近期从国家知识产权局获悉，由中国地质调查局广州海洋地质调查局实验测试所联合广东省环境科学研究院提交的“溶解性气体的连续脱出收集装置”申请，获得国家实用新型专利授权。

在高压低温的环境下，海底水合物、油气等矿藏中溢出的气体（甲烷、硫化氢等）会大量溶解于底层海水以及海底表层沉积物中。针对这一难题，“溶解性气体的连续脱出收集装置”可将这些气体从海底浑浊水或海底半流动状表层沉积物中脱离出来，并收集于大气采样袋中，以供后续的分析测试使用。本项专利技术在天然气水合物调查、海洋和湖泊环境调查以及海洋油气资源勘查中具有广阔的应用前景。

5月3日，随着“勘407”调查船驶入福建宁德沙埕港停泊休整，中国地质调查局青岛海洋地质研究所“1:25万锦西、日照和霞浦县等图幅海洋区域地质调查”二级项目下属的霞浦县幅子项目2017年度海上地质取样施工顺利结束。

据悉，此次海上施工从4月22日起至5月3日，共历时12天，施工期间曾遇到了大风、密集养殖区及台湾方面的干涉等不利因素，项目组克服了困难，精心部署、合理规划施工路线，保证了全天24小时高效作业。施工人员共完成了表层沉积物取样170个站位、柱状取样30个站位、海水同步取样170个站位（表、底层水样共340瓶）、Fe3/ Fe2现场滴定测试170个样品，保质保量的完成了施工设计要求的内容，所有站位的定位数据和样品都通过项目组自检，满足质量要求。

2017年为“1:25万锦西、日照和霞浦县等图幅海洋区域地质调查”二级项目的结题之年，此次外业施工的完成，标志着1:25万霞浦县幅子项目已完成任务书规定的全部野外实物工作量，为下一步的测试分析、图件编制、成果报告编写打下了坚实的基础。

底层海水取样

柱状取样（振动）

表层沉积物现场滴定测试

1月8日，科考人员在“海洋六号”后甲板投放重力柱，在南极海底取样。在首次奔赴南极的中国“海洋六号”科考船上，科研人员正开展多项海洋地质和地球物理调查，他们要探索的奥秘往往潜藏在数百米乃至数千米深的海水之下，所用的技术手段正如给深海做CT、验标本、量体温。新华社记者王攀摄  

1月9日，科考人员在“海洋六号”后甲板展示取回的南极底层海水样品。在首次奔赴南极的中国“海洋六号”科考船上，科研人员正开展多项海洋地质和地球物理调查，他们要探索的奥秘往往潜藏在数百米乃至数千米深的海水之下，所用的技术手段正如给深海做CT、验标本、量体温。新华社记者王攀摄  

南海是我国海域天然气水合物赋存的主要区域，学术界关于南海近期连续水合物演化史及其分解触发机制仍存有较大争议，甲烷渗漏引起的海洋环境和生物效应也尚不清晰。近年来，中国地质调查局广州海洋地质调查局实验测试研究所教授级高级工程师陈芳牵头团队通过对南海天然气水合物钻探岩心沉积物开展系统研究，在水合物分解的地球化学记录、水合物演化、触发机制及生物环境方面取得系列新的研究进展。相关成果已陆续发表在《Geophysical Research Letters》（地球物理研究通讯）、《Ore Geology Reviews》（矿产地质论评）、《Chemical Geology》（化学地质）、《Minerals》（矿物）和《Science China Earth Sciences》（中国科学：地球科学）等国内外著名地学期刊。

一是开展天然气水合物分解的触发机制研究，证实了南海北部冷泉碳酸盐岩确实与水合物有关，提出温度对水合物稳定性影响更大等新认识，并首次提供高海平期存在强烈甲烷渗漏活动的证据。天然气水合物在海洋沉积物中处于动态的平衡状态，极易受到温度和压力变化引起分解，释放大量的甲烷至海水甚至大气中，因而了解其触发机制对于资源和环境调查都显得尤为重要，也是目前水合物研究最受关注的热点问题之一。

广州海洋局陈芳及团队邓义楠、庄畅等，联合上海海洋大学、中国科学院南海海洋研究所等相关人员组成课题组，通过测试东沙海域含水合物钻孔岩心中发育的自生碳酸盐岩U-Th（铀-钍）年龄，收集迄今为止已公开发表的全球冷泉自生碳酸盐岩测年数据，并投放在全球20万年来海平面-年龄变化曲线进行研究，获得水合物分解释放及冷泉活动发生在高海平面，甲烷渗漏在高海平面暖期活动强度最大，其诱因可能与底层海水变暖有关，与压力相比，温度对水合物的稳定性影响更大等新认识，与过去普遍认为的压力是影响南海水合物动态的主要因素这一传统认识大相径庭。研究成果证实了南海北部冷泉碳酸盐岩确实与水合物有关，并首次提供了高海平期存在强烈甲烷渗漏活动的证据。

图1全球海平面变化与甲烷释放关系图解

二是揭示了南海东北部二十万年以来较为完整的水合物分解演化历史。研究人员通过对含水合物钻孔岩心所获连续沉积冷泉碳酸盐岩样品进行了系统地球化学分析，结合前期测年结果，揭示出南海东北部二十万年共发生了三大期的甲烷渗漏事件。通过开展多种微量元素特征研究显示，第一期和第三期的甲烷渗漏强度较小，主要局限于沉积物中，对海洋环境影响微乎其微。而第二期规模极大，形成于13.3-11.3万年之间，大量的甲烷向上渗漏至海水中，极大的影响了海洋环境。研究首次提出了天然气水合物分解可能导致海底局部的硫化环境。

图2南海北部近二十万年以来水合物释放历史

三是建立起新的水合物分解事件识别指标。识别天然气水合物分解事件对于了解水合物成藏模式及地质历史时期甲烷在全球碳循环中的作用具有重要意义。研究人员在含水合物钻孔岩心的沉积物和碳酸盐岩样品中发现了多层微量元素钼（Mo）的强烈富集，最高富集系数达到273（富集系数＞10属于强烈富集），而正常半深海沉积物中Mo的含量偏低，一般富集系数≤1。Mo元素的富集是高度还原硫化环境的指示，推断其富集与天然气水合物分解释放的甲烷厌氧氧化作用有关。由于Mo在地质样品中所赋存的硫化物易于保存，因此，Mo作为有效的地球化学指示剂，能够更好地用于示踪地质历史时期中甲烷渗漏的强度和大规模的水合物分解事件。

图3水合物甲烷渗漏区Mo元素富集机制

四是对天然气水合物释放与海底生物关系取得新认识。水合物分解伴随着大量的甲烷渗漏至海水中，从而养育了冷泉生物群。然而，冷泉区生物众多，甲烷渗漏与各类生物存在何种联系目前尚未十分清晰。研究团队对南海北部深水洋流途经海域的天然气水合物异常区钻探站位采集到的冷水珊瑚、冷泉碳酸盐岩进行了鉴定，对其矿物、元素、稳定同位素进行测试和研究。鉴定出3个种的冷水珊瑚，发现南海冷水珊瑚的成因是在洋流作用下多种因素作用的结果。

研究指出，以甲烷为主的冷泉流体形成冷泉碳酸盐岩，为珊瑚生长提供了硬质基地。渗漏最终停止后，来自西太平洋的深水洋流携带“富营”物质维持冷水珊瑚的生长和堆积。甲烷不仅可以直接为海底生物提供能量，也可间接的支撑珊瑚等生物生长。研究拓展了南海北部海底洋流、冷泉流体的环境效应研究视域。同时，研究团队首次发现在晚第四纪沉积中底栖和浮游有孔虫碳同位素值同时出现极低值事件，对解释陆坡甲烷气释放能否贯穿上层海水及有孔虫碳同位素负偏因素有很好的研究意义。对资源勘探及古海洋环境研究具有重要意义。

以上研究成果得到国家自然科学项目基金（No. 41372012、41776066和41803026）和南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）人才团队引进重大专项（GML2019ZD0506）的共同资助。

论文信息如下：

Chen, F., Wang, X. D., Li, N., et al., 2019. Gas hydrate dissociation during sea-level highstand inferred from U/Th dating of seep carbonate from the South China Sea. Geophysical Research Letters, 46, 13,928–13,938.

Deng, Y., Chen, F., Hu, Y.,et al., 2020. Methane seepage patterns during the middle Pleistocene inferred from molybdenum enrichments of seep carbonates in the South China Sea. Ore Geology Reviews, 125, 103701.

Chen, F., Hu, Y., Feng, D., et al., 2016. Evidence of intense methane seepages from molybdenum enrichments in gas hydrate-bearing sediments of the northern South China Sea. Chemical Geology, 443, 173–181.

Deng, Y., Chen, F., Li, N., et al., 2019. Cold-Water Corals in Gas Hydrate Drilling Cores from the South China Sea: Occurrences, Geochemical Characteristics and Their Relationship to Methane Seepages. Minerals, 9, 742.

Zhuang, C., Chen, F., Cheng, S., 2016. Light carbon isotope events of foraminifera attributed to methane release from gas hydrates on the continental slope, northeastern South China Sea. Science China Earth Sciences, 59, 1981–1995.

“南极作业时间宝贵，一天也不能错过。”科考船“海洋六号”船见缝插针，利用两次气旋之间仅24小时的作业时机，1月7-8日间顺利完成了3个站位的地质取样作业，获取到第一批宝贵的南极海底地质、海水等样品。至此，“海洋六号”已全面开展各项任务，部分任务进程过半，进展总体顺利。

从多道地震、多波束、浅层剖面测量，再到重力柱状取样、温盐深测量与采水，首次奔赴南极的“海洋六号”开展的海洋地质和地球物理科考调查，重心直指潜藏在数百米乃至数千米南极海域与海底的“深度奥秘”。

在南极“插管”取样

600公斤的圆形铅块排列成组，与空心钢管连接组合成的一枚巨大的“铁锥”，由钢缆牵引，投向南极冰海，200公斤的重锤相伴而至，在海底以加速度冲击，将空心管插入冰冷的海底泥，以钢制“莲花瓣”封口后，将几十万年沉睡的海底泥一管管牵引回船。7日傍晚，科考船“海洋六号”第一次在南极海域开展重力地质取样。

形象地说，重力柱状取样就是在南极海底进行“插管”取样。通过给海底表层“插管”取样，最多时能获取到海底十几米长的浅表层沉积物，也就是海底的“表层皮肤”样本。紧接着，负责试验分析的科考队员李强、何赵迅速将样品采集出来后，到船上实验室，对这些样品中所含的空气、水分以及沉积物的组成成分等多种信息做进一步现场分析。

首席科学家助理付少英说，后期，还将对这些样品做进一步的分析研究，通过结合这些信息，将可以真实再现数百万乃至数千万年南极的地质演化历史。

但严酷的极地环境和陌生的海域给首次在南极开展工作的“海洋六号”构成了极大挑战。在8日凌晨开展的九米长重力柱状取样中，由于遭遇坚固的海底沉积层，坚硬的钢管竟然被挤压如弯弓。但科考队凭借丰富的工作经验和顽强的意志，迅速适应了这一局面。通宵作战后，“海洋六号”成功从南极3550米水深处的海底取得了长达六米多的沉积物样本，这些珍贵的样品将带给我们丰富的南极海底信息。

给南大洋“量体温”

由24只取水容器环绕钢圈排列，组成一套自动取水装置。同时，还搭载着测量海水溶解氧以及两套多普勒海流剖面仪组合在一起。以钢缆牵引，投入南极冰海。以每间隔5秒的频率记录一次海水的温度、盐度和深度以及溶解氧的成分等数据。这是科考船“海洋六号”开展温盐深测量与采水工作。

按照预先设定的程序，取水容器到达预定深度后，即按顺序自动打开一管，采满水后随即自动关闭，这样，即可实现在预定的24个层位获取到分层海水样品。“海洋六号”1月8日开展的温盐深测量中，最深采集到了3550米水深的南极海底底层海水样品。

专业组长庞云天告诉记者，“海洋六号”船此次开展的温盐深测量，通过写入的程序控制整套采水器系统，能获得预定位置，由海面到海底预先设计深度的海水温度、盐度、声速、密度、溶解氧、流速及流向等一系列数据，结合对海水样品的室内化学分析，可以研究出这一区域海水的物理化学性质、水层结构和水团运动状况。

首席科学家何高文介绍，尽管南极海底都覆盖在冰冷的海水之下，但承载海水的海底表层受地心岩浆和板块运动影响，仍然具有温度，测量不同地层深度的温度，对于了解地壳运动和地质变化具有重要意义，“我们这次选择的海域是一个古老板块曾经活动的区域，在南极海域板块中具有独特性。”

通过给南极“插管”、“量体温”，以及“做CT”等先进的调查技术，“海洋六号”船执行的中国第33次南极科考航次，将获取到一大批关于南极海底地层结构、地质状况、环境变迁等基础数据，进一步开展科学研究，将为人类认识南极、了解南极积累丰富的资料。