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(duì)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(tǒng)原位測(cè)定海底硫化物微區(qū)氧化還原參數(shù)（Eh、pH、O?、H?S），結(jié)合巖石磁學(xué)分析，探討氧化還原狀態(tài)對(duì)硫化物磁性特征（如磁化率、剩磁）的調(diào)控機(jī)制。結(jié)果表明，不同氧化還原微環(huán)境導(dǎo)致硫化物礦物相變（如磁黃鐵礦→黃鐵礦），顯著改變其磁學(xué)性質(zhì)。本研究為海底硫化物資源評(píng)價(jià)和古環(huán)境重建提供了新的技術(shù)途徑和理論依據(jù)。

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F(xiàn)e、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(duì)成礦過(guò)程和后期改造極為敏感，但傳統(tǒng)研究難以實(shí)現(xiàn)微區(qū)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(tǒng)）可原位、高分辨率（μm-mm尺度）測(cè)定Eh、pH、O?等參數(shù)，為揭示硫化物微區(qū)氧化還原-磁性關(guān)系提供新手段。本研究結(jié)合微電極測(cè)量與巖石磁學(xué)分析，闡明氧化還原狀態(tài)如何調(diào)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(yīng)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隆（EPR）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(jié)構(gòu)。

2.2微電極原位測(cè)量

氧化還原參數(shù)測(cè)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(cè)定微區(qū)Eh（氧化還原電位）、pH、溶解O?及H?S濃度。

微區(qū)劃分

根據(jù)Eh-pH數(shù)據(jù)劃分氧化區(qū)（Eh>+100 mV）、過(guò)渡區(qū)（-100 mV<Eh<+100 mV）和還原區(qū)（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(cè)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(jié)合X射線衍射（XRD）和掃描電鏡-能譜（SEM-EDS）驗(yàn)證礦物相變。

2.4實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

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

電化學(xué)調(diào)控實(shí)驗(yàn)：通過(guò)微電極施加可控電位，研究Eh對(duì)礦物轉(zhuǎn)化的影響。

3.結(jié)果

3.1微區(qū)氧化還原狀態(tài)的空間異質(zhì)性

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

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

還原區(qū)（煙囪體內(nèi)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性

3.3氧化-還原驅(qū)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(duì)磁性的調(diào)控機(jī)制

礦物轉(zhuǎn)化：

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

強(qiáng)還原環(huán)境促使磁黃鐵礦轉(zhuǎn)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(qū)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(wěn)定的化學(xué)剩磁。

4.2對(duì)資源勘探的啟示

高磁化率區(qū)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(qū)。

磁性異?？勺鳛楹５琢蚧锏V床的勘探標(biāo)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(tǒng)的氧化還原歷史。

結(jié)合微電極數(shù)據(jù)，可量化古熱液活動(dòng)的Eh-pH條件。

5.結(jié)論

微電極技術(shù)成功揭示了海底硫化物微區(qū)氧化還原狀態(tài)的異質(zhì)性，證實(shí)其對(duì)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(xiàn)出最強(qiáng)磁性，是海底硫化物磁異常的主要貢獻(xiàn)者。

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

展望

未來(lái)可結(jié)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(yàn)，探討微生物介導(dǎo)的氧化還原過(guò)程對(duì)磁性的影響。