空气(图3)。50毫升抽样单元是由聚四氟乙烯®涂层钛TA-6V。它由一个中心轴以活塞和柱墙附带一个毕业PMMA漏斗底部,允许气体流量抽样测量。
3.2。分析方法
复苏后,PEGAZ取样器是连接到一个天然气传输系统上的二次抽样(19]。收集到的气体存储在12 ~ 3酒吧毫升preevacuated瓶从Labco®。分析了后者在Laboratoire Geochimiques et des周期资源(LCG) i分子组成。一个气相色谱仪μGC R3000 SRA配备了μTCD和PoraPlot U使用毛细管柱测定的甲烷和二氧化碳浓度。分析重碳氢化合物、预浓缩方法使用活性二氧化硅−80°C应用分离甲烷和其他碳氢化合物。样品的液化分数在气相色谱仪分析了安捷伦7890配备了32米,0.32毫米Porapak问列。测量的不确定性是±2%的甲烷和二氧化碳浓度和±4%重碳氢化合物。次级样本被送到实验室Isolab(荷兰)碳和氢稳定同位素分析。分析是进行气体chromatograph-isotope比质光谱仪(GC-IR-MS)。稳定碳同位素分析了甲烷和二氧化碳的安捷伦6890 n气相色谱仪界面的使用Finnigan FinniganδS irm GC-C II界面热。GC是配备了12米的长度和直径0.32毫米MolSieve列从安捷伦和注射阀。所需的最小浓度是25 - 50 ppm。稳定碳同位素分析了乙烷和丙烷的安捷伦7890 a气相色谱仪界面上的垫253 irm使用GC-Isolink或Finnigan GC-C三世接口。 The gas chromatograph was equipped with a 25 m length and 0.32 mm diameter Porabond-Q column from Agilent and an injection valve. Cold trapping was also used here to preconcentrate the sample when necessary. TheδD都属于安捷伦7890 a气相色谱仪测量界面的垫253 irm,从热使用GC-Isolink接口。气相色谱仪是配备一个25米的长度和直径0.32毫米MolSieve列和一个喷射阀。样本运行至少3次后平均计算。他们定期校准与标定标准和价值观提出了作为‰()相对于维也纳PeeDee箭石标准(vPDB)和维也纳标准意味着海水(VSMOW)δ13C和δD,分别。的不确定性δ13C和δD测量给出0.1±-0.3和±1,分别。
4所示。结果与讨论
采样气体的分子和同位素组成表中列出1。所有样品具有很高的甲烷含量。这种化合物占超过99.948%摩尔的气体混合物。二氧化碳是第二个最丰富的组件,而只有少量的乙烷丁烷测量。稳定碳同位素比例非常异构(δ13C)和−−72.7和66.1之间范围甲烷(CH4),−−49.1和40.9对乙烷(C2H6),−−30.1和27.9对丙烷(C3H8)、34和−−14二氧化碳(有限公司2);和δD值甲烷在182年和178−−之间变化。甲烷与最轻碳同位素来自两个采样中位于网站,最北的网站。测量气体通量是高度对比之间从一个渗透到另一个,甚至气体流从相同的渗透,从35到368 mLn·分钟−1(mLn体积带来的环境压力)(表2)。
4.1。烃源
分子和同位素组成的天然气通常用来确定他们的起源。图4(一)代表的是甲烷和乙烷和丙烷浓度比值的函数(Bernard et al .(1978))为我们的样品。气体排放的西部边缘阿基坦货架显然属于微生物领域。这是加强图4 (b)这进一步证实微生物还原生成甲烷的二氧化碳。这样的结果与计算值一致的研究相关methane-derived自生碳酸盐在海底和收集从芯盒69年]。此外,的情节与如图4 (c)表明乙烷也是来自微生物的过程。非常低的值δ13为二氧化碳(表C1)表明一个有机来源,进一步证明了一个微生物来源的气体。事实上,公司2来自无机来源具有更高的价值δ13C (82年,83年]。因此,两个主要的烃组成部分微生物来源的排放气体。组件比乙烷重(C3 +)在所有样品中微量。他们的存在在我们的样本反映出一个非常小的父母的责任盆地深部储层的产热的贡献或产品生成浅深度和低温通过微生物途径(84年- - - - - -86年]。我们的数据集不能允许我们进行一个清晰的歧视(这两个来源87年- - - - - -89年]。然而,δ13C测量乙烷和丙烷接近值发现气体声称是微生物在文学和轻于值获得thermogenic-claimed气体(16,82年,87年,90年]。
(一)
(b)
(c)
由于研究区域位于离岸父母的责任,有人可能认为微生物甲烷生成的产热的碳氢化合物水库一级或二级迁移期间烃降解其次是甲烷生成(91年- - - - - -95年]。这样的生物地球化学过程导致的浓缩13C为丙烷、二氧化碳的主要基质降解和甲烷生成,分别。这是不支持的图5(一个)也没有图5 (b),可以清楚地看到依然近常数随着C2H6/ C3H8比和与增加不会减少,分别。此外,图5 (c)比较两种气体的同位素模式中以生物降解其次是甲烷生成(SoM_Western高和SoM_Central收集在马尔马拉海的西部和中部高位,resp)与我们的研究样本阿基坦架子上(比斯开湾)和微生物气体渗透(SoM-Cinarcik盆地)收集在马尔马拉海的最东部的盆地87年]。人们可以清楚地看到,比斯开湾的气体渗透化学模式,类似于微生物在马尔马拉海收集的气体。他们也以关闭δ13C值。因此,我们的研究结果清楚地表明,渗流量采样微生物甲烷和乙烷水柱,尽管C的起源3 +分数仍然是难以捉摸的。
(一)
(b)
(c)
4.2。影响因素Component-Isotopic签名
正如前面提到的,不同的组件分布不均的同位素特征从一个渗透到另一个地方。几个因素可以导致散射(44,96年,97年异质性等)和基板的质量,生烃温度、烃氧化耦合的发生与碳酸盐沉淀,或多个碳氢化合物(石油等等能源)运输过程。混合几种气体来源也会导致不同的同位素签名从我们观察到样品。然而,混合的几个来源可以被丢弃在阿基坦货架是甲烷和乙烷的同位素签名清楚地表明,他们是由微生物产生的过程。此外,即使有一个小产热的贡献,它的数量是如此之小,它将不能解释这样一个重要的散射δ13C的甲烷。在微生物产甲烷过程中,产甲烷菌优先使用较轻的二氧化碳(44]。如果公司2池是严重枯竭,机械地将丰富的重碳和转变向更高的价值将随着时间的推移被观察到。然而,碳分离系数之间的区别和在损耗,应保持不变(44]。在这里,这个因素在34.1和55.3差别很大。因此,它不太可能质量或衬底的异质性是负责不同的主要因素。此外,在海洋沉积物甲烷生成从微生物有限公司2减少通常会导致49和100之间不等(44]。这里获得的值低于这个范围,除了GZ2-pl535-PZ03-05气体样本。如此低的值可能是原因之一,因为甲烷是经由两个扩散溶解阶段和气泡的平流。这样的两阶段交通并不奇怪天然气渗漏。然而,气相中的甲烷平流是目前占主导地位的过程由于升高气体通量测量(在下一节中讨论);的情节气体流量的函数没有强调相关性。因此,我们相信两阶段运输不能完全解释这样一个重要的散射和。最令人信服的解释仍然是生物地球化学过程的发生,更具体地说,厌氧甲烷氧化(急性中耳炎)加上碳酸盐沉淀沉积柱内(31日,40,44,98年]。这是同意的同位素特征研究MDAC(皮埃尔et al . 2017年)。后者过程优先占用甲烷与轻碳原子(99年),因此产生13c缺失有限公司2导致减少的如图6。孔隙水地球化学的核心当然会让我们得到更多的了解这些过程;但可靠的取心孔隙水地球化学不成功是由于碳酸盐人行道的广泛出现(69年]。
4.3。当地甲烷通量的九个气体流
大量渗漏的发生与多个气体流的浅水阿基坦货架至少18年(65年)提出了质疑的甲烷排放到水体中。不利的海底水合物的形成条件,在货架上(浅水深度与底水的温度~ 12°C)丢弃的可能性减少甲烷释放的存储迁移的水合物沉积和捕获气体透hydrate-bearing下面层。
如前所述,每个研究渗透是由几个流和只选择一个流气体采样和通量测量。渗漏是分开几米到几十米。此外,干扰ROV的沉积物取样期间创造了新的和更少的有力的气体流,这可能持续的时间采样。这表明渗透经常受到空间和时间的变化。根据表2测量气体通量从35到368 mLn·分钟不等−1。这些值在体积通量测量尼罗河中部深海扇在地中海东部[76年刻赤渗透区域),在东北黑海(79年),收敛马克兰大陆边缘(78年]。然而,这些设置位于更深的深度比阿基坦架子上。如果一个人认为气体成分表中给出1假设稳定的气体通量随时间的测量流,约38.2 kmol甲烷气泡是每年排入水体的只有九流在数千创建众多检测声羽毛(65年]。乍一看,这个值出现小的估计相比,气体通量等其他设置上述的水合物脊(80年)和英国块15/25 (81年)(表3)。然而重要的是要强调我们的计算值并不代表总数的估计甲烷排入水体阿基坦widespread-seep区域的架子,与表面面积>英国块15/25倍。它只对应的累积值九高度局部放电。
5。结论和观点
本文报告的第一个结果气体地球化学样品收集从海底渗漏的阿基坦货架(法国西南部边缘)。的起源和通量的气体排放到水体进行了讨论。我们的数据表明,气体主要含有甲烷,由microbe-mediated生成二氧化碳的减少。重碳氢化合物和二氧化碳中跟踪和小金额,分别。采样的气体通量流相互之间非常异构,值35 - 368 mLn·分钟不等−1。假设稳定放电,九流采样每年大约38 kmol的甲烷释放到水柱。知道成千上万的羽毛被水柱声学检测,这提出了问题关于甲烷的命运的浅水列阿基坦架子上。这样的研究更应该值得考虑在未来前景。
的利益冲突
作者宣称没有利益冲突。
确认
作者感谢ROV维克多- 6000原位取样的团队。的队长为什么不是?和他的船员也承认他们的技术支持。海洋探险GAZCOGNE1 (http://dx.doi.org/10.17600/13020070)和GAZCOGNE2 (http://dx.doi.org/10.17600/13030090)以及i和支持的研究财务总通过联合研究合作项目“被动边缘探索实验室(PAMELA)。”