近日，中国科学院深海科学与工程研究所海洋地球物理与资源实验室的吴时国研究员指导的博士生Umair Khan与北京科技大学的合作者在期刊《Geoscience Frontiers》上发表了一篇题为《Geochemical Cycling, Tectonic Drivers and Environmental Impacts of CH₄-Rich Mud Extrusions in Subduction Zones》的论文。

图1. 俯冲带中富含CH4的泥火山的地球化学循环、构造驱动因素及环境影响

俯冲带是岩石圈挥发物流通的关键界面，复杂的构造和地球化学相互作用促进了地壳深部储层中气体和流体的释放。泥火山活动作为这些过程的动态表现，贡献了CH₄排放，影响了全球CH₄预算并对海洋生态系统产生影响。全球范围内，约2000处泥火山位于俯冲带，突显了俯冲相关的地球化学和构造过程在促进CH₄向大气和水圈排放中的重要性。 近年来，遥感技术（合成孔径雷达干涉测量、航空摄影、机载激光扫描）与水声学方法的协同应用，系统刻画了陆域与海域富CH₄泥火山的三维几何形态与空间分布特征。气相色谱、同位素分析、原位气体通量测量以及喷出的泥火山气体与流化泥浆的地球化学分析进一步推进了对分子组成、同位素特征和再循环组分化学性质的研究。此外，深海钻探和搭载CH₄传感器的潜水器为喷发活动、挥发性排放及潜在危害提供了新的见解。

然而，关于富 CH₄ 泥火山的地质起源以及俯冲相关的地球化学和构造机制在活动俯冲边缘中的作用仍存在关键空白。本研究采用多学科方法，结合地球物理、地质和地球化学数据集，提出了 Makran Subduction Zone 中富 CH₄ 泥火山的新演化模型。Makran Subduction Zone 因其独特的地质特征（包括世界上最大的增生楔、高地震潜力和活跃的富 CH₄ 泥火山）而成为理想的研究模型系统。

图2. (a) 全球富 CH₄ 泥火山的构造区域；(b-e) Barbados、Northern Hikurangi、Nankai Trough 和 Makran Accretionary Wedges 的示意剖面图

图3. Makran Subduction Zone 中泥底辟和流体逃逸管的三维结构及多属性地震特征

图4. 综合覆盖层和压力梯度建模显示了 Makran Subduction Zone 中泥底辟上方垂直应力和孔隙压力的有效发展

图5. Makran Subduction Zone 中三座泥火山喷出的泥角砾岩及气体的地球化学分析

图6. Makran Subduction Zone 中富 CH₄ 泥火山的地质演化模型

上述研究得到了中国国家自然科学基金、海南省院士创新平台专项研究基金和海南省重点部署项目的支持。

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