富稀土深海沉积物中稀土元素载体矿物的研究进展与展望

广泛分布于太平洋与印度洋的深海富稀土沉积物是一种重要的稀土资源,其储量远超陆地稀土资源的储量,并具有富含中-重稀土元素、易于浸出等优点。已有研究表明,稀土元素的含量、赋存状态和成矿机制与载体矿物的类型、结构和性质之间的关系密切,且载体矿物本身是未来勘探开采深海稀土资源和进行稀土选冶的直接对象。本文回顾了深海富稀土沉积物中的主要载体矿物类型及其稀土元素赋存机制等方面的研究结果,并展望了未来富稀土沉积物中载体矿物的研究方向。太平洋和印度洋深海沉积物中最主要的载体矿物包括磷灰石、铁锰（氢）氧化物、粘（黏）土矿物以及钙十字沸石。稀土元素以耦合替代的形式进入磷灰石结构中,在铁锰结核中,稀土元素主要通过表面络合吸附的形式赋存,而有关钙十字沸石与粘土矿物对稀土元素的富集作用仍有待通过深入的微区矿物学分析厘清。未来相关研究的重点应是海洋沉积物中稀土元素载体矿物的定量分析,以及稀土元素载体矿物溶解-重结晶过程对稀土元素富集迁移的影响等。     

深海沉积物中的稀土矿产资源研究进展

近年发现,太平洋和印度洋的深海盆地中存在大量富含稀土的深海沉积物。主要类型为多金属软泥、沸石黏土和远洋黏土,其中的全稀土含量(∑REY,∑REE+Y)为400×10-6~2000×10-6,最高可达6600×10-6,重稀土含量(HREE)已达到或超过中国南方离子吸附型矿床的重稀土品位两倍以上,是潜在的新型稀土资源,具有重要的经济价值。目前不少学者对富稀土的深海沉积物进行了大量地球化学及部分矿物学的工作,认为多金属软泥中的稀土元素多赋存于与海底热液作用有关的铁锰氧化物和氢氧化物中,而沸石黏土和远洋黏土中稀土元素的富集则与磷酸盐的混入密切相关,其稀土元素主要存在于与磷灰石成分相当的生物鱼骨屑中。深海黏土的北美页岩标准化稀土配分模式与海水相似,表明其中的稀土元素主要来自于海水,REY富集成矿可能主要受控于磷灰石早期成岩阶段,期间稀土元素未发生分异。尽管近些年对深海沉积物中的稀土元素研究取得了不少成果,但是,对于沉积物中的稀土富集机制及影响因素等问题仍然需要更加深入的研究。作为稀土资源大国,为了争取我国在国际海底稀土资源竞争中的话语权,维护中国的稀土利益,中国应加紧开展相关的稀土资源勘查和潜力评价。     

太平洋中部富REY深海粘土的地球化学特征及REY富集机制

深海沉积物中的稀土资源是一种新发现的、潜在的海底稀土资源.对太平洋中部重力活塞取样获得的90个深海粘土样品的矿物组分、常量和稀土化学分析结果进行了系统分析,并与中北太平洋以及西北太平洋南鸟岛附近海域深海沉积物稀土元素地球化学特征进行了对比.研究结果表明:太平洋中部深海粘土以富含沸石、富P及富REY为特征,其碎屑矿物中含有较多的鱼牙骨,其P₂O₅与CaO之间、P₂O₅、CaO与∑REY之间呈良好的正相关关系;其稀土分布模式表现为明显的Ce负异常、一定程度的重稀土元素富集和Y正异常.太平洋中部深海粘土REY富集的主要原因是深海粘土中含有过量的磷酸盐组分,推测过量的磷酸盐组分是由于深海粘土中鱼牙骨碎屑的加入引起的.在北太平洋海域,未受到热液活动影响的条件下,富REY的深海沉积物的稀土元素富集机制具有统一性和普遍性,可以归纳为深海沉积物中高REY磷酸盐的混入作用.      

太平洋西部富稀土深海沉积物的地球化学特征及其指示意义

深海富稀土沉积物已成为潜在的战略资源。为探讨富稀土粘土的地球化学特征及其来源和富集机制,对太平洋西部深海区域进行底层水和深层沉积物的系统采样,分析了样品的主、微量元素和稀土元素地球化学特征,并采用氧化还原环境、稀土元素的迁移和分馏以及海洋稀土循环的分析方法对富稀土沉积物的成因进行探讨。结果显示:沉积物的∑REY与Ce/Ce*表现出负相关关系,并与生物成因的P和Ca关系密切。样品Th/U、V/Sc、(La/Yb)_N、(La/Sm)_N和(Sm/Yb)_N值呈系统的变化,沉积物均处于氧化或次氧化环境。底层海水具重稀土富集的特征,海水-沉积物界面轻、中稀土含量上升,下覆的较深层沉积物表现出中、重稀土富集。初步推断沉积物的稀土元素来源于海水,与生物相关的物质是其REY富集和Ce负异常的主要控制因素。宽的氧化或次氧化环境和生物相关氧化物的强吸附能力导致稀土元素未扩散至海水而引起了沉积物稀土元素的富集。     

Comparative study on the geochemical characteristics of rare earth elements in deep-sea sediments from different regions of the Pacific OceanSCIEI北大核心CSCD

太平洋深海沉积物中富集稀土元素(REY,包括钇),被认为是富有潜力的新型稀土资源。(含)沸石粘土、深海粘土和多金属软泥是主要的富含REY的沉积物类型,其中(含)沸石粘土和深海粘土在中、西北太平洋海盆大面积分布,而多金属软泥则多分布于靠近东太平洋洋脊热液活动的深海盆地中。目前关于中、西北太平洋海盆的深海粘土和(含)沸石粘土已有较多的研究,但关于多金属软泥中REY的研究较少。不同区域、不同类型深海沉积物中的稀土元素赋存状态有何差异?影响稀土富集的机制又是什么目前尚不清楚,也就进一步影响了对深海沉积物稀土资源的勘查和开发工作。本文分析对比了太平洋不同区域不同类型深海沉积物的地球化学特征及矿物学特征。结果表明,总体上,中、西北太平洋海盆深海沉积物中,尤其是(含)沸石粘土中的REY含量明显高于东太平洋海盆多金属软泥REY含量,其REY的富集主要与磷酸盐有关。超常富集REY(∑REY>2000×10^(-6))的沉积物中的CaO/P_(2)O_(5)比值趋向于一致(~1.4),几乎接近于磷灰石CaO/P2O5比值(~1.3),因此REY主要赋存载体为磷灰石,该区沉积物中REY的富集可能受到磷酸盐化的影响;东太平洋海盆多金属软泥明显受到热液影响,铁和锰的含量明显增加,但其∑REY含量集中于500×10^(-6)~800×10^(-6),不随铁和锰的增加而变化,REY的富集仍与磷酸盐关系密切,而与铁锰物质和铝硅酸盐关系不大。中、西北太平洋海盆富稀土的深海沉积物形成时处于较强的氧化环境,同时又有充足的含磷物质补给,才造成REY在该区沉积物中的超常富集;而东太平洋海盆多金属软泥虽然处于氧化环境,但缺少足够的磷补给,所以其∑REY含量通常低于中、西北太平洋海盆沸石粘土中∑REY含量。     

太平洋库克群岛结核结壳稀土成矿研究

太平洋海底蕴藏着丰富的矿产资源。事实表明,稀土不仅蕴含于深海软泥中,还蕴含于海底多金属结核和富钴结壳,而且两者的平均稀土含量高于深海软泥。本文统计并计算了世界上公开发表的富钴结壳和多金属锰结核的稀土数据。结果表明,全球多金属锰结核的稀土元素和钇REY平均含量为1000 μg/g,重稀土和钇(HEY)在结核结壳中的比重则普遍高于15%;而富钴结壳中的REY平均含量则为2310 μg/g,远高于多金属锰结核的稀土含量。     

中印度洋洋盆深海沉积泥的稀土元素载体和来源

<正>深海沉积泥中蕴含了大量的稀土元素,是继大洋结核和结壳之后最具有稀土潜在资源的深海地质体(Kato et al.,2011)。前人关于富稀土深海泥的研究范围多限于太平洋,而在印度洋范围内关于富稀土深海泥的报道颇少(Yasukawa et al.,2014),此外关于深海泥富集稀土的机制仍然不明,这些都进一     

太平洋富稀土深海沉积物标准物质研制

深海稀土被认为是继多金属结核、富钴结壳和多金属硫化物之后发现的第四种深海矿产资源,以富含中-重稀土元素为显著特征。中国目前深海沉积物标准物质数量较少,不成系列,而且现有海洋沉积物标准物质中稀土元素总量最高为475.9μg/g,远未达到富稀土深海沉积物中的稀土元素总量(>1000μg/g)。目前国内外尚未有富稀土深海沉积物成分分析标准物质,为满足深海稀土资源勘查需要,本文报道了国家一级标准物质太平洋富稀土深海沉积物(GBW07590)研制过程。该标准物质候选物实物样品采集自4300m东南太平洋海底,经过自然风干、粉碎、混匀和灭活加工制备后,对沉积物成分进行均匀性和稳定性检验,各成分统计结果显示样品具有良好的均匀性和稳定性。国内外11家实验室采用多种分析方法对该标准物质的62种成分进行定值,确定各项成分的标准值和不确定度,稀土总量达到2103μg/g。该标准物质的研制进一步丰富了国内外深海沉积物标准物质品类,为科学研究、深海资源开发评价和地球化学分析测试等提供科技支撑。     

太平洋中部富REY深海沉积物的地球化学特征及化学分类

赋存于深海沉积物中的稀土资源是一种潜在的稀土资源。对太平洋中部30个重力活塞柱状样中的1 275个深海沉积物样品的常量、稀土化学分析数据进行了系统研究。在涂片鉴定的基础上,采用Ca O和Al2O3含量把太平洋中部深海沉积物划分为钙质软泥类沉积物、硅质软泥类沉积物、深海黏土类沉积物三种成因类型;这三种类型沉积物的稀土分布模式相似,表现为明显的Ce负异常,一定程度的重稀土元素富集和Y正异常,深海黏土类沉积物的ΣREY明显偏高。采用主要元素(包括Ca O/P2O5比值)与REY的关系图可以有效地判别不同成因类型沉积物的混合状况。太平洋中部富P、富含沸石的深海黏土类沉积物是最有利的富REY的深海沉积物类型。太平洋中部深海沉积物REY富集的主要原因是由于深海沉积物中混入了过量的(鱼牙骨碎屑状)磷灰石组分,而钙质生物组分和硅质生物组分的加入对REY含量起了明显的稀释作用。     

深海富稀土沉积物的流变特性研究

针对取样于太平洋的深海富稀土沉积物,采用激光粒度分析仪、液塑限联合测定仪对其常规的物理性能开展研究,并通过X射线衍射法和扫描电镜法分析其矿物成分以及微观结构。结果表明,深海富稀土沉积物具有高液限、高塑性,矿物成分主要由石英、方解石、石盐、长石、云母等原生矿物和次生矿物绿石等组成,显微结构主要由链接结构和蜂窝状的片状结构组成。针对深海富稀土沉积物这种具有流动性的超软土,采用RST流变仪开展具有不同温度与不同含水率的沉积物流变试验,并基于试验结果分析了不排水剪切强度、屈服应力、表观黏度与温度和含水率之间的关系,引入Herschel-Bulkley模型对流变参数进行探讨,通过液相转化与粒际作用理论,解释了深海富稀土沉积物的流变特征。结果表明,含水率和温度对沉积物的剪切应力与表观黏度有显著影响,与常温条件下相比,在低温环境下沉积物的剪切应力与表观黏度显著提高,表观黏度以及屈服应力随着沉积物的含水率的增加而下降。这一成果可为深海富稀土沉积物进行流态化运输提供科学依据。     

太平洋中部富REY的深海沉积物的地球化学特征及化学分类

<正>深海沉积物中的稀土资源是潜在的海底稀土资源。本文对太平洋中部重力柱取样获得的1275个深海沉积物样品的矿物组分、常量、稀土化学分析结果进行了系统分析,并与中北太平洋海域990个深海沉积物样品的稀土元素地球化学特征进行了对比。分析研究结果表明太平洋中部深海沉积物样品的富REY的地球化学特征与中北太平洋相似。首先太平洋中部深海沉积物样品根据Ca O含量可分为两类:⑴Ca O≥10%,代表了富含钙质生物组分的沉积物类型,与沉积物分类中的钙质软泥相当,其ΣREY     

湖南沃溪金-锑-钨矿床成因的稀土元素地球化学证据

沃溪金-锑-钨矿床的稀土元素地球化学组成良好地反映了成矿作用的条件和过程,并为示踪矿床成因提供了有用的信息.以流体包裹体为代表的成矿溶液,以较高的稀土总量、显著的轻稀土富集和缺乏明显的铕异常为特征,代表了一种通过在碎屑沉积物柱中循环而萃取矿质的演化的海水热液.矿石相对于成矿流体(母液)富集重稀土而轻微亏损铕,反映了矿石沉淀过程中来自于海水的稀土元素掺合.同一矿层内由下往上,重稀土相对富集的程度逐渐增大而稀土总量则逐渐降低,表明随着热液化学沉淀作用的进行,海水掺合的影响逐渐增强.矿石的稀土元素组成,无论在分布模式还是在轻重稀土之间的分馏程度上,均与其他许多 Sedex型多金属矿床十分相似,暗示了这些矿床具有相似的成因机制.稀土元素地球化学特征支持矿床同生沉积成因的观点.     

我国深海矿产研究:进展与发现(2011-2020)

深海矿产是地球上尚未被人类充分认识和利用的最大潜在战略矿产资源,近十年我国在该领域的研究取得了重要进展.在太平洋国际海底区域申请到2块多金属结核勘探区、1块富钴结壳勘探区,在西南印度洋中脊申请到1块多金属硫化物勘探区.研究阐明了我国多金属结核和富钴结壳勘探区小尺度成矿规律,揭示了其成矿作用过程及古海洋古气候记录,探讨了...     

沉积物地球化学方法在海底多金属硫化物探矿中的应用

<正>海底多金属硫化物矿主要由热液喷流沉积作用形成,其成因与海底热液活动有密切的关系。海底热液活动区热液沉积物主要有两种,一种是简单混合了来自热液流体或热液柱的硫化物矿物微颗粒或Fe、Mn氧化物微颗粒的热液含金属沉积物,表现为相对普通深海沉积物富集Fe、Mn、Cu、Pb、Zn、Au、Ag等金属元素;另一种则是热液沉积物经过后期的氧化作用改造形成或者是化学混合了硫化物氧化产物微颗粒形成的热液蚀变沉积物。根据Bostrom于1973年提出的判断含金属沉积物的Al、Fe和Mn元素     

中印度洋海盆表层沉积物稀土元素分布特征及富集规律

对中印度洋海盆14个站位的表层沉积物进行了稀土元素(REE+Y,简称REY)分布特征和富集规律研究.结果表明,样品中REY主要富集于沸石黏土和远洋黏土中(稀土元素总量最高为1239×10?6),且明显富集钇(Y)等重稀土元素(Y富集系数高达14.1,重稀土元素和Y富集系数最高为11.6);富稀土沉积物呈明显Ce亏损,发...     

贵州泥堡金矿床热液方解石地球化学特征及地质意义

已有研究表明,右江盆地卡林型金矿成矿期方解石具有独特的中稀土元素富集特点,但其成因还存在诸多争议。贵州泥堡金矿存在成矿期和非成矿期2种热液方解石脉,其中成矿期方解石脉多出现在矿化凝灰质细砾岩与凝灰质（粉）砂岩中,矿物组合为含砷黄铁矿+毒砂+石英+方解石;非成矿期方解石脉在未蚀变灰岩、矿化凝灰质细砾岩与凝灰质（粉）砂岩中均发育,且常穿切成矿期含硫化物方解石脉。文章通过对2种类型方解石脉开展稀土元素与碳、氧同位素、成矿期方解石脉内金属硫化物电子探针与微区原位LA-ICP-MS元素分析,发现与成矿期方解石脉共生的黄铁矿具典型的环带结构,黄铁矿环带和毒砂富Au、As、Sb、Hg、Cu、Co、Ni等元素。成矿期方解石脉显示中稀土元素富集模式和Eu正异常特征,表明金成矿流体为还原性流体,明显不同于非成矿期方解石脉的轻稀土元素富集模式和Eu负异常特征。泥堡金矿成矿期热液方解石的中稀土元素富集模式,与中国西南低温Au-Sb矿床成矿期方解石、萤石、磷灰石等矿物的稀土元素组成特征一致,酸性成矿流体的稀土元素组成可能是导致该金矿区成矿期方解石富集中稀土元素的主要原因。该区热液方解石特有的地球化学特征,使其在低温热液金矿床成矿年代学研究及深部找矿应用方面具有重要前景。     

深海盆地底层水——沉积物系统的REE元素迁移规律

正大洋盆地中发现的大量富稀土沉积物已经成为国际战略资源而被广泛关注(Kato et al.,2011)。在稀土元素物质来源和富集机制方面目前仍存在较大争议:物质来源方面,Kato et al.(2011)认为,富稀土沉积物很可能与大洋中脊的热液活动有关。但是激光剥蚀质谱的结果表明,沉积物的稀土元素主要存在于磷灰石中,指示着沉积物中的稀土元素直接来源于海水。在富集机制上,刘季花等(1994)     

云南澜沧老厂大型银多金属矿床黄铁矿稀土和微量元素地球化学

云南澜沧老厂银多金属矿床是“三江”成矿带南段著名的代表性矿床之一。本文系统研究了矿床中黄铁矿（石）的稀土和微量元素地球化学特征。结果表明：老厂矿床黄铁矿（石）稀土元素总量较低,黄铁矿石EREE平均为5．54×10^6,其单矿物EREE平均仅为0．25×10^6;各类样品稀土配分模式均为明显右倾的轻稀土富集模式,轻稀土分异较强、而重稀土元素分异较弱;黄铁矿石、矿物δEu正异常、δCe负异常和轻稀土富集的配分模式与现代海底热液稀土的十分相似,是成矿流体海底喷流沉积的体现,此外黄铁矿石、矿物还发育弱的δEu负异常,可能是后期岩浆成矿热液叠加改造的结果。矿床黄铁矿单矿物除相对富集少量高场强元素外,其它元素均有不同程度的亏损,其Hf／Sm、Th／La、Nb／La值普遍〈1,表明矿床成矿流体可能是以富cl的成矿热液为主;黄铁矿co、Ni含量较低且变化较大,Co／Ni比值显示矿床经历了不同的成矿阶段,利用Y／Ho比值示踪成矿流体表明,黄铁矿Y／Ho比值与海水及海底热液基本一致,为矿床经历海底火山喷流沉积成矿作用提供了新的佐证。     

滇黔桂地区卡林型金矿热液矿物地球化学

滇黔桂卡林型金矿是产于热水沉积岩及碎屑岩系的热液矿床，载金矿物为黄铁矿、毒砂等热液矿物，而石英、碳酸盐、萤石及粘土等矿物则是主要的热液蚀变矿物。矿化产于蒙脱石、高岭石粘土到伊利石、绿泥石粘土矿物的转变带，成矿深度在2000m以上，成矿热液来源于粘土矿物脱水产生的异常高压流体或沿断裂带天水循环形成的成矿流体。这种流体形成的热液矿物稀土元素分配显示中稀土富集的分配模式，并明显富元素钇，这种流体中形成的黄铁矿中Co／Ni值显示沉积到热液成因的过渡类型，因此与砂岩铜矿中热液矿物的稀土分布模式有某些一致性。     

内生碳酸岩型稀土矿床中磷酸盐作用研究综述

碳酸岩型稀土矿床是全球稀土最主要的来源。磷酸盐是该成矿体系中常见的组分,但对其在碳酸岩稀土成矿过程中的具体作用仍缺少系统的认识。笔者等综述了磷酸盐在碳酸岩岩浆形成、演化和稀土富集成矿过程中作用,并提出现存问题和研究展望。磷在碳酸盐熔体中具有很高的溶解度。磷的存在有利于稀土在地幔极低程度部分熔融过程和碳酸盐—硅酸盐液态不混溶过程中优先进入碳酸盐熔体,形成初始碳酸盐熔体中稀土的预富集。碳酸岩岩浆演化过程中,稀土将优先进入到不混溶的磷酸盐熔体或独居石和磷灰石等磷酸盐矿物中,这些熔体和矿物的行为很可能是控制体系中稀土行为和成矿潜力的关键因素。岩浆作用过程中形成的富稀土磷酸盐矿物还可为热液阶段稀土矿化提供成矿物质来源。磷酸盐还是热液过程中稀土的有效沉淀剂,有利于轻重稀土矿物在流体晚期阶段成矿。未来工作应更多关注磷酸盐在碳酸岩岩浆演化过程中的作用及其中重稀土的富集机理研究,针对具体成岩成矿过程开展实验岩石学和熔体包裹体研究。