發(fā)布時(shí)間：2021-07-29 11:25

　　自生黃鐵礦是海洋沉積物中還原態(tài)硫的主要賦存形式,其形成過程與有機(jī)質(zhì)礦化相關(guān),影響全球的C-S-Fe生物地球化學(xué)循環(huán)。自生黃鐵礦硫同位素分餾主要受微生物硫酸鹽還原的控制,但近期的研究成果表明局部沉積環(huán)境的改變也可以影響黃鐵礦硫同位素的組成,特別是在淺海環(huán)境。在淺海非穩(wěn)態(tài)沉積環(huán)境內(nèi),物理再改造和生物擾動(dòng)作用,導(dǎo)致硫酸鹽還原帶內(nèi)生成的硫化物被再氧化,進(jìn)而影響黃鐵礦的硫同位素值。淺海沉積過程容易受到古氣候和海平面變化的影響,引起沉積速率的劇烈波動(dòng),導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)和活性鐵輸入的不穩(wěn)定,進(jìn)而影響成巖系統(tǒng)的開放性和硫酸鹽還原速率,最終影響黃鐵礦的硫同位素值。另外,沉積速率的改變還影響硫酸鹽—甲烷轉(zhuǎn)換帶的遷移,造成有機(jī)質(zhì)和甲烷厭氧氧化硫酸鹽還原的相互轉(zhuǎn)化,產(chǎn)生不同的硫同位素信號(hào)。東海內(nèi)陸架泥質(zhì)區(qū)為研究沉積過程對自生黃鐵礦的形成及其硫同位素組成的約束機(jī)制提供了很好的研究材料。該區(qū)域有很好的沉積學(xué)研究基礎(chǔ),自生黃鐵礦豐富、并且個(gè)別層位有生物氣（甲烷為主）存在,是研究邊緣海C-S-Fe循環(huán)的理想場所。 

【文章來源】：沉積學(xué)報(bào). 2020,38(01)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：14 頁

【部分圖文】：

黃鐵礦硫同位素組成與海平面變化之間的關(guān)系（修改自文獻(xiàn)[68])

海洋是地球上最大的硫儲(chǔ)庫，其中硫酸鹽（SO42-）是海水中硫的主要賦存形式，現(xiàn)代海洋中的硫酸鹽平均含量達(dá)到29 mmol/L[1]。海水硫酸鹽在有機(jī)質(zhì)礦化的驅(qū)動(dòng)下轉(zhuǎn)變?yōu)榱蚧镞M(jìn)入海洋沉積物，因此海洋沉積物是硫的最主要的“匯”[2]。在穩(wěn)態(tài)環(huán)境中，按照自由能大小，有機(jī)質(zhì)礦化先后經(jīng)過有氧呼吸、反硝化、錳鐵氧化物還原、硫酸鹽還原和CO2還原等過程[3]，構(gòu)成沉積物剖面上理想的氧化還原序列（圖1)[4]。當(dāng)甲烷生成后，可以向上擴(kuò)散，與孔隙水中的硫酸鹽發(fā)生甲烷厭氧氧化（AOM）反應(yīng)，并且在硫酸鹽—甲烷轉(zhuǎn)換帶內(nèi)（SMTZ）生成大量硫化氫（H2S）。另外，甲烷還可以直接和鐵錳氧化物反應(yīng)，例如甲烷厭氧氧化—鐵還原過程[5]。上述有機(jī)質(zhì)礦化過程中，硫酸鹽還原是邊緣海沉積物內(nèi)有機(jī)質(zhì)礦化最主要的途徑，并且大約70%的硫酸鹽還原發(fā)生在大陸架沉積環(huán)境，占沿岸沉積物有機(jī)質(zhì)礦化的一半以上[2,6]。海水硫酸鹽經(jīng)過微生物硫酸鹽還原（MSR）產(chǎn)生H2S，隨后與活性鐵反應(yīng)形成鐵硫化物而埋藏在海洋沉積物中[7-8]。自生黃鐵礦（FeS2）是海洋沉積物中硫化物最主要的礦物形態(tài)[9]，其形成過程伴隨著有機(jī)質(zhì)礦化，硫酸鹽還原以及鐵氧化物的還原等成巖過程，是研究海洋沉積物內(nèi)C-S-Fe生物地球化學(xué)循環(huán)的重要載體[10-12]。黃鐵礦形成的成巖環(huán)境和成巖路徑可以通過其形貌、粒徑[10,13-15]、鐵同位素[16]以及硫同位素[17-21]等指標(biāo)進(jìn)行示蹤，因此，以自生黃鐵礦為載體，可以利用多種指標(biāo)研究邊緣海沉積物內(nèi)黃鐵礦的形成機(jī)制及硫同位素組成。但是，在現(xiàn)實(shí)環(huán)境中，由于沉積物經(jīng)常受到再懸浮，生物擾動(dòng)、事件沉積等因素的影響，往往導(dǎo)致氧化還原帶的相互重疊或者缺失[22]，形成非穩(wěn)態(tài)的沉積成巖環(huán)境[23-24]。因此，沉積環(huán)境在黃鐵礦的形成過程及其同位素組成方面也起到非常重要的作用，本文重點(diǎn)論述局部沉積環(huán)境的改變對沉積物內(nèi)無機(jī)硫生物地球化學(xué)循環(huán)的影響，希望可為研究自生黃鐵礦相關(guān)的早期成巖及生物地球化學(xué)過程起到拋磚引玉的效果。1 全球硫循環(huán)及硫同位素組成

除了有機(jī)質(zhì)的硫酸鹽還原外，甲烷厭氧氧化（AOM）也能夠強(qiáng)烈影響硫酸鹽還原過程（反應(yīng)見圖1），此時(shí)，甲烷替代有機(jī)碳成為消耗硫酸鹽的主要途徑[1,48-50]。AOM過程不僅影響沉積物內(nèi)硫化物的含量，也影響其硫同位素組成[51-53]，通常會(huì)導(dǎo)致自生黃鐵礦富集34S，經(jīng)常用來指示SMTZ的位置[54-55]。但是水合物背景下產(chǎn)生的自生黃鐵礦不一定富集34S，例如南海北部神狐海域淺表層沉積物柱狀樣Site 4B中自生黃鐵礦的硫同位素值（δ34S）介于-41.69‰～-49.16‰[56]。最近Feng et al.[57]等對已發(fā)表的南海天然氣水合物背景下自生黃鐵礦硫同位素值（包括沉積物內(nèi)獲取的還原態(tài)硫，顯微鏡下手工挑選的黃鐵礦，以及原位測試的黃鐵礦同位素）進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)硫同位素組成跨度很大（-51.3‰～114.8‰），與黃鐵礦的具體成巖過程和生成階段有關(guān)。利用二次離子質(zhì)譜（SIMS）對自生黃鐵礦進(jìn)行原位硫同位素的研究能夠區(qū)分不同生長階段的黃鐵礦硫同位素分餾特征，進(jìn)而恢復(fù)其形成的成巖路徑[53,58]。利用35S放射性示蹤的實(shí)驗(yàn)也證明在SMTZ內(nèi)，有機(jī)質(zhì)與甲烷硫酸鹽還原同時(shí)進(jìn)行，與AOM過程同時(shí)消耗孔隙水中的硫酸鹽[59-60]。圖3 成巖系統(tǒng)的開放性對硫酸鹽還原過程中硫同位素的影響（修改自文獻(xiàn)[45])

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]南海神狐海域自生黃鐵礦分布、形貌特征及其對甲烷滲漏的指示[J]. 張美,陸紅鋒,鄔黛黛,劉麗華,吳能友.  海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì). 2017(06)
[2]自生黃鐵礦的微生物成礦機(jī)理及對冷泉泄漏的指示意義[J]. 張現(xiàn)榮,孫治雷,魏合龍,張喜林,王利波.  海洋地質(zhì)與第四紀(jì)地質(zhì). 2017(02)
[3]中國東部陸架海沉積有機(jī)碳研究進(jìn)展:來源、輸運(yùn)與埋藏[J]. 石學(xué)法,胡利民,喬淑卿,白亞之.  海洋科學(xué)進(jìn)展. 2016(03)
[4]Evolution of the East China Sea sedimentary environment in the past 14 kyr: Insights from tetraethers-based proxies[J]. GE HuangMin,ZHANG ChuanLun,VERSTEEGH Gerard J.M.,CHEN LingLing,FAN DaiDu,DONG Liang,LIU JingJing.  Science China（Earth Sciences）. 2016(05)
[5]Characteristics of authigenic pyrite and its sulfur isotopes influenced by methane seep at Core A, Site 79 of the middle Okinawa Trough[J]. WANG Meng,CAI Feng,LI Qing,LIANG Jie,YAN GuiJing,DONG Gang,WANG Feng,SHAO HeBin,HU GaoWei.  Science China（Earth Sciences）. 2015(12)
[6]中國東部近海沉積物地球化學(xué):分布特征、控制因素與古氣候記錄[J]. 石學(xué)法,劉升發(fā),喬淑卿,姚政權(quán),劉焱光.  礦物巖石地球化學(xué)通報(bào). 2015(05)
[7]地球化學(xué)方法示蹤東亞大陸邊緣源匯沉積過程與環(huán)境演變[J]. 楊守業(yè),韋剛健,石學(xué)法.  礦物巖石地球化學(xué)通報(bào). 2015(05)
[8]Reduced inorganic sulfur in the sediments of the Yellow Sea and East China Sea[J]. KANG Xuming,LIU Sumei,ZHANG Guoling.  Acta Oceanologica Sinica. 2014(09)
[9]Holocene shelf-coastal sedimentary systems associated with the Changjiang River: An overview[J]. GAO Shu.  Acta Oceanologica Sinica. 2013(12)
[10]海洋沉積物甲烷厭氧氧化作用（AOM）及其對無機(jī)硫循環(huán)的影響[J]. 吳自軍,任德章,周懷陽.  地球科學(xué)進(jìn)展. 2013(07)



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