硫酸鹽還原在天然氣水合物賦存區之應用與調查

天然氣水合物形成與沉積物之硫酸鹽還原作用有極為密切的關係。甲烷水合物穩定帶(gas hydrate stability zone)下的甲烷氣,可藉由擴散作用進入上層沉積物中,這些甲烷氣 提供了沉積物中厭氧硫酸鹽還原菌的有機碳來源(Borowski et al., 1999;Reeburgh, 1982)。經由硫酸鹽還原作用所形成之硫化物亦能在沉積物內留下極為明顯之特徵與訊號, 故而研究沉積物中硫酸鹽還原作用是探尋天然氣水合物極為有效之地化方法之一。另外, 間隙水的氯離子濃度異常是一般判斷天然氣水合物形成的主要方法之一(Kvenvolden, 1993)。天然氣水合物在形成時,會將氯離子排出晶格外,使得冰分子鹽度近乎零, 故沉積物中若含有天然氣水合物,其解離後將使得周圍間隙水的氯離子濃度降低,因此 利用間隙水氯離子濃度異常的現象,也可作為判斷天然氣水合物存在的證據。

藉TowCam system拍攝的結果顯示,在台灣西南海域active margin 地化異常區域海底存 在vent構造,因vent噴出的H2S造成硫化菌的生長提供了vent附近大量bivalve及底棲生物 的生長。另外,亦發現大量的自生性碳酸鈣的沉積。這些vent、bivalve及authigenic carbonate的發現,與國外許多gas hydrate發現區相似,更證明台灣西南海域甲烷水合物 存在的可能。

藉R/V Marion Dufresne於active margin採集了4站超過15米以上的岩心。研究結果顯示, 硫酸鹽濃度於10米以內皆已消耗殆盡,表示此區域sulfate-methane interface相當淺( 相較於Blake Ridge 等甲烷水合物發現區),且發現pyrite含量隨著深度呈現明顯的變化, 這可能是研究區域硫酸還原速率隨時間年代的改變所致。

台灣西南海域active margin沉積物硫酸鹽還原快慢差異變化明顯,最西方區域較具有較 快速之硫酸鹽還原作用,亦具有最高濃度之甲烷與硫化氫。而最東方向之區域則具有較低 之硫酸鹽還原。南北向之變化則似以山脊高處而向南與北呈不同幅度之變化。山脊鞍部似 呈較慢速之硫酸鹽還原而山脊南與北兩側則呈較快速之硫酸鹽還原。沉積物下部之甲烷對 此區域沉積物內之硫酸鹽還原有極大之影響,在甲烷高區其硫酸鹽隨沉積物深度之增加而 降低之程度遠遠大於因有機碳含量高低而造成硫酸鹽還原之正常變化。

於Passive margin普查結果顯示沉積物中硫酸鹽還原作用快慢差異明顯呈現區域性變化, 鄰近澎湖水道之區域測站,其硫酸鹽還原速率明顯較快,可能是有機碳沉降速率較快所致。 部份水深較深區域硫酸鹽還原亦呈快速還原,可能與部份區域沉積內甲烷往上擴散通量較 高有關。

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