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西北印度洋卡尔斯伯格脊卧蚕热液羽流影响区古菌群落动态变化特征

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微生物学报 2024年第6期64卷 1848-1863页

作者：巫苑桢韩喜球谢倩魏铭聪余娟上海交通大学海洋学院上海200240 自然资源部第二海洋研究所自然资源部海底科学重点实验室浙江杭州310012 浙江大学海洋学院浙江舟山316021

【目的】热液羽流在浮力上升和非浮力侧向迁移过程中与背景海水不断进行物质和能量的交换。因海底热液活动和洋流的流速流向均存在动态变化性,热液羽流的高度、物理化学参数和微生物群落也随时空发生演化。然而,由于缺乏热液羽流的长期... 详细信息

【目的】热液羽流在浮力上升和非浮力侧向迁移过程中与背景海水不断进行物质和能量的交换。因海底热液活动和洋流的流速流向均存在动态变化性,热液羽流的高度、物理化学参数和微生物群落也随时空发生演化。然而,由于缺乏热液羽流的长期监测和时序取样,微生物群落(尤其是古菌)的多样性及其时空演化尚不清楚。【方法】2018年7月−2019年6月,在卧蚕1号热液喷口东南300 m处放置了一套带有2个沉积物捕获器(分别距海底300 m和40 m)和一个浊度仪(距海底150 m)的锚系潜标,对热液羽流和热液羽流下方颗粒物沉降区的近底水样进行了为期18个月的观测和时序采样。本研究采用16S rRNA基因高通量测序技术研究了水样中古菌群落的多样性,以了解羽流层和近底沉降层古菌群落结构的特征与时空演化。【结果】热原体纲(Thermoplasmata)、甲烷八叠球菌纲(Methanosarcinia)和甲烷杆菌纲(Methanobacteria)等热液来源古菌,当浊度异常值较高时,它们的丰度也增加。从空间上看,热液羽流区和近底沉降区古菌群落结构在门和纲水平上具有相似性,但在目水平上表现出差异性,而且各主要类群的相对丰度也存在差异,其中热原体纲在羽流层中的丰度普遍高于近底沉降层,而氨氧化古菌和甲烷八叠球菌纲在沉降层的丰度较高。【结论】卧蚕热液区东南300 m热液羽流层和近底沉降层均受到了热液的影响,羽流层受热液影响的程度相对更显著,而近底沉降层除了受到一定程度的热液影响外,还可能受到了再悬浮沉积物的影响。热液贡献大小的动态变化和底层沉积物再悬浮可能是造成热液区近端水体古菌群落时空异质性的主要因素。本研究深化了对热液影响区古生菌群落结构及其月际尺度时空分布特征的认识。

关键词：卧蚕1号热液区热液羽流古菌时空演化印度洋

微生物诱导下甲烷厌氧氧化及碳酸盐矿物生成实验

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中南大学学报（自然科学版） 2016年第5期47卷 1473-1479页

作者：刘肖许天福魏铭聪温玉娟金光荣曹玉清吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室吉林长春130021

从淤泥样品中,培育甲烷氧化菌并对其进行DNA测序;进而在自行研制的反应系统中开展甲烷氧化菌-水-岩石相互作用实验,检测微生物的数量和HCO_3^-质量浓度的变化,最后对岩石样品进行扫描电镜分析。研究结果表明:所培养的淡水甲烷氧化菌为... 详细信息

从淤泥样品中,培育甲烷氧化菌并对其进行DNA测序;进而在自行研制的反应系统中开展甲烷氧化菌-水-岩石相互作用实验,检测微生物的数量和HCO_3^-质量浓度的变化,最后对岩石样品进行扫描电镜分析。研究结果表明:所培养的淡水甲烷氧化菌为假单胞菌属;微生物注入反应器后有HCO_3^-的生成,HCO_3^-质量浓度变化与微生物数量和活性有关;石英砂表面生成无定形铁白云石、亮白色菱柱状碳酸盐和长石类矿物的中间产物。

关键词：甲烷氧化菌甲烷厌氧氧化碳酸盐矿物

甲烷渗漏环境中硫酸盐还原对水化学组分的影响

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天然气地球科学 2015年第12期26卷 2372-2380页

作者：魏铭聪许天福刘肖金光荣曹玉清刘娜吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室吉林长春130021

硫酸盐还原作用是由硫酸盐还原菌(SRB)主导的,它广泛分布于海底甲烷渗漏沉积区。当它与甲烷氧化耦联时,对海底甲烷渗漏起着控制作用。研究硫酸盐还原作用对于探讨海底甲烷的迁移和转化具有重要意义。以反应釜为载体,将SRB接种于低温高... 详细信息

硫酸盐还原作用是由硫酸盐还原菌(SRB)主导的,它广泛分布于海底甲烷渗漏沉积区。当它与甲烷氧化耦联时,对海底甲烷渗漏起着控制作用。研究硫酸盐还原作用对于探讨海底甲烷的迁移和转化具有重要意义。以反应釜为载体,将SRB接种于低温高压的甲烷环境中,探讨系统内微生物地球化学作用对水化学组分和环境的影响规律。结果显示:系统内氧化还原电位由-107.5mV降低至-181.5mV;HCO_3^-和HS^-浓度均升高,前者浓度比后者大2个数量级。Fe^(2+)浓度有所上升,Ca^(2+)浓度则由2.40mg/L降低至0.04mg/L。扫描电镜下观测到有较多的碳酸盐和硫化物沉淀,能谱分析发现其主要阳离子为Fe、Ca、Mg和Mn。可以确定,硫酸盐还原作用及相应的地球化学反应控制着系统内离子组分的变化。实验结果对认识海底发生的微生物地球化学作用和海洋碳硫循环有重要意义。

关键词：硫酸盐还原菌硫酸盐还原作用甲烷环境水化学环境

增强地热系统热储层-盐水-CO_2相互作用

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吉林大学学报（地球科学版） 2015年第5期45卷 1493-1501页

作者：那金许天福魏铭聪冯波鲍新华姜雪吉林大学环境与资源学院/地下水资源与环境教育部重点实验室长春130021

增强型地热系统(EGS)是采用人工形成地热储层的方法,从低渗透性岩体中经济地采出深层热能的人工地热系统。以CO2为载热流体的增强地热能系统(CO2-EGS)是实现CO2减排和深部地热资源开发的有效手段,系统运行时的水-岩-气相互作用对热储层... 详细信息

增强型地热系统(EGS)是采用人工形成地热储层的方法,从低渗透性岩体中经济地采出深层热能的人工地热系统。以CO2为载热流体的增强地热能系统(CO2-EGS)是实现CO2减排和深部地热资源开发的有效手段,系统运行时的水-岩-气相互作用对热储层孔渗特征有着重要影响,最终会影响储层的产热能力。笔者利用高温高压反应釜模拟CO2-EGS高温下的热储层-盐水-CO2的相互作用,通过对实验中反应液离子成分变化和岩样扫描电镜进行分析,结果表明:实验后的钾长石和方解石出现溶解现象,且方解石溶蚀剧烈;岩样表面出现极少量次生方解石和钠长石,并有新矿物析出,其主要组成元素为C、O、Si、Fe,为菱铁矿的中间产物。通过TOUGHREACT建立反应性溶质运移模型,模拟上述实验的化学反应过程,模拟结果和实验数据拟合较好。该研究可为CO2-EGS的水-岩-气作用机制提供地球化学数据。

关键词： CO2-EGS 水-岩-气相互作用数值模拟干热岩松辽盆地

EGS载热流体水岩作用对人工地热储层裂隙物性特征的影响

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科技导报 2014年第14期32卷 42-47页

作者：鲍新华吴永东魏铭聪金显鹏王淑媛吉林大学环境与资源学院长春130021 中国石油大庆油田有限责任公司大庆163000

增强型地热系统(EGS)是一种从低渗透率低孔隙度岩层中提取热量的工程。载热流体注入深部地热储层后在储层裂隙发生水岩作用,引起地热储层矿物的溶解和沉淀,改变储层裂隙通道的物性特征,对EGS的长期运行产生重要影响。以苏尔茨地区的一... 详细信息

增强型地热系统(EGS)是一种从低渗透率低孔隙度岩层中提取热量的工程。载热流体注入深部地热储层后在储层裂隙发生水岩作用,引起地热储层矿物的溶解和沉淀,改变储层裂隙通道的物性特征,对EGS的长期运行产生重要影响。以苏尔茨地区的一种典型花岗岩为人工地热储层,建立了一维多重相互作用连续统一体地质模型,将相同温度的CO2和水以相同压力注入人工地热储层裂隙通道中,探讨两种载热流体的水岩作用对储层裂隙物性特征的影响。结果表明,在同样的储层状态、相同的运行模式下,CO2-EGS水岩作用对裂隙通道物性特征的影响明显小于H2O-EGS。

关键词：增强型地热系统地热储层水岩作用载热流体物性特征

二氧化碳羽流地热系统中井间距和储层渗透率对热提取率的影响:以松辽盆地为例

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地质科技情报 2015年第2期34卷 188-193页

作者：魏铭聪杨冰许天福石岩封官宏冯波吉林大学环境与资源学院长春130021 吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室长春130021

二氧化碳羽流地热系统（CPGS）是一种新的地热能的开采技术,其以超临界CO2作为地下热能载体,利用天然孔隙介质,实现深部地热资源的提取与CO2地质储存的双重目的。以松辽盆地中央凹陷区泉头组三、四段为目标储层,运用TOUGH2/ECO2H软件建... 详细信息

二氧化碳羽流地热系统（CPGS）是一种新的地热能的开采技术,其以超临界CO2作为地下热能载体,利用天然孔隙介质,实现深部地热资源的提取与CO2地质储存的双重目的。以松辽盆地中央凹陷区泉头组三、四段为目标储层,运用TOUGH2/ECO2H软件建立了平面二维羽流地热模型,且对地下载热流体进行了数值模拟,定量分析了注入井与生产井井间距离以及储层渗透率对热提取率的影响。模拟结果显示,羽流地热系统的热提取率随着注入井与生产井的井间距离和储层渗透率的增大而增大。为提高CO2羽流地热系统的能量输出,应选择＂中等渗透率（模型为10-15~10-14 m2）、注入井与生产井的井间距离长（模型为707.10m）＂的地层作为热储层。

关键词：羽流地热系统热提取率井间距数值模拟

甲烷渗漏背景下硫酸盐还原对含铁自生矿物生成的影响

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石油与天然气地质 2018年第1期39卷 183-191页

作者：贝科奇许天福商松华魏铭聪金光荣曹玉清田海龙吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室吉林长春130021

海底甲烷渗漏现象广泛分布于天然气水合物潜在区,甲烷渗漏区发生的甲烷厌氧氧化和硫酸盐还原作用,不仅控制着甲烷的渗漏,还会促进自生矿物的形成,在铁含量较多的沉积层则呈现为含铁自生矿物的富集。利用低温高压反应釜模拟海底沉积层环... 详细信息

海底甲烷渗漏现象广泛分布于天然气水合物潜在区,甲烷渗漏区发生的甲烷厌氧氧化和硫酸盐还原作用,不仅控制着甲烷的渗漏,还会促进自生矿物的形成,在铁含量较多的沉积层则呈现为含铁自生矿物的富集。利用低温高压反应釜模拟海底沉积层环境,对环境中甲烷-水-岩-微生物的相互作用进行了实验研究,探讨了甲烷渗漏环境中硫酸盐还原对含铁自生矿物生成的影响。实验结果显示:反应溶液中pH、ORP下降,HS^-和HCO_3^-离子浓度上升,指示反应釜内发生了硫酸盐还原和甲烷厌氧氧化作用。溶液中总铁含量实验前后减少了约7.5 mg/L,说明存在与铁有关的沉淀作用。扫描电镜观测到较多的铁硫化物及少量铁白云石和菱铁矿沉淀。自生矿物的生成和微生物作用密切相关,硫酸盐还原和甲烷厌氧氧化作用相互影响耦合,可以促进含铁自生矿物的生成。实验结果有助于深入认识海底甲烷渗漏区含铁自生矿物的形成以及其水合物指示意义。

关键词：甲烷渗漏环境反应釜实验硫酸盐还原反应含铁自生矿物天然气水合物

西北印度洋卡尔斯伯格脊卧蚕热液羽流影响区细菌群落结构特征及其演化

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微生物学报 2022年第6期62卷 1974-1985页

作者：谢倩韩喜球魏铭聪邱中炎董传奇吴月红吴雪停余娟上海交通大学海洋学院上海200240 自然资源部第二海洋研究所自然资源部海底科学重点实验室浙江杭州310012 浙江大学海洋学院浙江舟山316021 中国海洋大学海洋地球科学学院山东青岛266100 自然资源部第二海洋研究所自然资源部海洋生态系统动力学重点实验室浙江杭州310012

【目的】热液羽流影响区包括热液羽流流经区域和羽流中性浮力层下方受热液颗粒物影响的区域。随着热液羽流的演化,热液羽流影响区内微生物群落的结构组成也会发生相应的变化,但是,由于观测和取样困难等原因,迄今热液羽流影响区不同空间... 详细信息

【目的】热液羽流影响区包括热液羽流流经区域和羽流中性浮力层下方受热液颗粒物影响的区域。随着热液羽流的演化,热液羽流影响区内微生物群落的结构组成也会发生相应的变化,但是,由于观测和取样困难等原因,迄今热液羽流影响区不同空间位置微生物的群落结构特征及其在月际尺度上的演化尚不清楚。【方法】中国大洋49航次在卧蚕1号热液喷口东南侧300 m处投放了沉积物捕获器锚系,在不同离底高度开展了为期18个月的观测和时序采水。本文采用Illumina MiSeq高通量测序技术对水样中的微生物类群进行测序分析,结合现场实时探测的浊度异常资料,研究卧蚕热液区附近中性浮力羽流和热液颗粒沉降区细菌群落结构的特征和演化及其影响因素。【结果】结果表明,样品中细菌群落以γ-变形菌纲(Gammaproteobacteria)、弯曲菌纲(Camplylobacteria)、α-变形菌纲(Alphaproteobacteria)、拟杆菌纲(Bacteroidia)、梭菌纲(Clostridia)和脱硫叶菌纲(Desulfobulbia)为主。在时间上,优势类群的相对丰度随浊度起伏发生变化,当浊度异常值升高时,弯曲菌纲相对丰度增加,α-变形菌纲相对丰度减少;在空间上,热液颗粒沉降区样品(离底40 m)中弯曲菌纲的平均相对丰度更高,中性浮力羽流(离底300 m)γ-变形菌纲的平均相对丰度更高。【结论】研究区受到了热液羽流的动态影响,当热液活动增强时,弯曲菌纲相对丰度显著增加,α-变形菌纲相对丰度减少;下方羽流颗粒沉降区比上方中性浮力羽流区含有更丰富的弯曲菌纲,而γ-变形菌纲则在中性浮力羽流更加富集。热液输入物质和硫化物颗粒的含量差异可能是造成热液羽流影响区内微生物时空间异质性的主要因素。

关键词：卧蚕热液区热液羽流影响区细菌多样性时空演化高通量测序

EGS地热能开发过程中水岩作用对热储层特征的影响

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可再生能源 2014年第7期32卷 1004-1010页

作者：李佳琦魏铭聪冯波雷宏武许天福吉林大学地下水资源与环境教育部重点实验室吉林长春130021

增强型地热系统(EGS)是一种从地下深部低孔低渗高温岩层提取大量热能的能量利用工程,通过注水孔注入的冷水在高温岩层中循环实现热量的提取。在EGS地热能开发过程中,冷水的循环扰乱了地下深部水岩系统的热平衡和化学平衡,导致部分矿物... 详细信息

增强型地热系统(EGS)是一种从地下深部低孔低渗高温岩层提取大量热能的能量利用工程,通过注水孔注入的冷水在高温岩层中循环实现热量的提取。在EGS地热能开发过程中,冷水的循环扰乱了地下深部水岩系统的热平衡和化学平衡,导致部分矿物溶解或沉淀,进而改变储层的孔隙度和渗透率。文章利用不锈钢密闭反应釜进行室内高温水岩反应试验,结合数值模拟分析水岩相互作用对EGS热储层特征的影响。研究结果表明,注入冷水到花岗岩热储层中导致石英矿物沉淀,其相对质量分数增大13%,碱性长石、斜长石、黑云母矿物溶解,其相对质量分数分别减小7%,5%,1%,总体上使得溶液中Si元素浓度降低,Ca2+,Na+,K+浓度升高,储层孔隙度、渗透率均随时间逐渐增大,提高了EGS储层地热能开发的热提取效率。

关键词：增强型地热系统水岩作用矿物溶解/沉淀孔隙度渗透率