南黄海沉积物中自生黄铁矿的研究

一九七二年以来,我们对北纬34°以北,东经123°以西至山东、江苏近岸5米等深线范围内,面积约8万平方公里的海域,进行了海洋地质综合调查。通过对1300多个沉积物样品的矿物镜下鉴定,发现海区矿物多达50余种,其中自生矿物就占有10多种。在自生矿物中,以自生黄铁矿最具有代表性。本文仅对南黄海西北部沉积物中自生黄铁矿的矿物特征、分布规律、沉积环境和成因作一初步探讨。     

天然气水合物沉积环境的自生矿物特点及其在南海的发育情况

天然气水合物沉积环境出现的岩石矿物主要为碳酸盐岩、黄铁矿、石膏等。自生碳酸盐岩的典型特点为极负的δ13CPDB值（最低可达-70．0‰）、正的δ18OPD。值（＋2．5‰-＋6．5‰），碳酸盐矿物主要为镁方解石、文石、白云石和菱铁矿。黄铁矿以霉球状、条状为主。石膏则主要为自形晶体，透明。此类自生岩石矿物与甲烷厌氧氧化过程或水合物的形成效应有关。南海沉积物中出现的自生碳酸盐岩、黄铁矿和石膏，其特点与水合物沉积环境中的十分类似，预示了南海可能存在有利于水合物成藏的地球化学过程。     

南海北部神狐水合物赋存区浅表层沉积物自生矿物特征及其成因探讨

通过对南海北部神狐海域Site5B和Site4B站位岩心柱沉积物中自生矿物的类型、形貌特点、丰度和稳定同位素特征的研究,探讨了自生矿物的成因机制。研究表明,沉积物中主要发育黄铁矿和碳酸盐类自生矿物。两个站位中发育的自生矿物的丰度、分布位置、晶体形貌和个体大小等存在明显差异,可能与不同站位中甲烷通量和深部构造有关。自生黄铁矿可能是硫酸盐与甲烷等烃类气体或有机质的厌氧氧化作用的产物,极低负值的硫同位素值可能与硫酸盐还原菌和单质硫歧化菌共同参与有关。自生碳酸盐矿物的成因则相对复杂,其形成过程受多种因素的综合影响。碳同位素值未表现出极低负值,可能是甲烷、有机质和正常海水等碳源混合的结果。     

南海东北部岩芯沉积物磁性特征及对甲烷事件的指示

在甲烷渗漏海域,沉积物磁化率通常表现出异常的低值特征,这与硫酸盐-甲烷转换带（SMTZ）内甲烷厌氧氧化反应（AOM）的发育而导致的自生矿物的形成作用有关。通过测定南海东北部Site DH-CL11、Site 973-2、Site 973-4三个站位400个岩芯沉积物样品的磁化率,并结合三个站位自生黄铁矿丰度和硫同位素等数据探讨了南海北部天然气水合物潜在区沉积物磁化率的变化特征及其对甲烷渗漏事件的指示意义。结果表明:在甲烷异常渗漏海域,上涌甲烷与下渗硫酸盐在SMTZ内发生AOM反应生成了大量的HS-,造成亚铁磁性矿物大量溶解,同时生成大量顺磁性自生黄铁矿,导致沉积物磁化率的异常降低;但是,在HS-不足时,铁硫化物黄铁矿化不充分,会优先生成胶黄铁矿,进而出现二次磁信号。在天然气水合物潜在海域,沉积物磁化率的异常特征可以反映下部甲烷通量的变化,从而指示下伏天然气水合物藏演化,因此能够成为探测天然气水合物藏的一种间接有效的手段,将有助于我国南海北部海域天然气水合物的勘探。     

黄海和渤海沉积物 210Pb活度的分布特征

利用α多道能谱仪测定了黄海和渤海海域 58个表层沉积物样品的 210Pb活度,探讨了黄海和渤海表层沉积物中 210Pb活度的空间分布特征.渤海中部、北黄海中部泥质沉积区和南黄海中部泥质沉积区是 210Pb活度的高值区.渤海湾内、莱州湾内及北黄海西南部沿岸海域则是 210Pb活度的低值区.黄海和渤海海区 210Pb的富集、分布特征受到研究海区水动力条件和沉积物粒级的制约.根据位于黄海和渤海泥质沉积区的 3个岩芯 210Pb活度的垂直分布资料,并结合 2个站位所取岩芯的 210Pb活度的垂直分布资料,探讨了 210Pb活度的垂直分布与沉积环境之间的关系.黄海和渤海 210Pb活度呈现高值的泥质沉积区,其 210Pb活度随岩芯深度衰减的垂直分布很有规律且沉积速率较低,由此可以反映泥质沉积区稳定的沉积环境.     

海洋沉积物中自生黄铁矿研究的体视镜挑选与铬还原处理方法对比——来自南海北部陆坡Site 4B站位的研究

黄铁矿是大陆边缘海相沉积物中常见的自生矿物类型之一,对沉积环境变化、早期成岩作用和天然气水合物均有重要的指示意义.体视镜挑选和铬还原处理两种方法是目前研究海相沉积物中自生黄铁矿的最常用方法,但少有对这二种方法进行对比研究的报道.本文采用上述二种方法对取自南海北部陆坡神狐海域Site 4B站位的浅表层沉积物中的黄铁矿进行了测试与分析,结果表明二种方法获得的黄铁矿相对含量及其硫同位素值的主要变化特征均有良好的同步性,且二种方法结果的差值基本保持在一定的误差范围内,说明任何一种方法都可以有效地反映沉积物中黄铁矿相对含量及其硫同位素值的主要变化规律.然而,上述二种方法从操作性和经济实用性上存在较明显的差别,铬还原处理方法从理论上更为科学和准确,但是体视镜挑选方法具有明显的易操作、经济性和实用性.本文研究后建议在实际应用过程中不妨将两种方法结合,即初期样品处理采用体视镜挑选方法,获得整个沉积物中黄铁矿产出变化规律,后期对变化明显区段采用铬还原处理方法进行更精确研究.     

南海北部甲烷渗漏的沉积地球化学指标(Sr/Ca和Mg/Ca)识别

自生碳酸盐矿物是揭示甲烷渗漏过程及其周期性变化的重要指标。为了方便、快速地识别出自生碳酸盐矿物,在探讨了前人建立的端元组分模型(文石、高镁方解石、生物成因方解石和碎屑)在我国南海北部适用性的基础上,利用沉积物全样中Sr/Ca和Mg/Ca值计算了南海北部神狐海域两支沉积物柱状样中自生碳酸盐矿物的质量分数,计算结果表明,在不同沉积深度均有含量不等的自生碳酸盐矿物。这一结果被X射线衍射结果和沉积物中存在晶形完好的自生高镁方解石和文石矿物所验证,表明利用前人建立的端元组分模型计算的结果具有可靠性。自生碳酸盐矿物的出现显示该海域深受甲烷渗漏作用影响。利用地球化学指标(Sr/Ca和Mg/Ca)获得的自生碳酸盐矿物含量垂向变化显示该区域甲烷渗漏具有强弱交替的周期变化。运用端元组分模型来获取沉积物柱状样中自生碳酸盐矿物的高分辨率剖面,从而识别甲烷渗漏信息非常方便,在大范围寻找甲烷渗漏和天然气水合物方面具有较大潜力。     

现代沉积中海绿石的分选方法及其成因问题

在研究冲绳海槽和温东海域的现代沉积物时,海绿石是常见矿物之一。本文对现代沉积中自生海绿石的分选问题做了研究,取得了较为满意的结果。对其成因问题亦作了讨论。 一、现代沉积中自生海绿石的基本特征 冲绳海槽、温东海域现代沉积中的自生海绿石,与一般砂岩中的海绿石相比,其表面形态相当特殊,即几乎都是不同深度的绿色球状或连球状体,表面具有不规则裂纹或生物印痕。裂纹中常有不透明白色     

泰国湾西部表层沉积物重矿物分布特征:对物质来源和沉积环境的指示

对泰国湾西部159个表层沉积物进行了碎屑重矿物鉴定分析,其中57站重矿物颗粒数少于300粒,有效数据102站。结果表明,泰国湾西部表层沉积物中重矿物含量低,平均为1.628%,变化范围在0.016%~20.755%之间;共鉴定出重矿物29种,包括菱铁矿、褐铁矿、普通角闪石、自生黄铁矿、赤铁矿、绿帘石、磁铁矿、白钛石、锆石、紫苏辉石、石榴子石、黑云母、水黑云母、普通辉石、透闪石、白云母、钛铁矿、白云石、榍石、磷灰石、绢云母、蓝晶石、十字石、阳起石、电气石、金红石、棕闪石、独居石和透辉石,其中优势矿物为菱铁矿、普通角闪石和褐铁矿,平均含量(颗粒百分含量,下同)分别为41.6%,15.6%和13.4%,最高含量分别为99.7%,72%和94%;特征矿物为自生黄铁矿、磁铁矿、赤铁矿和锆石,平均含量分别为6.8%,4.1%,3.9%和0.9%,最高含量分别为97.3%,26.0%,91.7%和11.0%。利用数学聚类方法并结合矿物分布,在泰国湾西部划分出6个重矿物分区,基本以从北到南垂直岸线的东西向带状分布,矿物分区与物质来源和沉积环境具有较好的对应关系。重矿物来源主要为陆源和自生源:前者以普通角闪石、磁铁矿、赤铁矿、钛铁矿以及紫苏辉石等为代表性矿物,陆源物质输入较为明显的海区有3处,即曼谷湾的罗勇外部海区、春蓬和敦沙之间的近岸区域以及宋卡和北大年之间近岸区域,其中春蓬和敦沙之间的近岸区域表层沉积物中黑色金属矿物含量高,与附近有铁矿床分布相符合;后者以菱铁矿、自生黄铁矿以及菱铁矿风化形成的褐铁矿为代表性矿物,主要分布在陆架中南部、中东部和中北部。依据自生源矿物分布特征在陆架中部划分出不同的沉积环境,在陆架中南部和中北部为轻度还原环境,局部出现较强的还原环境,而在陆架中南部的轻度还原区域内出现氧化沉积环境。     

新西兰北岛红树林沉积物中黄铁矿微观形貌特征及其环境指示意义

为探究红树林沉积环境自生黄铁矿形貌特征及其分布规律,利用新西兰北岛红树林沼泽区三个不同植被带采集的沉积物柱状样品,在偏光显微镜及扫描电镜下对其不同深度沉积物样品中黄铁矿数量及形貌特征进行了分类、统计.结果表明:①三个植被带沉积物样品中均存在莓球状黄铁矿、团块状黄铁矿、结核状黄铁矿及晶粒状黄铁矿,且结核状黄铁矿占比最高;...     

东营凹陷沙河街组三段地层特征及典型成岩矿物组合研究

在对东营凹陷沙河街组三段地层特征、成岩矿物在不同构造带分布研究基础上,探讨了自生黄铁矿、含铁碳酸盐等典型成岩矿物的形成及其与油气的关系。针对自生黄铁矿-碳酸盐矿物-自生石英矿物组合,提出了示烃球的新认识并将其分为两大类,I型示烃球主要分布于含油性较好层段,II型示烃球主要分布于烃类活动相对较弱的非含油层段。烃类活动导致自生黄铁矿的形成,这是形成示烃球的重要原因。     

综合大洋钻探计划311航次沉积物中自生黄铁矿及其硫稳定同位素研究

对综合大洋钻探计划(IODP)311航次652个岩心沉积物样品进行了自生黄铁矿颗粒筛选、显微形貌特征及其硫稳定同位素组成等初步研究。扫描电镜(SEM)照片显示黄铁矿以微球粒状和立方体状形貌产出,其成因与微生物作用和无机作用有关。黄铁矿的δ34SCDT值变化范围较大,从-35.4‰到+53.6‰,其成因与甲烷厌氧氧化作用(AOM)的关系密切。海水源为主的硫酸盐参与了沉积物上部的AOM过程,黄铁矿硫稳定同位素正偏的原因可能与较强的AOM作用和较多的残余硫酸盐参与有关。冷泉背景站位中黄铁矿的δ34SCDT值随着深度增加而增加,从浅表层的-35.83‰增加到深处的32.49‰,反映深处沉积物内黄铁矿形成过程中曾有过较多的残余硫酸盐参与还原,暗示其背景曾经是更高的甲烷通量和更强的AOM作用。研究结果提供了现代海洋天然气水合物背景下沉积物中自生黄铁矿及其硫稳定同位素特征记录,对于寻找我国海域天然气水合物资源,探索地史时期古海洋沉积物中甲烷事件记录具有重要的意义。     

广东省海岸表层沉积物的重矿物特征及其与沉积环境的关系

广东省海岸表层沉积物中的重矿物近40种。含量较高的有钛铁矿、赤矿铁、磁铁矿、话石、电气石、黑云母和普通角闪石等。自生矿物主要为硬石膏、自然铜、黄铁矿及菱铁矿。这些矿物来自附近的母岩。根据物源性质不同,可将不同岸段重矿物区分为陆源矿物组合、近源-自生矿物组合和近源矿物组合三种:除物源控制外,重矿物含量、种类、形态特征及其在平面上的分布主要受沉积环境影响。据此,可将重矿物分布类型划分为河口型、海湾型和海岛型三类,且与上述不同矿物组合性质相对应。     

沉积过程对自生黄铁矿硫同位素的约束

自生黄铁矿是海洋沉积物中还原态硫的主要赋存形式,其形成过程与有机质矿化相关,影响全球的C-S-Fe生物地球化学循环。自生黄铁矿硫同位素分馏主要受微生物硫酸盐还原的控制,但近期的研究成果表明局部沉积环境的改变也可以影响黄铁矿硫同位素的组成,特别是在浅海环境。在浅海非稳态沉积环境内,物理再改造和生物扰动作用,导致硫酸盐还原带内生成的硫化物被再氧化,进而影响黄铁矿的硫同位素值。浅海沉积过程容易受到古气候和海平面变化的影响,引起沉积速率的剧烈波动,导致有机质和活性铁输入的不稳定,进而影响成岩系统的开放性和硫酸盐还原速率,最终影响黄铁矿的硫同位素值。另外,沉积速率的改变还影响硫酸盐—甲烷转换带的迁移,造成有机质和甲烷厌氧氧化硫酸盐还原的相互转化,产生不同的硫同位素信号。东海内陆架泥质区为研究沉积过程对自生黄铁矿的形成及其硫同位素组成的约束机制提供了很好的研究材料。该区域有很好的沉积学研究基础,自生黄铁矿丰富、并且个别层位有生物气（甲烷为主）存在,是研究边缘海C-S-Fe循环的理想场所。     

渤海东部与黄海北部表层沉积物的元素地球化学记录

为研究渤海东部及黄海北部海域沉积物常量元素组成特征及与物源的关系,分析了该海域138个站位沉积物样品的常量元素含量。渤海东部及黄海北部海域沉积物常量元素Al2O3、Mg O、Na2O和TFe2O3分布基本相似;Si O2分布与Al2O3、Mg O、Na2O和TFe2O3分布相反;Al2O3、Mg O、TFe2O3、Ti O2和Na2O等元素与细粒沉积物呈正相关,Si O2与粗粒沉积物呈正相关,Ca O、Ca CO3、Mn O和K2O分布与沉积物粒度无明显正或负的相关性;北黄海东部K2O分布反映了鸭绿江物质的影响。R-型聚类分析得出3种组合类型,以Mg O、Ca O和K2O及Mn O为代表,分别对应反映陆源细粒物质输入、指示黄河和鸭绿江物质的影响和海洋自生作用。依据Q-型聚类分析特征,将调查海域沉积物划分为4个不同的地球化学分区,同时综合分析得出了Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区和Ⅳ区的沉积物运移的路径趋势。K2O/Ca O揭示黄河物质影响自南至北和自西向东呈逐渐减弱的趋势,其中研究区西南部和北黄海中西部受黄河物质影响较强,北黄海东部沉积物更多受鸭绿江物质影响。     

东太平洋水合物海岭钻井沉积物铁硫化物的磁学特征及其意义

对ODP(大洋钻探Ocean Drilling Program)204航次在水合物海岭南峰钻取的1245B、1249C、1251B和1252A孔岩心进行磁学分析,结合自生黄铁矿集合体结果探讨沉积物中的铁硫化物的磁学特征及其与甲烷渗漏、水合物赋存的关系。结果表明：4个钻孔岩心中磁性矿物含量总体不高,主要为中、低矫顽力的软磁性矿物,载磁矿物为亚铁磁性的磁铁矿、胶黄铁矿和磁黄铁矿。沉积物中自生黄铁矿是甲烷厌氧氧化(AOM)作用下硫酸盐还原的主要产物,减缓了磁性矿物含量、颗粒大小差异对χARM、HIRM和SIRM/χ的影响,加大了χ/χARM、ARM/SIRM对磁性矿物含量的敏感度。自生黄铁矿集合体含量随深度的变化可能反映古代AOM活动。在甲烷渗漏、水合物赋存背景下,胶黄铁矿和磁黄铁矿的赋存可能是局部与水合物相关的氧化还原作用产物,也可能是早更新世末、中更新世以来某一时期硫酸盐甲烷转换带(SMTZ)快速上移的产物。早更新世沉积层内连续的胶黄铁矿沉积反映了孔隙水中HS-不足的还原成岩环境,与甲烷渗漏、水合物的赋存无关。     

黄海中北部和渤海东部表层沉积物轻矿物特征及其指示意义

对采自黄海中北部和渤海东部的233个表层沉积物样品的轻矿物含量、分布特征和矿物组合等进行了分析,对其指示意义进行了讨论。结果表明,轻矿物组成主要是现代黄河物质与海区周边近源物质相互叠加的结果,黄、渤海潮流系统对轻矿物的分布具有重要影响。现代黄河物质主要分布于渤海南部、环山东半岛泥质区、北黄海西部泥质区和南黄海中部泥质区,以高含量的云母为典型特征。辽东半岛东南侧近海一带的高成熟度细砂质沉积则可能为全新世海侵所形成的残留沉积。钾长石是近源花岗岩等酸性岩浆岩的敏感指标。云母分异指数可用来指示云母类矿物的搬运路径,表征云母类矿物之间的水动力分异程度。以云母为示踪剂,本文揭示了两条黄河悬浮物质的运移路径:大多数云母主要沿山东半岛北侧,绕经成山角,向南黄海输送;另有少部分在北黄海西部冷涡环流的驱动下,从山东半岛北侧近海向北黄海西部泥质区搬运,然后再沿黄海暖流的路径向渤海东部输送。     

台湾国姓地区中新世海相菱铁矿结核成因——来自草莓状黄铁矿粒径和硫同位素的证据

自生菱铁矿很好地记录了其形成时的地质信息及海洋中的生物地球化学过程，是示踪成岩作用带和氧化还原环境变化的绝佳载体。台湾国姓地区中新世猴洞坑组海相泥页岩中发育有大量自生菱铁矿结核，是次氧化带的产物。为进一步确认该菱铁矿形成时所处沉积环境的氧化还原状态和生物地球化学过程。本文对该区菱铁矿中保存完好的草莓状黄铁矿开展了粒径和硫同位素研究。结果显示，草莓状黄铁矿的粒径变化较大，平均粒径为9.23～11.55μm,最大粒径大于20μm,显示氧化-弱氧化的沉积环境特征；黄铁矿的δ³⁴S为-28.5‰～+3.1‰,平均值为-11.7‰,相较于海水(+21‰)富集轻的硫同位素，表明黄铁矿形成于相对开放的浅表层沉积物。黄铁矿的粒径分布规律和硫同位素特征均指示台湾国姓地区中新世海相菱铁矿形成于浅层弱氧化的次氧化带内。     

海南岛三亚湾表层沉积中的自生铁矿物组合

海南岛三亚湾表层沉积物中存在着氧化态不同的三种自生铁矿物:海绿石、菱铁矿和黄铁矿。海绿石是本区分布最广泛的自生矿物,形态主要呈团粒状。菱铁矿多呈直径为80—200μ的微球体或微球的连生体。黄铁矿多呈莓球状充填于有孔虫壳腔内。这三种铁矿物分别富集在不同的沉积相中,在丰度的空间变化上彼此呈不显著的负相关。它们的形成条件虽有较大差异,但有时可在同一样品中共生,因此,微环境的变化对它们的形成有重要作用。     

南海东北部HD196A岩心的自生条状黃铁矿

自生黄铁矿是海洋沉积物缺氧硫酸盐还原过程的主要产物。南海东北部的HD196A岩心中发现大量条状的自生黄铁矿,以中空或实心为主。含量分析表明,岩心500cm附近为黄铁矿富集带,与沉积物有机碳(Corg)、硫酸盐[SO4]2-、甲烷(CH4)以及碳酸钙(CaCO3)的地球化学特征分界一致,是岩心的沉积边界,反映了沉积物所处的缺氧环境。岩心沉积物地球化学剖面表明,有机质参与的硫酸盐还原过程和甲烷厌氧氧化作用是黄铁矿形成的主要因素。黄铁矿异常可以作为指示沉积物甲烷异常的标志之一。