马里亚纳海沟挑战者深渊初期多金属氧化物的 矿物学、地球化学特征及其成因环境研究

对大洋27航次在西太平洋马里亚纳海沟挑战者深渊获取的3个多金属氧化物样品进行了X射线矿物衍射分析、穆斯堡尔谱分析及地球化学元素分析,研究其矿物、地球化学特征差异。结果表明,所取样品处于多金属氧化物发育的初始阶段,具有独特的矿物地球化学特征:(1)相较于太平洋CC区及中太平洋海盆获取的多金属结核样品,本研究样品的矿物组成中含有异常高的石英、斜长石以及黏土矿物,而水羟锰矿和钙锰矿含量较低。(2)样品中铁相矿物主要为正方针铁矿(91.6%),另含少量纤铁矿(8.4%),推测是纤铁矿向更加稳定的正方针铁矿衍变的结果。(3)由于样品中深海黏土组分以及氧化物核心物质的混入,加上吸附金属氧化物时间较短,导致SiO₂和Al₂O₃含量均高于正常结核,而Fe、Mn、Cu、Co、Ni等其余金属元素含量较低。(4)由于形成时间较短,样品中稀土元素含量相对较低,ΣREE仅约为0.4×10^-3(一般太平洋CC区及中太平洋结核中稀土含量均大于1.0×10^-3);加之海水氧化还原作用的降低以及研究区海底热液活动的影响,Ce元素未表现出多金属结核中常见的正异常。     

铌钽矿研究进展和攀西地区铌钽矿成因初探

铌钽矿主要产出类型包括伟晶岩型、富Li-F花岗岩型、碱性侵入岩型、碳酸岩型及冲积砂矿型。前2种类型以钽为主,后3种则以铌占主导。铌和钽大多以铌钽独立矿物(铌铁矿、钽铁矿、细晶石、烧绿石等)呈浸染状分布于含矿岩石中,也有部分以类质同象的形式分布于云母、榍石、霓石、钛铁矿等矿物中。关于铌钽矿的富集机制,一些学者认为可由富F-Na和稀有金属(铌、钽等)的花岗质熔体经结晶分异作用形成;另一些学者则根据铌钽矿化与岩石的钠长石化、锂云母化等紧密共生的特点,认为铌钽的富集是岩浆期后流体交代早期形成的花岗岩所致。攀西(攀枝花-西昌)地区的铌钽矿床(化)基本上都是沿着断裂带分布,矿体赋存于印支期碱性岩脉(碱性正长伟晶岩)中,有少数存在于碱性花岗岩中,与区域上邻近的正长岩体及花岗岩体关系密切。其矿石矿物主要为烧绿石、褐钇铌矿等。初步推断,攀西地区的铌钽矿与二叠纪地幔柱活动有关。碱性的正长岩体及花岗岩体与广泛分布的峨眉山玄武岩、辉长岩均是地幔柱岩浆活动的产物,长英质岩体(包括正长岩体和花岗岩体)是富铌钽岩石的母岩体。碱性伟晶岩脉(如炉库和白草地区)是碱性岩浆逐步演化的产物,含矿的碱性花岗岩是花岗质岩浆分异演化的结果。此外,在该地区的铌钽矿床中,铌钽矿物几乎都富集在钠长石化发育的地段,说明后期的热液交代对铌钽的富集也起到了一定作用。因此,攀西地区铌钽的富集是岩浆结晶分异和岩浆期后热液交代共同作用的结果。     

太平洋富稀土深海沉积物及黏土组分(<2μm)的Nd同位素特征及物源意义

太平洋深海沉积物富含稀土元素(∑REY,REE+Y),稀土含量达到或超过中国南方离子吸附型稀土矿品位。富稀土沉积物类型主要为远洋黏土和(含)沸石黏土。为了解富稀土元素深海沉积物的物质来源及其对稀土富集机制的影响,本文对中、西太平洋远洋黏土和(含)沸石黏土分别进行了全岩和黏土组分(2μm)的元素地球化学、Nd同位素及黏土矿物研究。结果表明,沸石黏土的∑REY最高,远洋黏土次之;全岩及黏土组分的∑REY与P_2O_5显示较好的正相关关系,且P_2O_(5全岩)/P_2O_(5黏土)和∑REY_(全岩)/∑REY_(黏土)正相关,说明不同类型沉积物黏土组分及全岩的稀土元素均主要由磷酸盐贡献;沉积物全岩ε_(Nd)值为-5.20～-6.02,表明其中的Nd来自火山源、陆源和自生源物质的混合源区;西太平洋含高REY的沸石黏土较中太平洋同类型沉积物具有较低的ε_(Nd)值,表明火山物质并不是沉积物中稀土元素富集的重要物源,但沸石含量对沉积物中稀土元素含量的高低具有一定指示意义;沉积物ε_(Nd)值接近海水ε_(Nd)值,表明稀土元素更多的直接来自于海水,但是成岩过程中可能受到其他物源或过程的影响。通过对比全岩及黏土组分的稀土元素特征,认为黏土矿物一定程度上可能承担了沉积物中稀土元素过渡载体相的作用。     

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。     

太平洋调查区多金属结核的地球化学特征和成因

东太结核主要为半埋藏和埋藏型,发育于以黏土和硅质组分为主的沉积环境。东太结核的锰相矿物主要有水羟锰矿和钡镁锰矿,具有较高的REY、Cu、Ni含量和Mn/Fe比值,显示遭受间隙水的影响,落入水成成因和成岩成因两个区间范围。西太结核主体暴露在海水中,周围沉积物主要由深海黏土组成。西太结核的锰相矿物几乎只有水羟锰矿,具有较高的REY、Co含量和低Mn/Fe比值,属于典型的水成成因型。两个区域的多金属结核的稀土北美页岩标准化模式均显示Ce正异常、Y负异常和无或弱Eu异常,与海水稀土特征构成良好的耦合关系,是多金属结核对海水稀土选择性富集的结果。西太结核相对东太结核具有更高的Ce含量和δCe,Co、Ti与Ce具有良好的正相关关系。研究认为海水中溶解氧并不一定是控制结核Ce正异常程度的关键因素,Co、Ti等元素及其相关组分能够引起Ce与其他稀土元素的强烈分馏,也可能是影响多金属结核Ce正异常程度的控制因素。研究区多金属结核和富钴结壳表层样的ε_Nd范围为-6.6~-2.5,是全球最富放射性成因Nd的海洋铁锰壳层。结合稀土模式以及Eu异常特征,本研究认为多金属结核的稀土主要来自ε_Nd相对较高的周围陆壳,可以通过河流或者大气沉降等方式输送到大洋,而研究区广泛分布的海山玄武岩释放的放射性成因Nd同位素对海水的影响微弱。     

太平洋富稀土深海沉积物中稀土元素赋存载体研究

太平洋深海沉积物中富含稀土(含Y,简称REY),尤其是(含)沸石粘土,其主要由粘土组分、沸石、鱼牙骨、微结核及生物残渣等组成,目前对于该类稀土矿床中REY的赋存载体存在争议。本文在中、西太平洋选取两个富REY的沸石粘土样品利用地球化学和矿物学对稀土赋存状态进行定量研究。矿物微区成分表明,鱼牙骨主要成分为磷灰石,含有最高的REY含量,为2497×10~(- 6)~18623×10~(- 6),微结核和沸石颗粒含有较低的REY含量,分别为246×10~(- 6)~333×10~(- 6)和29.36×10~(- 6)~256×10~(- 6)。通过三种矿物相在沉积物63~250μm粒级组分中各自所占质量比例,计算得出磷灰石对REY的贡献率可达90%以上,说明此粒级中磷灰石为主要REY赋存载体,然而相对全岩总的REY含量,该粒级中磷灰石的贡献仍较小。通过对全岩和粉砂级组分(小于63μm)主微量地球化学分析和XRD矿物相分析表明,2个样品中REY主要存在于粉砂级组分中,其中的磷灰石对全岩REY的贡献最高均可达70%左右。另外通过对粘土组分(2μm)研究发现2个样品粘土组分的REY含量相似,分别为530×10~(- 6)和631×10~(- 6),粘土组分对全岩沉积物的REY贡献意义不大,对整个沉积物REY而言其贡献率仅为2%~5%左右。因此认为磷灰石为整个沸石粘土中REY主要赋存载体。     

中国富钴结壳合同区海水的稀土元素特征及其意义

通过对西太平洋34件海水样品的稀土元素（REY:REE+Y）测试及其与研究区富钴结壳稀土耦合特征分析,揭示了海水稀土特征及其成因.海水的稀土含量随水深呈现逐渐增加的趋势,∑ REY范围为14.0×10-12~65.5×10-12,平均值为31.9×10-12,其中Y的绝对值（均值为6.0×10-12~24.1×10-12）和相对值（（Y/Ho）_N均值为1.98）均较高,La含量次之（均值为1.8×10-12~11.6×10-12）,Ce含量相对较低（均值为2.4×10-12~8.8×10-12）,δCe范围为0.33~1.03（均值为0.66）,（La/Yb）_N平均值为0.71.海水稀土元素北美页岩标准化后显示左倾模式,具有显著的Ce负异常、Y正异常和无明显的Eu异常特征.研究区普遍发育水成成因的富钴结壳,即其稀土元素和其他组分均源自海水.富钴结壳的稀土含量相对海水富集6~7个数量级,其Ce正异常和Y负异常的稀土模式与海水构成良好的耦合关系,指示富钴结壳类组分对海水稀土清扫具有选择性,是造成海水稀土模式的重要因素.海山上发育的磷块岩以及周围盆地深海泥中的磷酸盐组分,它们具有较高的稀土含量和类似于海水的稀土模式,指示海洋磷酸盐消耗稀土时并未分馏而是继承海水模式.海水独特的稀土模式特征是补给与消耗平衡作用的结果,铁锰氧化物和海洋磷酸盐是两种典型的海洋自生组分,它们对海水稀土特征的形成至关重要.      

峨眉山大火成岩省赋Nb-Ta-Zr矿化正长岩脉的形成时代和锆石Hf同位素组成

攀西地区广泛发育Nb-Ta-Zr矿正长岩脉,它们在空间上与峨眉山大火成岩省的玄武岩、辉长岩及长英质岩体(正长岩和花岗岩)共生,但是否有成因联系并不清楚。本文对攀西地区炉库和白草两个Nb-Ta-Zr矿区中的正长岩体、无矿及含矿正长岩脉进行了锆石LA-ICPMS法U-Pb定年和Lu-Hf同位素研究。研究表明,炉库矿区正长岩体和无矿正长岩脉锆石U-Pb年龄为255.6±2.0Ma和255.6±1.5Ma,含矿正长岩脉为256.7±4.4Ma;白草矿区正长岩体和含矿正长岩脉形成时间为257.9±2.3Ma和257.8±1.3Ma。这些年龄结果均显示攀西地区Nb-Ta-Zr矿化的形成时代与正长岩体一致,说明Nb-Ta-Zr矿化的形成与峨眉山大火成岩省紧密相关,为地幔柱成矿系统的一部分。两个矿区含矿正长岩脉的锆石ε_Hf(t)值分别为+0.1~+9.5(多数集中于+2~+6,炉库矿区)和-0.2~+7.7(白草矿区),与正长岩体相似(炉库矿区为+1.0~+6.6,白草矿区为+2.1~+6.2),说明含矿岩脉与正长岩体有紧密成因联系。结合锆石年龄和Hf同位素研究初步认为,正长岩体和正长岩脉是峨眉山地幔柱岩浆底侵到下地壳底部的基性岩再次部分熔融的结果。     

攀西地区二叠纪赋存铌钽矿的正长岩脉的成因探讨

攀西地区广泛发育正长岩脉,其中有些岩脉富含铌钽等稀有金属元素。这些岩脉多侵入于二叠纪辉长岩体中,并与该区玄武岩及长英质岩体共生。锆石U-Pb年代学表明这些正长岩脉与长英质岩体及辉长岩体形成时代相一致(258~256Ma),但是否有成因联系并不清楚。本文对攀西地区炉库和白草两个Nb-Ta矿区中的富矿正长岩脉、贫矿正长岩脉及相关正长岩体在进行了详细的岩石学、矿物学及主微量地球化学的基础上,又开展了全岩Sr-Nd同位素研究。研究表明,岩石的εNd(t)非常均一(富矿正长岩脉εNd(t)=-0.2~+0.2,贫矿正长岩脉εNd(t)=-0.3~+0.7,正长岩体εNd(t)=-0.3~+0.4);两矿区岩石初始86Sr/87Sr值同位素则表现出宽泛的范围,正长岩体和贫矿正长岩脉的(86Sr/87Sr)i分别变化于0.7032~0.7090和0.7044~0.7064,富矿正长岩脉的(86Sr/87Sr)i变化于0.7049~0.7091,较大的初始86Sr/87Sr比值可能由于岩石遭受一定程度的蚀变所致。本文两矿区的富矿正长岩脉及贫矿正长岩脉和正长岩体的Sr-Nd同位素特征,与攀西地区红格镁铁质/超镁铁质层状侵入体的一致(εNd(t)=-2.7~+1.0,(86Sr/87Sr)i=0.7058~0.7064),表明其与峨眉山玄武岩及镁铁质侵入体来自于相同的地幔源区。结合作者及其他研究者对本区正长岩脉和相关正长岩体的主微量地球化学研究,我们认为本区炉库和白草矿区的富矿正长岩脉及相关正长岩体可能是峨眉山地幔柱岩浆活动造成的底侵在下地壳底部的辉长质岩石低程度(5%~10%)部分熔融形成的产物,且较少受到地壳物质混染。