俯沖帶富CH?泥火山研究取得新進展

近日，中國科學院深海科學與工程研究所海洋地球物理與資源實驗室的吳時國研究員指導的博士生Umair Khan與北京科技大學的合作者在期刊《Geoscience Frontiers》上發表了一篇題為《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循環、構造驅動因素及環境影響

俯沖帶是巖石圈揮發物流通的關鍵界面，復雜的構造和地球化學相互作用促進了地殼深部儲層中氣體和流體的釋放。泥火山活動作為這些過程的動態表現，貢獻了CH?排放，影響了全球CH?預算并對海洋生態系統產生影響。全球范圍內，約2000處泥火山位于俯沖帶，突顯了俯沖相關的地球化學和構造過程在促進CH?向大氣和水圈排放中的重要性。 近年來，遙感技術（合成孔徑雷達干涉測量、航空攝影、機載激光掃描）與水聲學方法的協同應用，系統刻畫了陸域與海域富CH?泥火山的三維幾何形態與空間分布特征。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分析進一步推進了對分子組成、同位素特征和再循環組分化學性質的研究。此外，深海鉆探和搭載CH?傳感器的潛水器為噴發活動、揮發性排放及潛在危害提供了新的見解。

然而，關于富 CH? 泥火山的地質起源以及俯沖相關的地球化學和構造機制在活動俯沖邊緣中的作用仍存在關鍵空白。本研究采用多學科方法，結合地球物理、地質和地球化學數據集，提出了 Makran Subduction Zone 中富 CH? 泥火山的新演化模型。Makran Subduction Zone 因其獨特的地質特征（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。

圖2.?(a) 全球富 CH? 泥火山的構造區域；(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構及多屬性地震特征

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力和孔隙壓力的有效發展

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分析

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

上述研究得到了中國國家自然科學基金、海南省院士創新平臺專項研究基金和海南省重點部署項目的支持。

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