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。     

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     

稀土元素及钇在东太平洋CC区深海泥中的富集特征与机制

东太平洋CC区深海泥具有高的REY(REE+Y)含量,理解其富集机制对于寻找深海稀土资源具有重要意义。本文对WPC1101站位的沉积物柱状样开展了沉积物类型、粒度、黏土矿物和元素组成分析,结合已有资料探讨研究区深海泥的稀土元素富集特征及其形成机制。研究区深海泥主要以远洋黏土和硅质生物组分为主,其∑REY范围主要为400~1 000 μg/g。深海泥北美页岩标准化后的REY配分模式具有显著的负Ce异常,指示富稀土深海泥中海相自生组分贡献较大。根据统计发现,研究区深海泥的∑REY与Al2O3、MnO、P2O5均具有良好的相关性,黏土组分、铁锰氧化物和磷酸盐对REY都有贡献。通过综合分析,提出研究区富稀土泥中高P含量是高∑REY重要的控制因素。     

深海沉积物中稀土元素的富集成矿作用

我国虽是稀土大国,但重稀土仍是十分紧缺的关键金属资源。2011年日本学者Kato等在太平洋深海盆地中发现了大规模富含稀土元素的沉积物,引起世界各国高度重视。深海富稀土沉积物广泛分布于海底,其富集稀土元素尤其是相对富集重稀土元素等关键金属,是继大洋结核结壳、洋中脊热液硫化物、天然气水合物之后一种重要的海洋矿产资源。目前太平洋和印度洋中都证实有大面积富稀土沉积物的存在,我国科学家将深海稀土资源分为4个主要成矿远景区,其中太平洋3个,印度洋1个。富稀土沉积物的矿物组分主要包括生物成因磷灰石（鱼牙和鱼骨）、微结核（铁锰氧化物或氢氧化物）、沸石、黏土矿物等,其中生物磷灰石是最重要的稀土载体。稀土元素直接来源于上覆海水和孔隙水,热液和火山活动可能也有贡献。水深、沉积速率和氧化还原环境等是控制深海稀土元素富集的重要因素,强底流、海底火山和热液活动以及气候事件所导致的陆源输入的变化也会对深海稀土富集产生重要影响。深海稀土成矿作用仍然存在一些尚未解决的科学问题,需进一步加强深海富稀土沉积物成因及超常富集机制等的研究,以丰富和完善深海稀土的成矿模型,为我国在深海稀土富集区的勘探研究与实践提供重要借鉴。     

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。     

富稀土磷酸盐及其在深海成矿作用中的贡献

中国最近几年对中北太平洋海域开展了系统调查,在中太平洋海盆新发现了稀土含量高达2000×10~(-6)的富稀土泥。深海泥样品稀土与各主要氧化物相关图解中,∑REY与P_2O_5含量始终保持良好的相关性。在太平洋各沉积物柱状样中,∑REY随着P2O5变化非常敏感。如果将P_2O_5含量高于0.25%的样品剔除,深海泥的∑REY不高于400×10~(-6),指示了磷对稀土元素的控制。海洋磷酸盐能够继承海水的负Ce异常及高Y/Ho比值特征,深海泥样品具有相似特征,且表现为稀土含量越高,其稀土配分模式越接近磷酸盐。酸淋滤实验显示,滤液中萃取出大部分的P及∑REY,且∑REY与P含量具有良好的正相关关系。无论∑REY高低,滤液稀土配分均呈现出显著的负Ce异常;而难溶残留物的∑REY普遍较低,且无负Ce异常特征。根据12组滤液中PO_4~(3-)与∑REY,估算出深海泥中的磷酸盐具有的∑REY含量范围为9495×10~(-6)~28287×10~(-6),这与深海泥中生物磷灰石的稀土含量和稀土模式均吻合。综上所述,我们认为深海泥中的磷酸盐主要以富稀土磷酸盐的形式存在,其稀土含量远高于深海泥中的铁锰氧化物和铝硅酸,因此磷含量的变化对于深海泥的稀土含量和模式影响至关重要。相较于碳酸盐沉积环境下容易形成贫稀土的磷块岩,深海环境下的化学沉积以及有机P的成岩作用容易形成富稀土磷酸盐。     

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。     

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。     

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。     

太平洋CC区西部沉积物地球化学特征及其成因

对太平洋CC区西部7根沉积物短柱样的常微量元素进行浓度测试,以了解沉积物元素时空分布特征及其来源和控制因素.与上地壳元素平均值(UCC)相比,研究区沉积物中MnO、P2O5、Co、Ni、Cu、Mo、Ba明显富集,Al2O3、K2O、Fe2O3、CaO、Sr等亏损.聚类和因子分析表明研究区沉积物元素有4种来源,其中Al2...     

Geochemistry of Rare Earth Elements and Thorium in Sediments and Ferromanganese Nodules of the Atlantic Ocean

The behavior of rare earth elements (REE) and Th is studied along the west–east transect at 22°N across the Atlantic Ocean. It is shown that both REE and Th contents, relative to Al (the most lithogenic element), increase toward the pelagic region. The increasing trend becomes more complicated due to variations in the content of biogenic carbonate that serves as a diluting component in sediments. The REE composition varies symmetrically relative to the Mid-Atlantic Ridge (MAR) emphasizing a weak hydrothermal influence on sediments of the ridge axis, although the well-known criteria for hydrothermal contribution, such as Al/(Al + Mn + Fe) and (Fe + Mn)/Ti, do not reach critical values. Variations in the REE content and composition allowed us to distinguish the following five sediment zones in the transect: (I) terrigenous sediments of the Nares abyssal plain; (II) pelagic sediments of the North American Basin; (III) carbonate ooze of the MAR axis; (IV) pelagic sediments of the Canary Basin; and (V) terrigenous clay and calcareous mud of the African continental slope and slope base. Ferromanganese nodules of the hydrogenetic type with extremely high Ce (up to 1801 ppm) and Th (up to 138 ppm) contents occur in pelagic sediments. It is ascertained that P, REE, and Th concentrations depend on Fe content in Atlantic sediments. Therefore, one can suggest that only a minor amount of phosphorus is bound in bone debris. The low concentration of bone debris phosphorus is a result of relatively high sedimentation rates in the Atlantic, as compared with those in pelagic regions of the Pacific.     

Geochemistry and mineralogy of REY-rich mud in the eastern Indian Ocean

Deep-sea sediments in parts of the Pacific Ocean were recently found to contain remarkably high concentrations of rare-earth elements and yttrium (REY) of possible economic significance. Here we report similar REY-rich mud in a core section from Deep Sea Drilling Project Site 213 in the eastern Indian Ocean. The sediments consist mainly of siliceous ooze, with subordinate zeolitic clay that contains relatively high REY concentrations. The maximum and average total REY (ΣREY) contents of this material are 1113 and 629 ppm, respectively, which are comparable to those reported from the Pacific Ocean. The REY-rich mud at Site 213 shows enrichment in heavy rare-earth elements, negative Ce anomalies, and relatively low Fe₂O₃/ΣREY ratios, similar to those in the Pacific Ocean. In addition, the major-element composition of the Indian Ocean REY-rich mud indicates slight enrichment in lithogenic components, which probably reflects a contribution from southern African eolian dust. A volcaniclastic component from neighboring mid-ocean ridges or intraplate volcanoes is also apparent. Elemental compositions and X-ray diffraction patterns for bulk sediment, and microscopic observation and elemental mapping of a polished thin section, demonstrate the presence of phillipsite and biogenic apatite, such as fish debris, in the REY-rich mud. The strong correlation between total REY content and apatite abundance implies that apatite plays an important role as a host phase of REY in the present deep-sea sediment column. However, positive correlations between ΣREY and elements not present in apatite (e.g., Fe₂O₃, MnO, and TiO₂) imply that the REY-rich mud is not formed by a simple mixture of REY-enriched apatite and other components.     

Petrogenesis of Al–silicate-bearing trondhjemitic migmatites from NE Sardinia, Italy

The migmatites from Punta Sirenella (NE Sardinia) are layered rocks containing 3–5 vol.% of centimeter-sized stromatic leucosomes which are mainly trondhjemitic and only rarely granitic in composition. They underwent three deformation phases, from D₁ to D₃. The D₁ deformation shows a top to the NW shear component followed by a top to the NE/SE component along the XZ plane of the S₂ schistosity. Migmatization started early, during the compressional and crustal thickening stage of Variscan orogeny and was still in progress during the following extensional stage of unroofing and exhumation.

The trondhjemitic leucosomes, mainly consisting of quartz, plagioclase, biotite ± garnet ± kyanite ± fibrolite, retrograde muscovite and rare K-feldspar, are locally bordered by millimeter-sized biotite-rich melanosomes. The rare granitic leucosomes differ from trondhjemitic ones only in the increase in modal content of K-feldspar, up to 25%. Partial melting started in the kyanite field at about 700–720 °C and 0.8–0.9 GPa, and was followed by re-equilibration at 650–670 °C and 0.4–0.6 GPa, producing fibrolite–biotite intergrowth and coarse-grained muscovite.

The leucosomes have higher SiO₂, CaO, Na₂O, Sr and lower Al₂O₃, Fe₂O₃, MgO, TiO₂, K₂O, P₂O₅, Rb, Ba, Cr, V, Zr, Nb, Zn and REE content with respect to proximal hosts and pelitic metagreywackes. Sporadic anomalous high content of calcium and ferromagnesian elements in some leucosomes is due to entrainment of significant amounts of restitic plagioclase, biotite and accessory phases. The rare granitic leucosomes reveal peritectic K-feldspar produced by muscovite-dehydration melting. Most leucosomes show low REE content, moderately fractionated REE patterns and marked positive Eu anomaly. Proximal hosts and pelitic metagraywackes are characterized by higher REE content, more fractionated REE patterns and slightly negative Eu anomaly.

The trondhjemitic leucosomes were generated by H₂O-fluxed melting at 700 °C of a greywacke to pelitic–greywacke metasedimentary source-rock. The disequilibrium melting process is the most reliable melting model for Punta Sirenella leucosomes.     

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...     

Geochemical Characteristics of Apatite in Heavy REE‐rich Deep‐Sea Mud from Minami‐Torishima Area,Southeastern Japan

We have conducted geochemical and mineralogical investigations of the rare earth and yttrium (REY)‐rich mud from the Minami‐Torishima area in the Pacific in order to clarify the concentration of REY and their host‐phase in the mud. X‐ray diffraction analysis shows that the mud is mainly composed of phillipsite, fluorapatite, quartz, albite, illite and montmorillonite. Whole‐rock CaO, P₂O₅ and total REY contents of the mud are positively correlated. Relative abundance of apatite is also positively correlated to P₂O₅ and total REY contents. These correlations suggest that apatite is the main host of the P₂O₅ and REY in the mud. We make in situ compositional analyses of constituent minerals in the REY mud. The results show that the apatite is abundant in REY (9300–32,000 ppm) and is characterized by a negative Ce anomaly and enrichment in heavy rare‐earth elements. This abundance and composition of REY of the mud is similar those of fish debris apatites. In contrast, phillipsite is less abundant in REY (60–170 ppm). Therefore we conclude that the main REY host phase of the mud is apatite.     

碳酸盐岩石成因类型的判别分析和白云鄂博“白云岩”的成因讨论

本文根据对世界上20多个国家和我国21个省碳酸盐岩石化学全分析数据的统计和换算结果,发现岩浆碳酸岩与沉积碳酸盐岩之间常量元素的一般含量无显著不同,但采用两组或逐步判别分析的方法,仍能将岩浆碳酸岩与沉积碳酸盐岩很好的区分开。判别效率可达90%以上。将这一方法应用到白云”鄂博矿区的“白云岩”和灰岩,90%以上的“白云岩”样品判为岩浆碳酸岩,灰岩的样品全部判为沉积碳酸盐岩,与它们的地质产状和地球化学特征一致。     

北阿尔金野马泉二长花岗岩成因及其构造意义

野马泉二长花岗岩为北阿尔金地区出露面积最大的花岗岩体,为探讨其成因、形成环境及其与北阿尔金区域构造演化的关系,对其进行了岩石学、地球化学、锆石U-Pb年代学及Hf同位素等方面的研究.研究结果表明,野马泉岩体为中-粗粒等粒或似斑状二长花岗岩,岩体侵位时代为450~453 Ma.岩石具较高的Na₂O/K₂O比值为1.72~2.29,铝饱和指数A/CNK为0.99~1.10,P₂O₅与SiO₂含量呈负相关,具Ⅰ型花岗岩特征.轻稀土富集而重稀土亏损,较弱的负Eu异常,微量元素特征显示富集Rb、Ba、Th、U、K等元素,相对亏损Nb、Ta、P、Ti等元素.锆石ε_Hf（t）值为5.52~10.75,二阶段模式年龄t_DM2为0.75~1.09 Ga,其源岩可能主要是0.75~1.09 Ga的新生地壳（基性岩）.结合区域构造背景,野马泉二长花岗岩体可能形成于同碰撞-后碰撞环境,为造山带根部基性岩石部分熔融形成.