东赤道太平洋高生产力和热液活动叠加沉积环境铁组分特征及其古海洋意义

沉积物Fe组分是研究不同地质历史时期古海洋氧化还原环境的重要指标,而现代海洋不同沉积环境下的Fe组分变化特征则是限定这一指标适用范围的基础.东赤道太平洋巴拿马海盆作为高生产力和热液活动的叠加作用沉积区,代表了地质历史上大陆边缘海的一类典型沉积环境,但前人对这类沉积环境的Fe组分研究较为缺乏.本次研究分析了巴拿马海盆氧化底水下ODP 677 钻孔(1°12.138′N,83°44.220′W,3461 m)约300 m长的岩心柱有机C、Fe组分及氧化还原敏感元素(U、Mo)含量的变化.结果表明,ODP 677 钻孔Fe/Al值大约为 0.78±0.14(n=35,σ),明显高于上部陆壳的平均值 0.44,而 Al/Ti 值与上部陆壳接近且保持稳定在22.4±1.3(n=35,σ),可以推测,相当一部分 Fe 应来源于活跃热液活动和高生产力背景下有机碳颗粒对水柱中Fe氢氧化物微粒的吸附或Fe的自聚集/沉淀.高活性Fe与总Fe的比值(FeHR/FeT)大约为 0.30±0.10(n=35,σ),远低于活性 Fe 加入通量的预期,表明一部分活性 Fe 可能在高生产力背景下转化为活性较差的组分.同时,部分活性Fe发生了黄铁矿化,黄铁矿 Fe与高活性Fe比值(Fepy/FeHR)大约为 0.39±0.14(n=35,σ),最高可达 0.7左右.ODP 677 钻孔在 1.5～2.2 Ma(钻孔深度 90 m处)记录到强烈的有机碳通量增高现象,有机C含量可达4.61％,其高Mo和U通量指示了该时期早期成岩中孔隙水可能处于高硫化环境,但钻孔中黄铁矿埋藏通量或Fepy/FeHR 的高值则出现在钻孔更深的位置,表明孔隙水中部分还原态硫和铁可能发生迁移并在更深处沉淀.与目前已发表的氧化性底水环境下沉积物的 Fe 组分相比,ODP 677 钻孔部分样品具有较高程度的Fepy/FeHR和FeHR/FeT值同时升高的现象,与典型的"铁化海洋"沉积特征吻合.本次研究进一步证实在利用Fe组分解释古深水的氧化还原环境时,需可靠分析沉积环境并排除高生产力和热液活动叠加作用的潜在影响.