臺灣西南海域永安海脊甲烷冷泉址沉積物之礦物自生作用

Translated title of the thesis: Mineral authigenesis in sediments from a cold-seep site at Yung-An ridge offshore southwestern Taiwan
  • 徐 達偉

Student thesis: Doctoral Thesis

Abstract

臺灣西南海域永安海脊長約24公尺之MD052911岩心沉積物,受到冷泉活動影響,形成異於一般海洋沉積物之自生礦物組合及特殊產狀,主要包括黃鐵礦、硫複鐵礦、四方硫鐵礦、藍鐵礦、鐵膨潤石和碳酸鹽礦物。 MD052911岩心根據地球化學特徵和自生礦物分布分為三段,分別以海床以下深度十公尺和二十公尺為界:鐵膨潤石丸粒和高含量黃鐵礦出現於上段及下段;上段硫酸鹽-甲烷過渡帶附近有少?碳酸鹽膠結物生成。岩心中段具有低含量黃鐵礦,但有酸可萃取硫化物(acid volatile sulfide;AVS)團塊分布於十一至十九公尺之深度,同時,藍鐵礦結核粒生成於十三至十七公尺深度,局部包裹AVS,亦可見其為AVS所圍繞。此外,岩心下段亦可見數毫米至一公分粒徑之霰石和白雲石結核粒。 遭受間歇性冷泉活動與強烈甲烷厭氧氧化作用影響,岩心上段及下段沉積物具有高含量黃鐵礦,局部伴隨生成碳酸鹽結核粒;電子顯微分析顯示黃鐵礦呈現莓狀體、不規則狀細粒集合體、團帶狀散布之他形至自形晶粒及片狀矽酸鹽礦物解理裂隙內他形晶粒等組織,其中莓狀體具有高比例之顯著蔓生現象;此外,鐵膨潤石丸粒中亦形成黃鐵礦散布晶粒;這些多樣性黃鐵礦生長形態可出現於同一標本,且與標本深度無系統性關係,顯示微觀地球化學條件之差異性,符合甲烷緩滲流或擴散之特徵。岩心中段沉積物之黃鐵礦含量甚低,偶見黃鐵礦莓狀體與他形晶粒,缺乏甲烷厭氧氧化作用,與岩心上段及下段沉積物之黃鐵礦產狀形成強烈對比。 岩心中段因強烈甲烷厭氧氧化和硫酸鹽還原作用所顯現之硫化反應前緣,含有以硫複鐵礦為主之黑色AVS團塊,硫化反應前緣深度以下可見夾有細粒AVS之藍鐵礦結核粒。X光繞射分析顯示黑色硫化物團塊的主要硫化礦物為硫複鐵礦,另含有少量四方硫鐵礦。電子顯微分析顯示此硫複鐵礦生成次微米粒徑晶粒,具有短柱狀和長方柱狀兩種形貌,沿一晶軸方向有程度不等之延伸生長,但兩者同樣均呈現立方八面體晶形,聚集成集合體,常見夾於片狀矽酸鹽礦物解理裂隙之間,局部沿〈100〉平行生長,連接成鋸齒狀長鏈集合體,推測此形成於硫化前緣之硫複鐵礦可能是四方硫鐵礦不完全硫化之產物,透過溶解和再沉澱之機制生成。此外,藍鐵礦結核粒內之四方硫鐵礦應是在形成後受到藍鐵礦封閉,且受到藍鐵礦晶體的高鐵成分影響,使其維持在相對穩定的環境,因而沒有發生硫化作用轉變為硫複鐵礦。 海床以下十三至十七公尺深度可見自生性藍鐵礦(或鎂藍鐵礦)。藍鐵礦顯著出現在大約海床以下十六公尺之硫化前緣帶下方(富含四方硫鐵礦和硫複鐵礦),並且伴隨高濃度溶解鐵,以及具有溶解硫化氫耗盡之現象,其鐵∕鎂莫耳比值約為0 6至0 4,且隨深度有增加之趨勢。在藍鐵礦形成帶至硫化作用帶之過渡區,可見AVS和藍鐵礦交替生長,且個別藍鐵礦結核粒外緣具有富鎂環帶。孔隙水中向下擴散溶解硫化氫在硫化前緣帶耗盡之現象,有利於在硫化前緣下方,結晶生成藍鐵礦。單硫化鐵和藍鐵礦形成帶之重疊,以及兩者有交替生長現象,可視為是硫化前緣和甲烷通量波動所造成。永安海脊沉積物藍鐵礦的發現,暗示在高含量活性鐵和高沉積速率的冷泉沉積環境中,自生性藍鐵礦可扮演著磷成分埋藏之重要儲存庫。 棕黃色至綠色之二八面體鐵膨潤石常見於岩心上段和下段,鐵膨潤石生長於富含黏土的丸粒內或充填於有孔蟲殼體中,這些丸粒或殼體的大小約在數十微米至數毫米之間。有孔蟲殼體內的鐵膨潤石常見絮凝或結球組織,此為膨潤石自溶液沉澱之典型特徵。鐵膨潤石丸粒顯微分析顯示石英和長石溶解凹坑和裂隙被鐵膨潤石所充填,黏土粒徑之綠泥石與伊萊石和鐵膨潤石晶粒之間形成緊密界面。基質中或充填有孔蟲殼體之鐵膨潤石丸粒可有顯著成分變化,成分分布介於鐵蒙脫石至富鐵貝得石之間。鐵膨潤石晶粒間可見棉絮狀黃鐵礦生長,顯示黃鐵礦是在鐵膨潤石形成之後,沉積埋藏於硫化帶才產生。整體結果顯示鐵膨潤石是在不平衡的狀態下,生成於沉積物-海水介面附近,此不平衡現象包括:碎屑性石英、鉀長石和片狀矽酸鹽礦物的溶解,以及甲烷活動所造成之富含亞鐵離子擴散。鐵膨潤石在硫化帶具有反應性,可提供黃鐵礦生長所需之成分。鐵膨潤石的產出可作為深海沉積物甲烷通量消長之指標,且可能為現今沉積岩中所見海綠石丸粒之前驅物。 礦物自生作用紀錄了永安海脊沉積物之非穩定態早成岩作用。岩心上、下兩段之多樣性黃鐵礦產狀和鐵膨潤石丸粒產出,可視為受間歇性冷泉活動影響,而岩心中段則因沉積時缺乏甲烷厭氧氧化作用,而未具此等礦物自生作用之特徵;藍鐵礦和AVS之交替生長,為後續冷泉活動時期的甲烷通量消長所造成。甚少文獻對冷泉系統中的自生礦物形貌、分布、和特徵鑑定進行系統性之探討,本研究增進吾人對海洋沉積物中礦物自生作用受甲烷通量消長影響之瞭解。
Date of Award2015 Feb 16
Original languageChinese
SupervisorWei-Teh Jiang (Supervisor)

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臺灣西南海域永安海脊甲烷冷泉址沉積物之礦物自生作用
達偉, 徐. (Author). 2015 Feb 16

Student thesis: Doctoral Thesis