近日，国际知名地学期刊Chemical Geology以“Characteristics and evolution of iron speciation during early diagenesis in the sand-mud transition zone of the East China Sea Shelf”为题发表我室硕士生朱雨萌及其导师范代读教授的最新研究成果，通过孔隙水和沉积物的多种地球化学分析揭示了东海陆架泥质沉积物与砂质沉积物中铁形态特征差异，并总结了其演化方式。
铁的早期成岩作用是大陆架生物地球化学循环的重要环节。东海陆架在复杂水动力作用下形成了“近岸细泥-外海粗砂”的空间分带，并以狭窄的砂泥过渡带相隔，砂、泥质沉积环境存在显著差异。然而，不同沉积环境下铁早期成岩作用的差异尚不清楚。
该研究利用东海陆架砂-泥过渡带的两根沉积物柱样（EH2-23A、EH2-23B，图1），通过测定孔隙水溶质浓度，结合沉积物地球化学参数，对沉积柱样的早期成岩环境特征进行分析；同时系统分析沉积物中不同铁形态含量的垂向分布特征，并横向对比砂、泥质沉积物中的铁形态分布，判断铁形态分布的控制因素；最后，综合总结了陆架环境早期成岩过程中铁形态的演化类型。
图1 研究样品EH2-23A和EH2-23B柱样采样位置及对比柱样采样位置
结果显示（图2）：EH2-23A上部与EH2-23B下部由变余砂质沉积物组成，EH2-23A中部为年代较老残留砂质沉积物，这些层段均具有TOC含量低、高活性铁（FeHR）含量较低的特征，表明其成岩活动微弱；EH2-23A下部发育砂-泥互层沉积，指示波动的水动力条件并受海底地下水排泄影响；而EH2-23B上部由年代较新、富含TOC的泥质沉积物组成，其早期成岩作用主要受硫酸盐还原驱动。
该研究揭示：相较于泥质沉积物，砂质沉积物表现出更高的黄铁矿化度（DOP），反映了更长时间尺度的成岩过程（图3）；根据高活性铁与总铁比值（FeHR/FeT）和黄铁矿与高活性铁比值（Fepy/FeHR）的垂向变化规律，可将沉积物中铁形态分布划分为四种类型，分别代表了四种不同的铁形态转变过程（图4）。
图2 EH2-23A（a-f）和EH2-23B（g-l）的粒度组成及孔隙水溶质垂向分布特征。其中（a, g）为粒度组成及对应岩心照片；（b, h）为总有机碳含量及δ¹³CTOC值；（c, i）为陆源有机质贡献率（fterr）和C/N比；（d, j）为SO₄²⁻/Cl⁻比值及SO₄²⁻浓度；（e, k）为溶解无机碳及δ¹³CDIC值；（f, l）为Fe²⁺和Mn²⁺浓度。
图3 沉积物柱样DOP值和不同铁形态含量及其在总铁中的占比剖面图（a：EH2-23A; b：EH2-23B）
图4 不同沉积环境中铁形态转化过程及分布类型
该论文第一作者为我室硕士生朱雨萌，通讯作者为范代读教授，合作者包括我室苏建锋博士后、吴伊婧博士后以及同济大学环境科学与工程学院孟祥周教授。该研究受国家自然科学基金重点项目等项目资助。
全文链接：https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2025.122841