57 北美洲东南近海布莱克海岭中气体水合物赋存沉积区域内自生碳酸盐矿物分带特点 N.M.RodrigUez.pdfVIP

维普资讯 北美洲东南近海布莱克海岭中 气体水合物赋存沉积区域内 自生碳酸盐矿物的分带特点 N．M．Rodriguez等 (美国) 摘要 自生碳酸盐矿物的分布特点，是体现孔隙水地球化学特征的一个侧面。在布 莱克海岭气体水合物赋存的沉积区域里 (ODP994#、995#、997 )就利用这点来评价成 岩作用。碳酸盐矿物的分布特点揭示了三个独特的成岩分带：(1)在上部20mbsf(bd-be． 1owSealqGor，海底以下深度)处的碳酸盐矿物主要是生物成因的，没有显示成岩作用的存 在。这个区域的方解石 0C和 O值 (PDB)反映了海相碳酸盐的特点，是与海水平衡的 条件下沉淀形成的；(2)在20mbsf和100mbsf深度，方解石的 c值明显呈现负数 (低至 ． 7．O‰)，自生白云石较普遍可见 (2—40wt％)， C值在 3．6％0～l3．7‰之间；(3)在 100mbsf以下，白云石从含量丰富减低至微量分布，而分散状的菱铁矿成为主要出现的矿 物。菱铁矿的 0C和 O值分别在5．0‰～1O．9‰、2．9‰ ～7．6％o之间变化。 把溶解无机碳 (DIC)的 0c剖面分布特点和孔隙水的浓集梯度趋势与自生碳酸盐矿 物的 0C和 O值对比，我们发现，自生碳酸盐矿物在一个独特的深度区域里形成，呈带 状分布。在20mbsf深度及以下，无机碳的6CDIc出现最小负值 (≤一38‰)、方解石自云 石出现6c负值，这种现象的出现是伴随着孔隙水碱度的增加、硫酸盐的亏损和孔隙间 ca2、M 离子的减少一起发生的，这表明白生方解石和自生白云石的形成是在硫酸盐还 原带的底部开始 (21mbsf左右)而在 100mbsf附近深处大量出现。 菱铁矿的形成很显然是在 120~450mbsf之间发生，这个区间在气体水合物赋存的沉积 物区域内和上部 (赋存区域200—450rnbsf)。菱铁矿的 0C和 0O值从它们出现的薄层一 直到沉积物底部都几乎一致。然而，现在孔隙水中的 0cDic仅仅与 120~450mbsf问的菱铁 矿的83C值相似。此外，从菱铁矿中计算出来的与之平衡的 0O值与120~450mbsf区段 处菱铁矿的 O测量值很好地匹配起来。该区段以高碱度 (40—120ram)、低 Ca 、 M 浓集度为特征，这符合菱铁矿的形成条件。 关键词 自生碳酸盐矿物 成岩分带 方解石 白云石 菱铁矿 、 简介 ODP164航次的目的之一，是为了确立和了解与气体水合物形成和分解有关的成岩 效应的相关现象。因为气体水合物在岩心和露出表面的岩层里不能保存，所以我们必须 找到一些成岩作用的留下的标志性特征 (我们称之 成“岩指纹”)，来用于鉴定所取的沉 一 44 — 维普资讯 积物样品曾经赋存气体水合物。赋存有气体水合物的沉积区域的物理化学特征，反映了 独特的成岩环境条件等因素，它们有利于碳酸盐矿物的沉淀和保存。所以，本次主要研 究ODP164航次北美洲东南近海方向布莱克海岭上三个气体水合物赋存的沉积区域 (994#、995#、997#)中的碳酸盐矿物的分布特点 (图1)。 一 般来说，海底沉积物的早期成岩作用主要为有机质的氧化 (如Bemer，19踟)。 这种有机质的降解通常发生在生物地球化学区域内连续的垂直段。在这个层位里，硫酸 盐还原作用、甲烷的氧化作用 (厌氧和需氧氧化)、发酵作用、甲烷的生成是一个主要 的成岩过程 (Claypool和Kaplan，1974；Bemer，1980；Reeburgh，1983)。在正常的海底 环境里，硫酸盐主要由以下两个成岩反应所消耗：(1)微生物引起的有机质氧化作用 (2CH／O+804一‘2HCO3+‘H2S)； (2)微生物引起的厌氧甲烷氧化作用 (CH4+ 804一一HC 一+HS一+H2O)。这些由微生物作用引起的 “网”反应 (多方面复杂的 反应)增加了环境的碱度 (产生重碳酸根 [HCO3一])，促进碳酸盐的沉淀 (Berner 198