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甲烷的大量释放会造成全球温室效应，进而影响全球气候变化。作为海底甲烷释放的重要窗口，冷泉（cold seep）在全球范围内分布广泛，近年来在主、被动大陆边缘也有发现。然而，绝大部分冷泉区甲烷在向上迁移的过程中，可在硫酸盐-甲烷转化带（SMTZ）与沉积物中的硫酸盐发生甲烷厌氧氧化反应（Anaerobic oxidation of methane，AOM）而被消耗殆尽，从而有效地抑制了甲烷向水体和大气的排放。同时，该AOM过程也可产生大量HCO3-和H2S，进而形成大范围自生碳酸盐和黄铁矿。 作为冷泉区最重要的自生矿物类型，自生碳酸盐和黄铁矿很好地记录了冷泉的活动信息。已有研究发现，冷泉碳酸盐和黄铁矿常表现出紧密的共生关系。但目前对冷泉黄铁矿的研究主要集中于海洋沉积物，且较少涉及与碳酸盐共生的黄铁矿，二者之间的内在关系也不清晰。甚至有研究认为黄铁矿的硫同位素受后期成岩作用影响，与碳酸盐所保存的冷泉信息可能并不一致。 为深入探讨冷泉区自生碳酸盐和黄铁矿的共生机制，我院孙晓明教授团队基于硫同位素手段，深入研究了南海北部东沙海域和琼东南海域两个冷泉站位的碳酸盐（图1）及其共生黄铁矿。 研究发现，两个冷泉站位的碳酸盐矿物相包括早期微晶文石、高镁方解石（HMC）、白云石和后期纯文石。镜下观察发现碳酸盐与黄铁矿密切共生，且不同碳酸盐相中黄铁矿形貌也有区别（图2）。 全岩分析结果显示，文石中黄铁矿含量和δ34S值较低，与文石形成于较开放的海水环境有关；而与HMC和白云石共生的黄铁矿含量和δ34S值较高，主要受瑞利分馏（Rayleigh distillation）影响，与相对封闭条件下孔隙水中的硫酸盐富集34S有关。这些结果表明碳酸盐和黄铁矿有一致的冷泉环境（图3）。
' o9 Z# E+ h* p ` @图1 本次研究所用自生碳酸盐样品 & [( }/ k6 i& `: b# c6 i) F
图2 与碳酸盐共生的黄铁矿镜下形貌特征 / g2 r" ]+ P( W$ |. Z
图3 南海自生碳酸盐Mg/Ca和Sr/Ca比值与黄铁矿含量及全岩δ34S值的关系 {& [: i& o5 J, m# Q
进一步的原位二次离子探针（SIMS）硫同位素分析结果显示，HMC和白云石中黄铁矿的δ34S值比纯文石高，与全岩结果一致（图4）。草莓状和后期增生型黄铁矿δ34S值差别不大，指示了相同的H2S来源，且未受后期成岩作用影响。本研究发现该区碳酸盐与共生黄铁矿形成于同一时期，保存了相同的冷泉信息。因此，碳酸盐与黄铁矿的共生机制可更加准确地示踪冷泉活动。 ; S6 Y! a! a+ d! _6 @# J
图4 南海自生碳酸盐中黄铁矿硫同位素（δ34S）组成
0 _4 h# ^+ P3 ? 以上研究成果发表在国际权威学术期刊《Marine and Petroleum Geology》（Chen, T.T., Sun, X.M.*, Lin, Z.Y.**, Lu, Y., Fang, Y.X., Wu, Z.W., Xiao, Y., Lin, H.X., Lin, X., Ning, Y.F., Strauss, H., 2021. Deciphering the geochemical link between seep carbonates and enclosed pyrite: A case study from the northern South China sea. Mar. Petrol. Geol. 128, 105020.），我院博士生陈婷婷为该论文第一作者，孙晓明教授和林志勇博士为共同通讯作者。 . o# u6 x/ h* i1 s
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