海底多金屬硫化物（Seafloor Massive Sulfides,SMS）的磁性特征與其礦物組成及氧化還原環(huán)境密切相關(guān)，對理解熱液成礦過(guò)程和勘探開(kāi)發(fā)具有重要意義。本研究采用Unisense微電極系統原位測定海底硫化物微區氧化還原參數（Eh、pH、O?、H?S），結合巖石磁學(xué)分析，探討氧化還原狀態(tài)對硫化物磁性特征（如磁化率、剩磁）的調控機制。結果表明，不同氧化還原微環(huán)境導致硫化物礦物相變（如磁黃鐵礦→黃鐵礦），顯著(zhù)改變其磁學(xué)性質(zhì)。本研究為海底硫化物資源評價(jià)和古環(huán)境重建提供了新的技術(shù)途徑和理論依據。


1.引言


海底多金屬硫化物（SMS）是海底熱液活動(dòng)的產(chǎn)物，富含Fe、Cu、Zn等金屬元素，其礦物組成（如黃鐵礦、磁黃鐵礦、黃銅礦）受局部氧化還原環(huán)境控制。這些礦物的磁性特征（如磁化率、飽和等溫剩磁）對成礦過(guò)程和后期改造極為敏感，但傳統研究難以實(shí)現微區氧化還原狀態(tài)與磁性的耦合分析。


微電極技術(shù)（如Unisense系統）可原位、高分辨率（μm-mm尺度）測定Eh、pH、O?等參數，為揭示硫化物微區氧化還原-磁性關(guān)系提供新手段。本研究結合微電極測量與巖石磁學(xué)分析，闡明氧化還原狀態(tài)如何調控硫化物磁性特征，并探討其在資源勘探和古環(huán)境重建中的應用價(jià)值。


2.材料與方法


2.1樣品來(lái)源


樣品取自東太平洋海?。‥PR）和印度洋中脊（CIR）的熱液硫化物煙囪體。


切割為1 cm3塊狀樣品，保留原始表面結構。


2.2微電極原位測量


氧化還原參數測定


使用Unisense微電極（Eh-100、PH-100、O?-50、H?S-50）掃描樣品表面（分辨率50μm）。


測定微區Eh（氧化還原電位）、pH、溶解O?及H?S濃度。


微區劃分


根據Eh-pH數據劃分氧化區（Eh>+100 mV）、過(guò)渡區（-100 mV<Eh<+100 mV）和還原區（Eh<-100 mV）。


2.3巖石磁學(xué)分析


磁化率（χ）：采用Bartington MS2磁化率儀測定。


剩磁分析：通過(guò)交變退磁（AF）和熱退磁（TD）分離不同磁性礦物組分。


礦物鑒定：結合X射線(xiàn)衍射（XRD）和掃描電鏡-能譜（SEM-EDS）驗證礦物相變。


2.4實(shí)驗設計


氧化模擬實(shí)驗：將硫化物樣品暴露于不同O?濃度的海水中，監測磁性變化。


電化學(xué)調控實(shí)驗：通過(guò)微電極施加可控電位，研究Eh對礦物轉化的影響。


3.結果


3.1微區氧化還原狀態(tài)的空間異質(zhì)性


氧化區（煙囪體外表面）：Eh高達+200 mV，O?>50 μmol/L，以赤鐵礦、針鐵礦為主。


過(guò)渡區（煙囪體中部）：Eh≈0 mV，H?S顯著(zhù)升高（>100 μmol/L），磁黃鐵礦（Fe?S?）占主導。


還原區（煙囪體內核）：Eh<-150 mV，H?S>500 μmol/L，以黃鐵礦（FeS?）和非磁性硫化物為主。


3.2磁性特征的氧化還原依賴(lài)性


3.3氧化-還原驅動(dòng)的礦物相變


氧化條件下（Eh>+100 mV）：磁黃鐵礦→黃鐵礦+赤鐵礦（磁性減弱）。


還原條件下（Eh<-100 mV）：磁黃鐵礦→等軸黃鐵礦（磁性消失）。


4.討論


4.1氧化還原狀態(tài)對磁性的調控機制


礦物轉化：


磁黃鐵礦（Fe?S?）在氧化環(huán)境中部分轉化為弱磁性赤鐵礦（Fe?O?），導致磁化率降低。


強還原環(huán)境促使磁黃鐵礦轉變?yōu)榉谴判渣S鐵礦（FeS?），徹底喪失磁性。


化學(xué)剩磁（CRM）：


過(guò)渡區磁黃鐵礦在熱液冷卻過(guò)程中記錄熱液流體的方向性信息，形成穩定的化學(xué)剩磁。


4.2對資源勘探的啟示


高磁化率區域可能指示未受氧化的富磁黃鐵礦帶，是Cu、Zn等金屬的富集區。


磁性異?？勺鳛楹５琢蚧锏V床的勘探標志。


4.3古環(huán)境重建潛力


硫化物磁性特征可反演古熱液系統的氧化還原歷史。


結合微電極數據，可量化古熱液活動(dòng)的Eh-pH條件。


5.結論


微電極技術(shù)成功揭示了海底硫化物微區氧化還原狀態(tài)的異質(zhì)性，證實(shí)其對磁性特征具有決定性影響。


磁黃鐵礦在過(guò)渡氧化還原條件下表現出最強磁性，是海底硫化物磁異常的主要貢獻者。


本研究提出的“氧化還原-磁性”耦合模型，為硫化物資源評價(jià)和古熱液環(huán)境重建提供了新思路。


展望


未來(lái)可結合：


同步輻射技術(shù)（如μ-XANES）直接表征Fe的價(jià)態(tài)分布。


微生物作用實(shí)驗，探討微生物介導的氧化還原過(guò)程對磁性的影響。