【关于天然气水合物与产甲烷菌的研究文献综述2500字】

关于天然气水合物与产甲烷菌的研究文献综述1.1天然气水合物与产甲烷菌关系研究现状天然气水合物与微生物的关系主要表现在两个方面：提供生物成因气体来源以及对水合物或甲烷进行分解。目前世界上已发现的天然气水合物气源大多是微生物成因，产甲烷菌生成的甲烷气体对于天然气水合物的形成十分重要。人类对产甲烷菌的认识已有150多年的历史。在自然界中产甲烷菌可与水解菌和产酸菌协同作用，使有机物甲烷化，产生有经济价值的生物能物质——甲烷。产甲烷菌是一类在形态和生理方面有着极大差异的特殊类群。其共同点在于利用氢气、甲酸等还原CO2并产生甲烷或利用乙酸产生甲烷，其反应式：CO2+4H2→CH4+2H2O和CH3COOH→CH4+CO2。这一过程只能在厌氧条件下进行，所以产甲烷菌都是严格厌氧菌，氧气甚至对它们有致死作用。产甲烷菌细胞中常含有辅酶M（β-疏基乙基磺酸）和能在低电位条件下传递电子的因子F420，有些类群能同化CO2，营自养生活，但同化CO2不经卡尔文循环，而是将它直接固定为乙酸盐加以利用。1.2研究区天然气水合物与产甲烷菌关系研究现状神狐海域所取得的水合物样品的地球化学、气体同位素组成特征的研究[50]及费歇尔模型判别均表明水合物中甲烷气属生物成因[51]，而并非地层更深部的热解成因气。但综合前人研究水合物区及其周边十余个站位的古菌多样性发现，其中产甲烷菌的百分数量很少，某些层位甚至未发现有产甲烷菌存在。另一方面，我国水合物饱和度较高，一般处在5%~40%范围之间，其中梁劲等人[52]利用神狐海域地震和测井资料综合分析神狐海域含天然气水合物沉积层的水合物饱和度在15.0%~47.3%之间变化，水合物饱和度值相对较高。目前南海天然气水合物成因争议焦点就在于微生物成因甲烷能否为形成天然气水合物提供充足的气源。付少英等[50]分析了神狐海域研究区上中新统上部和上新统微生物成因甲烷的生产力,认为神狐海域具备良好的适合微生物成因甲烷大量生成的地质条件。并根据钻探实测的地温梯度进行计算推测在现今神狐研究区内从海底起到海底以下最多814m的埋深范围内,都适宜甲烷菌的存在。苏丕波等[53]从地质结构上研究发现，神狐海域浅部地层珠江、韩江组、粤海组和万山组厚度大，泥岩及有机质含量高，有机质成熟度R0<0.7%，具有生物成因气的发育条件，生物生气的潜力巨大，推测生物气是构成该区水合物成藏的主要气源之一。而且神狐海域运移条件优越，底辟和断裂构造发育，这些断裂和底劈构造在适当条件下为水合物稳定域下伏生物成因气和深部热解气气源向浅部水合物稳定域运移提供了良好的通道，当气源和水合物稳定域的时空匹配得当便可成水合物。天然气水合物的形成与成藏需要特定的温压条件，低温和高压有利于水合物的形成和稳定赋存[54]。苏丕波等[55]通过模拟认为神狐海域研究剖面上BSR所处温度约为16℃，压力约为15MPa。吴庐山等[56]对神狐海域多个站位进行对比分析发现，其BSR埋深与BGHS埋深均为200mbsf左右，天然气水合物层位位于BGHS之上10~25m的沉积层中，因此可以近似地用BSR代表天然气水合物层的底界。2015-2016年，广海局又先后在神狐海域开展了GMGS3和GMGS4两个航次的水合物钻探，从GMGS3航次现场水合物岩心分解气、裂隙气及顶空气组分及甲烷同位素测试结果表明，水合物气源组成包括生物成因气及热解成因气两种成因类型（图1-）。气体组分中以甲烷占绝对优势，其含量超过92%，图1-[57]对“海马”冷泉区表层沉积物的调查发现了多种古菌，其多样性和分布特征随深度的增加呈现出明显的分带变化[58]。在甲烷-硫酸盐转化带(sulfate-methane-transition-zone，简称“SMTZ”)中，含有丰富的甲烷厌氧氧化古菌，而在SMTZ以下的产甲烷带中,除了已知的产甲烷古菌，还发现大量功能未知的古菌。沉积物中参与CH4代谢的主要微生物为ANME-1b、ANME-2ab、ANME-2c和甲烷八叠球菌科(methanosarcinaceae)，并且发现了南海特异的ANME-1类群,不同的ANME类群在沉积物柱中的分布存在显著差异[47]。前人对采集的生物样品进行碳和硫同位素测定表明，研究区渗漏流体中CH4的碳同位素大约为−60‰，以生物成因甲烷气为主[59]；生物软组织中硫同位素明显低于海水中硫酸根的硫同位素值,反映除了局部明显的甲烷缺氧氧化作用，还存在显著的H2S氧化为硫酸根的化学作用[59]，表明“海马”冷泉目前流体活动正发生着显著的动态变化。[60]参考文献[1]田琪,王佳,范晓蕾,etal.海洋油气田沉积物产甲烷活性及微生物生态[J].环境科学,2014.[2]UenoY,YamadaK,YoshidaN,etal.EvidencefromfluidinclusionsformicrobialmethanogenesisintheearlyArchaeanera[J].Nature,2006,440(7083):516-519.[3]LoweDC.Agreensourceofsurprise[J],2006.[4]ConradR.Theglobalmethanecycle:recentadvancesinunderstandingthemicrobialprocessesinvolved[J].EnvironmentalMicrobiologyReports,2010,1(5):285-292.[5]OffreP,SpangA,SchleperC.Archaeainbiogeochemicalcycles[J].AnnualReviewofMicrobiology,2013,67(1):437-457.[6]段昌海,张翠景,孙艺华,etal.新型产甲烷古菌研究进展[J].微生物学报,2019,v.59;No.350(06):9-23.[7]承磊,郑珍珍,王聪,etal.产甲烷古菌研究进展[J].微生物学通报,2016,43(005):1143-1164.[8]罗敏,王宏斌,杨胜雄,etal.南海天然气水合物研究进展[J].矿物岩石地球化学通报,2013,32(1):56-69.[9]苏正,陈多福.海洋天然气水合物的类型及特征[J].大地构造与成矿学,2006,30(002):256-264.[10]苏新.海洋天然气水合物分布与"气-水-沉积物"动态体系[J].中国科学地球科学:中国科学,2004(12):1091-1099.[11]宁伏龙,梁金强,吴能友,etal.中国天然气水合物赋存特征[J].天然气工业,2020(8):1-24.[12]RuppelC.TappingMethaneHydratesforUnconventionalNaturalGas[J].Elements,2007,Vol.3(No.3):193-199.[13]KvenvoldenKA,LorensonTD.TheGlobalOccurrenceofNaturalGasHydrate[M].NaturalGasHydrates:Occurrence,Distribution,andDetection,2001.[14]天工.我国海域天然气水合物试采成功[J].天然气工业,2017(9):37-37.[15]姜焕琴.我国海域天然气水合物试采再传捷报——创造新的世界纪录,取得重大标志性成果[J].资源与产业,2020,v.22;No.186(01):98-98.[16]叶建良,秦绪文,谢文卫,etal.中国南海天然气水合物第二次试采主要进展[J].[17]席世川,张鑫,王冰,etal.海底冷泉标志与主要冷泉区的分布和比较[J].海洋地质前沿,2017,33(002):7-18.[18]杨克红.并不"冷"的海底冷泉系统[J].百科探秘：海底世界,2019,000(012):P.22-23.[19]SuessE.MarineColdSeeps[J].handbookofhydrocarbon&lipidmicrobiology,2010.[20]薛云松,黄俊华.冷泉沉积研究进展及环境意义[J].地质科技情报,2016(3):97-104.[21]张万芹.产甲烷细菌的分离及其生理学特性的初步研究[D].贵州大学,2008.[22]SakaiS,ImachiH,SekiguchiY,etal.Isolationofkeymethanogensforglobalmethaneemissionfromricepaddyfields:anovelisolateaffiliatedwiththecloneclusterriceclusterI[J].Appl.environ.microbiol,2007,73(13):4326.[23]Dridi,Bedis,Fardeau,etal.Methanomassiliicoccusluminyensisgen.nov.,spnov.,amethanogenicarchaeonisolatedfromhumanfaeces[J].InternationalJournalofSystematicandEvolutionaryMicrobiology,2012.[24]王炳臣.渤海及其入海河流沉积物中铁还原菌电活性及产甲烷菌多样性的研究[D].中国科学院大学(中国科学院烟台海岸带研究所),2019.[25]田琪.海洋油气田沉积物产甲烷活性及微生物生态[D].中国海洋大学,2014.[26]Dong,Xiuzhu,Chen,etal.Psychrotolerantmethanogenicarchaea:Diversityandcoldadaptationmechanisms[J].ScienceChina(LifeSciences),2012,05(v.55):45-51.[27]ZhangG,JiangN,LiuX,etal.MethanogenesisfromMethanolatLowTemperaturesbyaNovelPsychrophilicMethanogen,"Methanolobuspsychrophilus"sp.nov.,PrevalentinZoigeWetlandoftheTibetanPlateau[J].Appl