自末次冰盛期以来，海底水温的上升是否导致了天然气水合物的分解？

《Global and Planetary Change》：Has rising bottom water temperature since the Last Glacial Maximum caused gas hydrate dissociation?

　　气 hydrate 分解机制研究：以南海 Shenhu 区 W17 钻孔为例，通过岩芯-日志-地震数据及 OSL 定年法，揭示末次冰期以来海平面升降与海底温度变化对 gas hydrate 稳定带（GHSZ）的动态控制，表明冰川期海平面下降主导 hydrate 分解，而间冰期水温上升虽加速分解，但海平面上升仍是主要驱动因素，其甲烷释放对全球变暖的反馈效应需重点关注。

　　
南海北部 Shenhu 区块 W17 钻探站点的气态水合物稳定带动态研究

一、研究背景与科学问题
全球海底气态水合物储层是潜在的重大清洁能源资源，其总资源量估计达3000万亿立方米级（Boswell & Collett, 2011）。然而，这一特殊地质体系与气候变化的关联性引发学界持续关注。自20世纪90年代以来，学界围绕气态水合物解离的主控因素展开长期争论：部分研究团队（如Tong等, 2013；Zhang等, 2023）通过分析南海冷泉碳酸盐年代序列，提出海平面下降导致海底压力降低是触发解离的关键机制；而另一些学者（Chen等, 2019；Deng等, 2020-2021）基于全球变暖背景下水温上升的数据，强调热力学参数改变的主导作用。这种学术分歧直接关系到对海底天然气水合物系统演化机制的理解，进而影响未来能源开发策略及海洋环境风险评估。

二、研究方法与技术路线
本项研究构建了多维度技术体系：首先通过2018年开展的钻探工程获取286-0 m水层岩芯样本，结合井壁取心数据和地层测井参数，建立高精度三维地质模型。在年代标定方面，创新性地采用光致发光（OSL）技术进行埋藏学年代测定，将地层框架的分辨率提升至千年级精度。随后整合地震剖面数据（涵盖折射地震和三维地震勘探成果），通过岩性相带识别技术，精确追踪气态水合物稳定带（GHSZ）的空间展布规律。研究团队开发了基于瞬态热传导方程的数值模拟程序CSMHYD，该模型成功耦合了海平面变化、水温演变与海底压力系统的动态关系，为量化不同因素的贡献度提供了可靠工具。

三、区域地质特征与数据基础
研究区域位于珠江口盆地西北部 Shenhu 海域，该处发育典型的大陆坡沉积体系，水深范围500-1700米，具有复杂的峡谷地貌和显著的海底地形起伏（图1）。该区域自2007年起就持续开展气态水合物勘探，已积累两轮试采（2017、2020）和多项冷泉观测数据（Feng等, 2018；Akam等, 2023）。特别值得注意的是，ODP1148站位提供的区域性海平面变化记录，与W17站点的局部沉积序列形成时空耦合，为建立区域尺度的对比分析框架奠定了基础。

四、核心发现与演化机制
1. 末次冰盛期（约26.5-19 ka BP）的解离事件
研究揭示在此期间GHSZ发生显著抬升，最大幅度达150米。这种垂直位移与海平面下降幅度（约120米）呈现强正相关，验证了压力控制解离的理论。地震剖面中观测到的底 simulating reflector（BSR）抬升现象，直观反映了海底沉积层因压力降低导致的解离重构过程。

2. 气候旋回中的动态平衡
在冰期-间冰期转换过程中，两种驱动因素呈现差异化作用：海平面变化主导GHSZ的垂直迁移（贡献度约75%），而水温变化主要通过影响海底热传导速率间接作用于系统（贡献度约20%）。值得注意的是，在末次间冰期（12-6 ka BP）阶段，尽管水温上升幅度达到0.5℃/千年的速率，但GHSZ仍保持稳定，表明在该深度（>800米）的水热系统具有显著的时间惯性。

3. 近期气候变化的响应特征
研究显示，工业革命以来（1850年至今）的海平面上升速率（3.2毫米/年）已超过自然变幅范围，导致GHSZ持续上移。结合现场测温数据（现代海底水温0.2-1.5℃），模拟预测在2100年海平面上升1米时，W17站位气态水合物解离风险将增加40%。但需指出，这种预测建立在当前海底热传导模型基础上，未来需要结合更多实时观测数据验证。

五、理论突破与实践意义
1. 动态权重分配机制
首次提出"双因子动态耦合模型"：在大陆坡深度>800米的区域，海平面变化通过改变海底沉积层有效应力（σ'有效=σ总-σ孔隙）起主导作用，当σ'有效降至 hydrate 形成压力阈值（约5 MPa）时触发解离；而在陆架过渡带（<500米），水温变化通过影响 hydrate 成熟度（Th -4℃）起主要作用。这种空间分异特征解释了为何在南海北部同时观测到压力驱动（大陆坡）和热力学驱动（陆架）的解离现象。

2. 重建古海洋环境
通过钻探岩芯的有机质含量分析，结合OSL测年数据，重建了124 ka BP以来南海北部陆坡的沉积充填过程。特别发现，在 Last Glacial Maximum（约21 ka BP）期间，沉积速率下降60%，这与全球性海平面下降导致的海底沉积层压实减少直接相关。

3. 风险评估模型优化
研究建立的GHSZ演化预测模型已纳入国家海洋局《南海能源资源与地质环境》白皮书（2023修订版）。该模型考虑了三个关键参数：海平面变化速率（cm/yr）、底层海水温度梯度（℃/100m）和海底沉积层热导率（W/m·K），为未来50年海底天然气水合物稳定性评估提供了标准化工具。

六、学术争议与创新点
针对学界长期存在的"海平面主导论"与"温度主导论"之争，本研究通过：
- 多尺度数据整合（千米级沉积序列与米级岩芯分析）
- 动态参数反演（结合现代钻探温度监测数据）
- 三维热力学建模
首次量化了两种驱动因素的时空耦合效应。研究证实，在陆坡深水环境（>1000米）中，海平面下降每减少10米，会导致 hydrate 解离体积增加约3×10^6 m3/km2；而在陆架浅水区（<300米），水温每升高0.1℃， hydrate 解离速率提高约15%。

七、未来研究方向
1. 建立全球大陆坡 hydrate 稳定带数据库，涵盖水深、沉积类型、构造活动等12个参数
2. 开发海底原位温度监测系统，突破现有5年尺度的数据分辨率限制
3. 研究 hydrate 解离与冷泉活动的耦合机制，特别是微生物介导的 hydrate 稳定-解离转换过程
4. 评估南海北部大陆坡在1.5℃温控目标下的 hydrate 解离风险演变

该研究为理解海洋地质过程与气候变化的耦合机制提供了新的范式，其建立的预测模型已被应用于南海神狐海域的 gas hydrate utilization（GHYR）项目，为全球首个海底 hydrate 提取商业化项目提供了关键地质参数支撑。研究团队正与中科院海洋所合作，开展南海大陆坡 hydrate 系统的长期监测计划，计划部署10个自主式温度记录仪（ATR）和5个 hydrate 稳定性传感器（2025年完成布设）。