【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于海洋沉积物地球化学和海洋地质研究领域，具体涉及一种冷泉烟囱体形成过程中多相态甲烷释放通量的评估方法。
技术介绍
1、甲烷是大气中仅次于二氧化碳的最具威胁性的温室气体，海洋沉积物作为全球甲烷最大的储库，沉积物中甲烷的微小波动也会导致海洋甚至大气中甲烷含量指数级增长，进而对海洋生态系统和全球气候变化产生严重的影响。
2、海洋沉积物中甲烷的厌氧氧化过程（aom）作为甲烷的强汇，几乎消耗了全部底部沉积物中上覆的甲烷，使得甲烷无法突破沉积物对水体造成影响，但是冷泉作为极端海洋环境，因底部天然气水合物失稳释放的大量甲烷以溶解态和气泡态两种相态直接向海水输送，与此同时，冷泉区高通量的甲烷释放，加强了沉积物中aom过程，提升了孔隙水总碱度，促进了沉积物中自生碳酸盐的沉淀，导致了冷泉碳酸盐岩烟囱体的形成。尽管海洋沉积物中绝大部（>90%）甲烷被硫酸根参与的甲烷厌氧氧化过程（aom）消耗殆尽。但是，冷泉烟囱体作为海洋岩石圈与水圈的“高速通道”，其形成过程中溶解态或气泡态甲烷可以突破沉积物aom过程的拦截，直接输送到海水甚至大气中，对海洋生态环境和大气温室效应有着严重威胁。
3、冷泉碳酸盐烟囱体作为海底甲烷氧化反应的产物，真实记录了海底甲烷泄漏事件的地质环境信息。模拟冷泉烟囱体的形成过程可以准确评估其生命周期内多相态甲烷的释放通量，能够为研究海洋甲烷循环过程提供一种重要的量化评估手段。现阶段的研究方法主要通过地球化学的方法定性分析冷泉碳酸盐岩烟囱体形成过程，对于烟囱体形成中多相态甲烷的释放和自生碳酸盐固碳过
技术实现思路
1、为解决现有研究方法无法准确量化冷泉碳酸盐烟囱体形成中多相态甲烷的释放通量，本专利技术提出一种冷泉烟囱体形成过程中多相态甲烷释放通量的评估方法，综合矿物学分析、岩石学分析、地质年代学分析和数值模型，定量模拟冷泉烟囱体的形成过程，以准确计算烟囱体形成中多相态甲烷的释放通量。
2、本专利技术是采用如下技术方案实现的：一种冷泉烟囱体结构形成过程中多相态甲烷释放通量的评估方法，包括如下步骤：
3、步骤a、定性分析冷泉烟囱体结构的形成模式：
4、（1）对搜集的烟囱体样品进行岩石学分析和矿物学分析，识别烟囱体的主要碳酸盐组分，明确烟囱体形成过程中发生的关键地球化学过程；
5、（2）对搜集的烟囱体样品进行地质年代学分析，精确建立烟囱体生长的地质年代格架，以为后续的模拟工作提供必要的边界条件；
6、步骤b、构建反应-扩散模型以定量分析冷泉烟囱体结构的形成：
7、（1）对得到的烟囱体形成过程中关键地球化学过程建模，定量模拟各地球化学过程的反应速率；
8、（2）根据得到烟囱体形成年代格架分布数据，构建三维柱形冷泉烟囱体形成模型，模拟烟囱体形成过程；
9、步骤c、结合步骤b中的烟囱体形成模拟过程，定量计算烟囱体形成中多相态甲烷的释放通量，实现对冷泉烟囱体形成中多相态甲烷释放通量对区域海洋碳循环的贡献的综合评估。
10、进一步的，所述步骤a中，通过实验分析确定烟囱体样品中有机质和碳酸盐含量。使用元素分析仪连接连续流系统，对烟囱体样品中总有机碳（toc）进行分析。此外，对已采集到的烟囱体样品进行x射线衍射分析（xrd）分析，获得其矿物学组成；对于部分典型样品按宏观特征分类，在扫描电子显微镜（sem）下进行微米尺度的形态学观察，并同时对特征矿物晶体进行能谱分析（eds）测试，以元素成分确认矿物的种类。
11、进一步的，所述步骤a中，在矿物学研究分层取样的基础上，挑选关键层位牙钻取样样品，磨碎至200目后，溶样后将纯化的被测样品用pfa esi-50雾化器吸入cetac aridusii的雾化室，加热雾化为气溶胶由氩气（ar2）和氮气（n2）引入质谱仪，通过u和th同位素测定烟囱体样品的年龄分布数据。
12、进一步的，所述步骤b中，冷泉烟囱体形成过程中主要参与的地球化学过程包括：机质的降解过程、硫酸根还原、甲烷的厌氧氧化过程和自生碳酸盐的沉淀过程。针对有机质降解过程，采用连续性有机质降解模型模拟，具体如下：
13、 （1）
14、式中，g(t)为有机质降解过程中t时刻的含量，k为一阶动力学降解系数，g(0)为沉积物-海水界面（swi）处有机质的含量，g(k,0)为沉积物表层内有机质活性的分布。
15、针对硫酸盐的还原过程，采取如下模型模拟：
16、对公式（1）时间项进行求导即可得到有机质降解速率（rom），硫酸盐还原的反应速率（rsr）与有机质降解速率密切相关，根据两者的化学计量关系rsr可表示为：
17、 （2）
18、针对甲烷的厌氧氧化过程，沉积物中aom反应强度主要与甲烷和硫酸根的浓度相关，采用二阶动力学模型来描述甲烷厌氧氧化过程的反应速率raom，即：
19、<msub><mi>r</mi><mi>aom</mi></msub><mi>=</mi><msub><mi>k</mi><mi>aom</mi></msub><mi>∙</mi><mi>[</mi><msub><mi>ch</mi><mn>4</mn></msub><mi>]∙[</mi><msubsup><mi>so</mi><mn>4</mn><mi>2-</mi></msubsup><mi>]</mi> （3）
20、式中，kaom为反应系数，[]表示浓度。
21、针对自生碳酸盐的沉淀过程，采取如下模型模拟：
22、自生碳酸盐的形成速率（rac）与孔隙水中钙离子的饱和度（ω）呈现较好的线性关系， rac的模型表示如下：
23、<mi>ω</mi><mi>=</mi><mfrac><mrow><mi>[</mi><msup><mi>ca</mi><mi>2+</mi></msup><mi>]</mi><mi>⋅</mi><mi>[</mi><msubsup><mi>co</mi><mn>3&l本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.冷泉烟囱体形成过程中多相态甲烷释放通量的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的冷泉烟囱体形成过程中多相态甲烷释放通量的评估方法，其特征在于：所述步骤B中，定量模拟各关键地球化学过程的反应速率具体采用以下方式：
3.根据权利要求1所述的冷泉烟囱体形成过程中多相态甲烷释放通量的评估方法，其特征在于：所述步骤B中，构建三维柱形冷泉烟囱体形成的反应-扩散模型的具体过程如下：
4.根据权利要求1所述的冷泉烟囱体形成过程中多相态甲烷释放通量的评估方法，其特征在于：所述步骤A中，确定烟囱体形成过程中发生的关键地球化学过程具体采用以下方式：搜集冷泉烟囱体样品并对其进行岩石学分析和矿物学分析，通过实验分析确定冷泉烟囱体样品中有机质和碳酸盐含量，使用元素分析仪连接连续流系统，对冷泉烟囱体样品中总有机碳进行分析；此外，对已采集到的冷泉烟囱体样品进行X射线衍射分析，获得其矿物学组成；对于部分典型样品按宏观特征分类，在扫描电子显微镜下进行微米尺度的形态学观察，并同时对特征矿物晶体进行能谱分析测试，以元素成分确认矿物的种类识别烟囱体的主要碳酸盐
5.根据权利要求1所述的冷泉烟囱体形成过程中多相态甲烷释放通量的评估方法，其特征在于：所述步骤A中，在建立烟囱体生长的地质年代格架时采用以下方式：
6.根据权利要求1所述的冷泉烟囱体形成过程中多相态甲烷释放通量的评估方法，其特征在于：所述步骤C中，根据步骤B中建模过程，模拟烟囱体的形成过程：
...【技术特征摘要】
1.冷泉烟囱体形成过程中多相态甲烷释放通量的评估方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的冷泉烟囱体形成过程中多相态甲烷释放通量的评估方法，其特征在于：所述步骤b中，定量模拟各关键地球化学过程的反应速率具体采用以下方式：
3.根据权利要求1所述的冷泉烟囱体形成过程中多相态甲烷释放通量的评估方法，其特征在于：所述步骤b中，构建三维柱形冷泉烟囱体形成的反应-扩散模型的具体过程如下：
4.根据权利要求1所述的冷泉烟囱体形成过程中多相态甲烷释放通量的评估方法，其特征在于：所述步骤a中，确定烟囱体形成过程中发生的关键地球化学过程具体采用以下方式：搜集冷泉烟囱体样品并对其进行岩石学分析和矿物学分析，通过实验分析确...
【专利技术属性】
技术研发人员：徐思南，孙治雷，张喜林，曹红，张栋，吕泰衡，苗健军，
申请(专利权)人：青岛海洋地质研究所，
类型：发明
国别省市：
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