新聞動(dòng)態(tài)趙冠宇等-CG:成巖階段汞的賦存形式與同位素分餾效應(yīng)及其應(yīng)用啟示
自然界中汞的穩(wěn)定同位素不僅表現(xiàn)出顯著的質(zhì)量分餾（通常用δ202Hg表示），也表現(xiàn)出奇數(shù)和偶數(shù)非質(zhì)量分餾效應(yīng)（通常用Δ199Hg和Δ200Hg表示）。汞的穩(wěn)定同位素通常能有效區(qū)分其火山和非火山來源，近年來沉積巖石中的汞含量和汞同位素廣泛應(yīng)用于古火山活動(dòng)的示蹤。然而，火山活動(dòng)并非汞富集的唯一原因，生物質(zhì)燃燒、土壤侵蝕、海洋氧化還原狀態(tài)的變化也可能導(dǎo)致沉積巖中汞富集及其同位素分餾效應(yīng)，成巖階段有機(jī)-無機(jī)相互作用也將對(duì)沉積巖中汞信號(hào)產(chǎn)生影響，相關(guān)研究認(rèn)識(shí)仍有較大爭議、有待進(jìn)一步工作的開展。
中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士生趙冠宇在合作導(dǎo)師廖澤文研究員的指導(dǎo)下，深入探討成巖階段有機(jī)-無機(jī)作用對(duì)汞賦存狀態(tài)及同位素演化的影響，他們在多個(gè)沉積剖面中發(fā)現(xiàn)，非硫化地層存在協(xié)同變化的汞同位素質(zhì)量與非質(zhì)量分餾記錄，伴隨著汞的富集，δ202Hg負(fù)向偏移而同時(shí)Δ199Hg稍向正偏（圖1）。他們的研究指出這一協(xié)同變化的汞同位素質(zhì)量與非質(zhì)量分餾信號(hào)可能是在早期成巖階段產(chǎn)生的。這暗示著以往通過簡單的線性相關(guān)性分析來研究汞在黑色頁巖中的賦存狀態(tài)的方法存在不足之處，因?yàn)閷?shí)際地質(zhì)樣品中汞的分布可能是非線性的；并且即使汞含量與某種潛在的汞的賦存相態(tài)參數(shù)相關(guān)性良好也不能表明汞賦存在該相態(tài)之中。
圖1：埃迪卡拉系陡山沱組（A）、下寒武統(tǒng)玉爾吐斯組（B）、中元古代洪水莊組（C）汞沉積地球化學(xué)記錄
研究團(tuán)隊(duì)選擇華南埃迪卡拉系鳳灘剖面為研究對(duì)象，通過對(duì)巖石主體以及干酪根（傳統(tǒng)干酪根制備方法無法去除黃鐵礦，得到的干酪根為有機(jī)質(zhì)—黃鐵礦復(fù)合物，下文稱OPF）中汞含量分析，發(fā)現(xiàn)全巖樣品汞含量與總有機(jī)碳（TOC）、總硫（TS）、全巖鋁含量（Al）相關(guān)性差，與鐵含量（Fe）存在弱相關(guān)性（圖2A-D）。OPF樣品汞含量（Hg-OPF）與OPF中黃鐵礦含量（FeS2）、OPF硫含量（OPF-S）和全巖汞含量（Hg-Bulk）存在正相關(guān)關(guān)系；與OPF碳含量存在負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖2E-F）。從這些結(jié)果可以推測出鳳灘剖面黑色頁巖汞主要賦存在黃鐵礦中，并且OPF繼承了全巖大部分汞。
圖2：鳳灘剖面全巖與OPF樣品相關(guān)性分析圖
作者同時(shí)發(fā)現(xiàn)較高汞含量的全巖和OPF樣品存在和剖面中非硫化區(qū)域相同的協(xié)同變化的汞質(zhì)量與非質(zhì)量分餾信號(hào)，即汞含量高的樣品具有偏負(fù)的δ202Hg和稍正偏的Δ199Hg（圖3）。
圖3：鳳灘剖面黑色頁巖全巖與有機(jī)質(zhì)黃鐵礦復(fù)合物（OPF）汞同位素組成圖
圖例的大小與汞的含量呈正相關(guān)關(guān)系，紅色、藍(lán)色誤差棒代表汞同位素的分析誤差（2SD）
作者認(rèn)為這一協(xié)同變化的汞同位素質(zhì)量與非質(zhì)量分餾信號(hào)是在早期成巖階段形成的。在沉積物中，有機(jī)質(zhì)被降解，與有機(jī)質(zhì)結(jié)合的汞被釋放到孔隙水中，隨著黃鐵礦的形成，孔隙水中的汞會(huì)與黃鐵礦結(jié)合（圖4）。這個(gè)過程可以使剖面巖石中的δ202Hg產(chǎn)生負(fù)向偏移，Δ199Hg產(chǎn)生正向偏移。因此，我們認(rèn)為剖面中這種耦合的δ202Hg負(fù)向偏移的同時(shí)Δ199Hg稍向正偏的汞同位素信號(hào)很可能與汞在早成巖階段的累積和賦存相態(tài)轉(zhuǎn)變有關(guān)。
上述研究表明成巖階段有機(jī)-無機(jī)相互作用對(duì)沉積巖中汞信號(hào)有明確影響，在使用汞含量和同位素重建火山活動(dòng)時(shí)，應(yīng)對(duì)汞的賦存相態(tài)以及早期成巖作用對(duì)汞同位素的影響進(jìn)行評(píng)估。
圖4：早期成巖環(huán)境中汞同位素質(zhì)量與非質(zhì)量分餾形成過程示意圖
本研究得到多圈層油氣富集理論項(xiàng)目（THEMSIE04010104）資助。研究成果近期發(fā)表在期刊Chemical Geology上。
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論文信息：Zhao, G.（趙冠宇）, Deng, Q.（鄧倩）, Cheng, B.（程斌）, Wang, Y.（王云鵬）&?Liao, Z*（廖澤文）. (2025) Paired mass-dependent and mass-independent Hg isotope excursions through non-euxinic intervals: Signals of post-depositional Hg isotope fractionation??Chemical Geology, 681, 122718. DOI: https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2025.122718
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論文鏈接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0009254125001081
