俯沖帶富CH?泥火山研究取得新進(jìn)展

近日，中國科學(xué)院深?？茖W(xué)與工程研究所海洋地球物理與資源實(shí)驗(yàn)室的吳時(shí)國研究員指導(dǎo)的博士生Umair Khan與北京科技大學(xué)的合作者在期刊《Geoscience Frontiers》上發(fā)表了一篇題為《Geochemical Cycling,Tectonic Drivers and Environmental Impacts of CH₄-Rich Mud Extrusions in Subduction Zones》的論文。

圖1.?俯沖帶中富含CH4的泥火山的地球化學(xué)循環(huán)、構(gòu)造驅(qū)動(dòng)因素及環(huán)境影響

俯沖帶是巖石圈揮發(fā)物流通的關(guān)鍵界面，復(fù)雜的構(gòu)造和地球化學(xué)相互作用促進(jìn)了地殼深部儲(chǔ)層中氣體和流體的釋放。泥火山活動(dòng)作為這些過程的動(dòng)態(tài)表現(xiàn)，貢獻(xiàn)了CH?排放，影響了全球CH?預(yù)算并對(duì)海洋生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生影響。全球范圍內(nèi)，約2000處泥火山位于俯沖帶，突顯了俯沖相關(guān)的地球化學(xué)和構(gòu)造過程在促進(jìn)CH?向大氣和水圈排放中的重要性。 近年來，遙感技術(shù)（合成孔徑雷達(dá)干涉測量、航空攝影、機(jī)載激光掃描）與水聲學(xué)方法的協(xié)同應(yīng)用，系統(tǒng)刻畫了陸域與海域富CH?泥火山的三維幾何形態(tài)與空間分布特征。氣相色譜、同位素分析、原位氣體通量測量以及噴出的泥火山氣體與流化泥漿的地球化學(xué)分析進(jìn)一步推進(jìn)了對(duì)分子組成、同位素特征和再循環(huán)組分化學(xué)性質(zhì)的研究。此外，深海鉆探和搭載CH?傳感器的潛水器為噴發(fā)活動(dòng)、揮發(fā)性排放及潛在危害提供了新的見解。

然而，關(guān)于富 CH? 泥火山的地質(zhì)起源以及俯沖相關(guān)的地球化學(xué)和構(gòu)造機(jī)制在活動(dòng)俯沖邊緣中的作用仍存在關(guān)鍵空白。本研究采用多學(xué)科方法，結(jié)合地球物理、地質(zhì)和地球化學(xué)數(shù)據(jù)集，提出了 Makran Subduction Zone 中富 CH? 泥火山的新演化模型。Makran Subduction Zone 因其獨(dú)特的地質(zhì)特征（包括世界上最大的增生楔、高地震潛力和活躍的富 CH? 泥火山）而成為理想的研究模型系統(tǒng)。

圖2.?(a) 全球富 CH? 泥火山的構(gòu)造區(qū)域；(b-e) Barbados、Northern Hikurangi、Nankai Trough 和 Makran Accretionary Wedges 的示意剖面圖

圖3.?Makran Subduction Zone 中泥底辟和流體逃逸管的三維結(jié)構(gòu)及多屬性地震特征

圖4.?綜合覆蓋層和壓力梯度建模顯示了 Makran Subduction Zone 中泥底辟上方垂直應(yīng)力和孔隙壓力的有效發(fā)展

圖5.?Makran Subduction Zone 中三座泥火山噴出的泥角礫巖及氣體的地球化學(xué)分析

圖6.?Makran Subduction Zone 中富 CH? 泥火山的地質(zhì)演化模型

上述研究得到了中國國家自然科學(xué)基金、海南省院士創(chuàng)新平臺(tái)專項(xiàng)研究基金和海南省重點(diǎn)部署項(xiàng)目的支持。

論文信息：https://doi.org/10.1016/j.gsf.2025.102029