北美洲东南近海布莱克海岭中气体水合物赋存沉积区域内自生碳酸盐矿物的分带特点

自生碳酸盐矿物的分布特点，是体现孔隙水地球化学特征的一个侧面。在布莱克海岭气体水合物赋存的沉积区域里(ODP994#、995#、997#)就利用这点来评价成岩作用。碳酸盐矿物的分布特点揭示了三个独特的成岩分带：(1)在上部20mbsf (bsf：below seafloor，海底以下深度)处的碳酸盐矿物主要是生物成因的，没有显示成岩作用的存在。这个区域的方解石FOC和8180值(PDB)反映了海相碳酸盐的特点，是与海水平衡的条件下沉淀形成的；(2)在20mbsf和100mbsf深度，方解石的FOC值明显呈现负数(低至-7．0‰)，自生白云石较普遍可见(2—40wt％)，δ^13C值在3．6‰～13．7‰之间；(3)在，100mbsf以下，白云石从含量丰富减低至微量分布，而分散状的菱铁矿成为主要出现的矿物。菱铁矿的δ^1C和δ^18O值分别在5．0‰～10．9‰、2．9‰～7．6‰之间变化。把溶解无机碳(DIC)的δ^1C剖面分布特点和孔隙水的浓集梯度趋势与自生碳酸盐矿物的δ^13C和δ^18O值对比，我们发现，自生碳酸盐矿物在一个独特的深度区域里形成，呈带状分布。在20mbsf深度及以下，无机碳的δ^13C DIC出现最小负值(≤-38‰)、方解石白云石出现δ^13C负值，这种现象的出现是伴随着孔隙水碱度的增加、硫酸盐的亏损和孔隙间Ca^+2+、Mg^+2+离子的减少一起发生的，这表明自生方解石和自生白云石的形成是在硫酸盐还原带的底部开始(21mbsf左右)而在100mbsf附近深处大量出现。菱铁矿的形成很显然是在120～450mbsf之间发生，这个区间在气体水合物赋存的沉积物区域内和上部(赋存区域200—450mbsf)。菱铁矿的δ^13C和δ^18O值从它们出现的薄层一直到沉积物底部都几乎一致。然而，现在孔隙水中的δ^13C DIC仅仅与120～450mbsf间的菱铁矿的δ^13C值相似。此外，从菱铁矿中计算出来的与之平衡的δ^18O值与120～450mbsf区段处菱铁矿的δ^18O测量值很好地匹配起来。该区段以高碱度(40-120mm)、低Ca^+2+、Mg^+2+浓集度为特征，这符合菱铁矿的形成条件。

布莱克海岭底辟中与气体水合物分解和流体排溢作用有关的自生碳酸盐特征

在美国卡罗莱纳隆起带的布莱克海岭底辟中(ODP站点996#)，自生碳酸盐在几条延线位置0～52mbsf深度的沉积物中出现。该站点出现的化能自养生物由海底BSR反射层之下的活动喷泉提供养料。气体水合物在海底近表沉积物的几个间隔取样层中均有发现。碳酸盐结核主要由圆粒状、似棱角状内成碎屑和蚌类碎片胶结的碳酸盐组成。电子探针和X射线衍射分析表明，文石是主要的自生碳酸盐矿物。自生文石以微晶胶结物和孔洞充填放射纤维状晶体的形式出现。自生文石的δ^13C值在-48．4‰～-30．5‰(PDB)变化，表明文石中的C元素来自于BC亏损的甲烷。在上部10mbsf深度、接近沉积物/海水分界面的孔隙水里∑CO2的δ^13C值大部分为负值(-38‰±59‰)，但在25mbsf以下则主要为+5‰±6‰。因为碳酸盐的C来源于HCO3^-，所以在10mbfs深度以上的碳酸盐的δ^13C值与孔隙水的δ^13C值的差异表明，碳酸盐主要在海底表面附近形成。不同深度碳酸盐沉积物氧同位素比值出现1‰的差异，都可能与冰期和间冰期时代的海底底层水的变化有关。我们对13个碳酸盐样品进行了Sr同位素的测试，^87Sr／^86sr值在0．709125和0．709206之间，平均值为0．709165，该值反映了这些样品与赋层沉积物的形成时间相同。此外，从996#站点所采集的6个孔隙水样品的^87Sr／^86sr值在0．709130和0．709204之间变化。以上这些样品的^87Sr/^86sr值与海水的^87Sr／^86Sr值(0．709175)、以及布莱克海岭其它站点(994#，995#，997#)相同采样深度的孔隙水的^87sr/^86sr值很相似，表明它们都来源于一个浅层的Sr源。996#站点的自生碳酸盐的^87sr／^86sr值不同于从沿着气体水合物稳定带基底延展的断层向上运移的流体中沉淀出来的碳酸盐的^87Sr／^86sr值。依照研究数据，我们没有发现碳酸盐随着其埋藏深度出现连续的成岩作用。因此，除了海底表面为碳酸盐壳外，古老的流体排溢点都没有被保留。从矿物的自生特点来看，显然它们仅形成于海底，它们垂直分布特点和沉积物年龄都暗示，该地区的流体排溢现象至少持续了60万年。