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，對理解熱液成礦過程和勘探開發(fā)具有重要意義。本研究采用Unisense微電極系統(tǒng)原位測定海底硫化物微區(qū)氧化還原參數(shù)（Eh、pH、O?、H?S），結合巖石磁學分析，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），顯著改變其磁學性質。本研究為海底硫化物資源評價和古環(huán)境重建提供了新的技術途徑和理論依據(jù)。

1.引言

海底多金屬硫化物（SMS）是海底熱液活動的產物，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）對成礦過程和后期改造極為敏感，但傳統(tǒng)研究難以實現(xiàn)微區(qū)氧化還原狀態(tài)與磁性的耦合分析。

微電極技術（如Unisense系統(tǒng)）可原位、高分辨率（μm-mm尺度）測定Eh、pH、O?等參數(shù)，為揭示硫化物微區(qū)氧化還原-磁性關系提供新手段。本研究結合微電極測量與巖石磁學分析，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)境重建中的應用價值。

2.材料與方法

2.1樣品來源

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，保留原始表面結構。

2.2微電極原位測量

氧化還原參數(shù)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(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）、過渡區(qū)（-100 mV<Eh<+100 mV）和還原區(qū)（Eh<-100 mV）。

2.3巖石磁學分析

磁化率（χ）：采用Bartington MS2磁化率儀測定。

剩磁分析：通過交變退磁（AF）和熱退磁（TD）分離不同磁性礦物組分。

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

2.4實驗設計

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

電化學調控實驗：通過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(qū)氧化還原狀態(tài)的空間異質性

氧化區(qū)（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。

還原區(qū)（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性

3.3氧化-還原驅動的礦物相變

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。

化學剩磁（CRM）：

過渡區(qū)磁黃鐵礦在熱液冷卻過程中記錄熱液流體的方向性信息，形成穩(wěn)定的化學剩磁。

4.2對資源勘探的啟示

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)。

磁性異常可作為海底硫化物礦床的勘探標志。

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(tǒng)的氧化還原歷史。

結合微電極數(shù)據(jù)，可量化古熱液活動的Eh-pH條件。

5.結論

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

磁黃鐵礦在過渡氧化還原條件下表現(xiàn)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，為硫化物資源評價和古熱液環(huán)境重建提供了新思路。

展望

未來可結合：

同步輻射技術（如μ-XANES）直接表征Fe的價態(tài)分布。

微生物作用實驗，探討微生物介導的氧化還原過程對磁性的影響。