《Global and Planetary Change》：A comprehensive seabed baseline for platform abandonment
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在丹麦北海两个油田及离平台遗址进行多学科研究，发现平台2存在至少6000年前的自然甲烷渗漏，而平台1及离平台遗址未检测到渗漏。研究通过地质物理、碳14年代学、微生物及海洋生物等多学科方法，区分自然与人为甲烷渗漏，强调场地特定基准研究的重要性，并建议后续监测需结合表层样品分析。
B.W. 劳里森|K.E. 汉森|L.T. 普林斯|H. 罗伊|R. 穆克吉|P.C. 克努茨
丹麦和格陵兰地质调查局（GEUS），丹麦
摘要
在放弃碳氢化合物生产场地之前，了解当前和渗漏后的实际情况是非常重要的。本文提出了一种多学科的基线研究方法，旨在描述生产前的渗漏情况，并评估与储层密封失效可能相关的未来变化。该研究涵盖了丹麦北海的两个油气生产场地以及一个离岸场地，区分了人为影响和天然气渗漏。研究结合了浅海地球物理数据、基于14C的沉积物年代学数据，并采用了多种代理指标，包括地球化学、微生物学和海洋生物学方法。所有研究场地均未发现热成气喷发的迹象；1号平台和离岸场地也未发现甲烷渗漏。相比之下，2号平台的数据表明甲烷渗漏至少已经持续了6000年，这表明存在自然产生的非人为甲烷来源。在两个平台场地中，都发现了与碳氢化合物生产相关的环境影响，但未发现与人类活动相关的气体渗漏。环境条件是导致不同地区生物组成差异的关键因素。因此，本研究强调了针对特定场地的基线研究的重要性。作为未来监测废弃场地渗漏的方法，我们建议收集多学科数据，包括沉积物岩芯分析，以建立特定场地的基线。初次调查之后，可以每半年采集一次地表样本，分析有孔虫、微生物特征和气体成分的变化。
引言
甲烷（CH4）是一种强效的温室气体，在大陆架海域的海洋沉积物中普遍存在（B?ttner等人，2019年；Judd，2003年）。甲烷可以由现代沉积物中的微生物生成（Flury等人，2016年），或者从更深层的地层迁移到地表。甲烷从深层向海底的自然垂直迁移或渗漏通常与天然断层和裂缝有关（Cartwright，2007年；Andresen，2012年），或者与由于局部压力释放而形成的天然垂直流体通道有关（Karstens和Berndt，2015年；B?ttner等人，2019年）。在受人类活动严重影响的浅海大陆架上，一个关键挑战是将自然甲烷渗漏与碳氢化合物开采和生产过程中产生的气体产物区分开来。沉积储层中甲烷的主要来源是有机物质在超过微生物甲烷生成阈值的温度下的非生物热裂解（Stolper等人，2014年）。热成甲烷（起源于海床下方数公里处）可以通过甲烷的同位素组成及其与高阶烃类的共存来与浅层生物成因气体区分开来（Bernard等人，1976年）。然而，从储层到地表的路径——无论是通过天然断层和渗漏还是通过泄漏的生产设施——无法通过化学或同位素分析来确定。因此，很难判断废弃平台附近的气体泄漏是该地区原本就存在的自然渗漏，还是由于盖层破裂或密封失效造成的。在北海，这一问题对于平台废弃决策至关重要，因为油气生产正在逐步停止；同时，这也与地下二氧化碳（CO2的储存有关。
本文提出了一种多学科的方法，用于建立渗漏基线，以便监测废弃生产区域的未来变化。研究内容包括：1）用于确定气体迁移路径的地球物理数据；2）将渗漏与沉积历史联系起来的沉积物岩芯岩性和年代学数据；3）专门针对有孔虫和双壳类动物的壳体微体和大型动物指标的开发；4）通过微生物DNA分析来确定当前的甲烷影响。通过这项研究，我们增进了对人类活动在大陆架海域影响的认识，特别是在化石碳氢化合物生产逐渐被二氧化碳捕获与储存（CCS）所取代的背景下。
北海地质与甲烷系统
对于在北海近地表地质构造中积聚的气体，主要有两个来源：（1）来自侏罗纪地层中有机物质热分解的热成甲烷（Japsen等人，2003年）；（2）由微生物在现代第四纪沉积物或覆盖北海地堑结构的较古老新近纪地层中降解有机物质产生的生物成因甲烷（Duan等人，Petersen和Smit，2023年）。
材料与方法
我们的甲烷基线研究采用的方法如表2所示。每种数据类型的解释、适用范围、优点和缺点均已列出。
地震数据是在两次考察期间收集的。2021年，MBES从R/V Aurora研究船在离岸区域收集了地震数据和岩芯样本；2022年，MBES从SIMA船在平台周围收集了岩芯和海底剖面数据。此外，还使用了现有的地震数据（SBP数据）。
海底空间特征
图4 A–D展示了用于检测浅层气体存在和迁移路径的地震数据示例。1号平台周围地区的地层框架基于Prins和Andresen（2019年）及Prins和Andresen（2021年）的研究。这里的地质单元包括末次冰盛期（Late Glacial Maximum）之前的冰川湖泊沉积物（单元1，见图4）。这些沉积物显示出混乱的反射模式。在其上方，融水沉积物在局部区域沉积。
讨论
这项基线研究利用地球物理、地质、地球化学和生物数据来推断当前和过去的海底甲烷环境状况。浅层地震数据揭示了气体渗漏的路径，并为从沉积物岩芯中提取的特定场地数据提供了空间地层框架。孔隙水中的微生物和气体数据则反映了当前的环境状况。沉积学、地球化学和动物学数据进一步提供了关于过去和近期情况的信息。
结论与建议
基于地球物理、生物、地质和地球化学数据，有确凿证据表明北海某平台在人类活动之前就存在长期渗漏现象。研究结果显示，2号平台在油气生产开始前就存在浅层甲烷渗漏，且至少6000年前就已经形成了甲烷渗漏的基线。相反，1号平台和离岸区域没有发现显著的甲烷渗漏（无论是热成性的还是生物成因的）。
作者贡献声明
B.W. 劳里森：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、项目监督、方法论制定、研究实施、资金筹集、数据分析、数据管理、概念构思。K.E. 汉森：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、方法论制定、研究实施、数据分析、数据管理。L.T. 普林斯：撰写——审稿与编辑、初稿撰写、数据可视化、项目监督、方法论制定、研究实施、资金筹集
未引用参考文献
Culver和Buzas，1995
丹麦能源署，2025a
丹麦能源署，2025b
Deng等人，2025
Duan等人，2023
Hansen等人，2025
Hebbeln等人，2003
国际能源署（IEA.org），2025
Juretschko等人，2002
Kender和Kaminski，2017
利益冲突声明
劳里森等人的论文作者声明，他们没有已知的可能影响本文研究的财务利益或个人关系。
所有作者均未参与文章的审稿或发表决定过程。
致谢
作者感谢丹麦海上技术中心和丹麦地下能源联盟（TotalEnergies、BlueNord和Nords?fonden）在“废弃项目”下提供的资金支持。感谢奥胡斯大学的Katrine Juul Andresen和Ole R?n? Clausen就北海地质问题进行的讨论。感谢GEUS的Ole Bennike就全新世双壳类动物和北海古环境问题提供的帮助。同时感谢TOTAL公司提供了两处海域的旧地震数据。
