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     

太平洋深海粘土的REE和Nd同位素特征及物源意义

正深海粘土,尤其是沸石粘土和远洋粘土富含稀土元素(Kato et al.,2011),成为近年研究的热点。目前研究焦点集中于沉积物的地球化学特征及稀土元素赋存状态方面(任江波等,2015;朱克超等,2015,2016;张霄宇等,2013;王汾连等,2016;Kon et al.,2014),而关于富含稀土沉积物的物源则鲜少研究,尤其是不同类型沉积物物质来源差异对于稀土元素的富集有无制约意义尚不清楚。本文选     

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。     

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。     

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。     

印度洋洋盆BC02站位表层沉积物地球化学特征及其物源指示意义

沉积物类型和物质来源对于深海固体资源的勘探调查和成矿理论研究具有重要意义。近年来的相关研究表明,中印度洋洋盆南部可能分布富含稀土元素的深海黏土沉积区和含铁锰结核硅质沉积区,但是目前该区域相关研究较少。对大洋第34航次在中印度洋洋盆所获取的BC02站位箱式沉积物样品进行了主量元素、微量元素以及稀土元素含量分析测试,结果表明,研究区沉积物主要为硅质生物沉积,可能有陆源物质和火山物质的输入,但是贡献均较少,没有发现铁锰结核存在,该区域受较强烈的硅质生物沉积稀释作用,区域内稀土元素的质量分数平均值为265.41×10-6,富集程度和富集特征与正常的硅质软泥基本一致,而与中印度洋洋盆和Wharton海盆已经发现的富稀土深海黏土明显不同,沉积环境为稳定的偏氧化环境。     

南鸟岛东南部海域沉积物地球化学特征及其稀土资源指示意义

为了深入了解南鸟岛东南部海域表层沉积物的物质来源及其沉积环境和稀土元素富集情况,对大洋40航次在该区获取的深海沉积物岩心进行了主量、微量以及稀土元素含量测试分析。结果表明:沉积物为典型的深海黏土沉积。稀土元素标准化配分模式及La/Yb、La/Tb等结果表明,研究区沉积物物源受陆源物质主导,同时海山玄武岩及其风化产物与硅质沉积也有一定的贡献;结合δCe值与微量元素相关比值分析,研究区总体为稳定的偏氧化环境;区域内稀土元素富集主要受生物磷酸盐控制,并同时受到铁锰氧化物的影响;受陆源物质沉积作用的广泛影响,区域内表层沉积物中稀土元素质量分数偏低,但随深度增加,稀土元素富集程度规律性渐次升高。根据CaO/P_2O_5-w(ΣREY)相关性非线性拟合,推测在710 cm以下深度可能有富稀土元素深海沉积物的分布。     

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。     

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...     

基于激光诱导击穿光谱技术的深海稀土元素识别与定量分析探索

深海稀土在世界大洋中广泛分布，其资源潜力巨大。我国是最早开展深海稀土调查的国家之一，引入新技术、新方法有助于未来海洋稀土资源的开发与利用。激光诱导击穿光谱(LIBS)作为一种新型的海洋原位探测技术，具备深海稀土原位分析的能力。本文将LIBS技术引入深海沉积物稀土元素的探测与分析中，以富稀土深海沉积物标准物质(GBW07586～GBW07590)为研究对象，识别出16种稀土元素(Pm除外)的LIBS特征光谱峰，并以此验证了LIBS用于La等6种稀土元素的定量分析能力，可实现ppm量级的灵敏检测。本文阐述了LIBS技术面向深海稀土矿检测的适用性，研究结果将为未来LIBS深海稀土原位探测提供重要依据，为深海稀土资源评估与开采提供支撑。     

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。     

太平洋表层沉积物中稀土元素分布特征及其资源意义

笔者对129°W—88°E,50°S—41°N太平洋区域内的190站表层沉积物中稀土元素进行了研究,结果表明:稀土元素主要赋存于沸石黏土、远洋黏土沉积物中,其稀土元素总量(∑REY)变化范围分别为(169.23~1632.91)×10-6和(48.58~1301.31)×10-6,平均值分别为701.84×10-6和441.65×10-6;硅质、钙质及热液沉积物对稀土元素有明显的"稀释"作用,尤其在钙质软泥和热液沉积物中稀土元素质量分数很低。从分布区域看,稀土元素主要富集于东太平洋CC区(克拉里昂—克里伯顿断裂带),该区域74站样品中有17站沉积物的∑REY质量分数超过530×10-6,且这些站位分布相对集中;在东南太平洋和西太平洋区域仅有零星站位富集,但富集程度极高(最高质量分数可达1632.91×10-6),大多数站位的沉积物中稀土元素质量分数较低(质量分数低于348×10-6);在靠近陆地的环太平洋区域,由于受到陆源物质的严重影响,沉积物中稀土元素质量分数普遍偏低。绝大多数沉积物中稀土元素都存在明显Ce负异常的轻稀土亏损特征(有172站沉积物中δCe小于0.95),稀土元素的配分模式与北太平洋表层海水的亏损轻稀土的"左倾"模式相近,而与代表陆源物质的中国黄土、黄海陆架沉积物的弱富集轻稀土的"右倾"模式差异显著;稀土元素与P2O5、Mn O、Ni、Cu、Zn、Ba等呈明显正相关性,与SiO 2、TiO 2、V、Cr、Ca和Sr等呈负相关。借鉴离子吸附型矿床中稀土元素资源分类标准,将表层沉积物中稀土元素划分为非富集型、弱富集型、富集型和极富集型4个等级,将富集型和极富集型等作为可能具有资源潜力的沉积物。研究发现,可能具有资源潜力的沉积物主要分布于4063~5540 m水深范围内,且以沸石黏土和远洋黏土为主,有极少量的富硅质沉积;在水深浅于4000 m的沉积物中,由于钙质质量分数高而使得稀土元素被"稀释";水深超过5600m则由于黏土质量分数升高,导致沉积物中稀土元素相对富集程度降低。此外,统计还发现,可能具有资源潜力的沉积物中,伴生元素质量分数特征表现为:w(Co)≥33.70×10-6,w(P2O5)≥0.51%,w(Mn O)≥0.12%,w(Ca O)≤20%。     

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。     

富稀土磷酸盐的认识及其启示

正中国大洋科学考察对中北太平洋的深海泥开展了系统调查,在中太平洋海盆新发现了稀土含量极高的深海沉积泥。最近,日本科学家在南鸟岛附近也发现了稀土含量接近7000×10~(-6)的富稀土泥(Ohta et al.,2016)。沉积泥样品显示稀土(REY)与P_2O_5含量良好的相关性,样品淋洗实验获得的磷酸盐溶液及其稀土特征,富稀土泥样品的稀土模式与海洋磷酸盐的稀土模式极其相似,以及从沉积泥中挑选出来的磷酸盐生物碎屑的富稀土含量和模     

风化淋积过程中矿物演化对稀土元素富集-分异的制约：以梅州仁居稀土矿床为例

我国南方的离子吸附型稀土矿床是世界上最主要的中重稀土来源,研究这类矿床的禀赋特征和成矿机制,可为中重稀土储量的增加和稀土资源的高效利用提供理论支撑。本文对梅州仁居离子吸附型稀土矿的风化壳及基岩进行了矿物学和元素地球化学分析,探究风化过程中矿物演化对稀土元素富集-分异的制约机制。结果显示,仁居风化壳及其基岩相对富集轻稀土,自基岩至稀土富集层,离子交换态稀土含量呈增加趋势,富轻稀土副矿物榍石和磷灰石等在全风化层中消失。榍石是仁居风化壳中稀土元素的主要来源,风化壳中的离子交换态稀土主要被高岭石和埃洛石吸附。铁锰氧化物可能是轻-重稀土元素分异以及Ce与其他稀土元素分异的原因之一。     

西南印度洋中脊轴部裂谷(49.58°E)沉积物岩心地球化学特征及物源

目前有关西南印度洋中脊沉积物的研究多集中在洋脊翼表层沉积物,对洋脊轴部裂谷沉积物的研究较匮乏,制约了对该区沉积物物质来源和沉积环境的深入认识.针对大洋49航次在洋脊轴部裂谷(东经49.58°)获取的沉积物岩心(GC03)进行了全岩样品主量、微量、稀土元素和Y(REY)含量测试分析,探讨研究区沉积物的物质来源和沉积环境....     

北京平原沉积物稀土元素地球化学特征及物源意义

文中总结了北京平原永定河、潮白河流域钻孔沉积物中稀土元素分布特征,两流域沉积物稀土元素总量∑REE、轻重稀土比(LREE/HREE)及轻(La/Sm)N、重(Gd/Yb)N稀土分馏特征差异较为显著。粒度对沉积物稀土分布(总量、轻重稀土比及分馏特征)有一定影响;各流域沉积物均表现为轻稀土相对富集、弱Eu负异常的球粒陨石标准化曲线。细颗粒沉积物稀土分馏特征(La/Yb)N有较好的物源示踪意义。根据沉积物(La/Yb)N值对永定河、潮白河交互沉积区不同深度沉积物进行了物源示踪,不同深度上沉积物来源不同。此外,同一流域上、中、下游沉积物稀土分馏特征不同。常量元素Al2O3/Fe2O3与稀土元素(La/Yb)N划分结果相符,但精度低于稀土元素物源分析。     

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.      

西南印度洋中脊48.6°~51.7°E沉积物地球化学特征

为了深入了解西南印度洋中脊调查区表层沉积物的物质来源和沉积环境,对大洋第30航次在该区域获取的21个表层沉积物样品进行了物相鉴定和主量元素、微量元素及稀土元素含量测试,分析结果显示,样品可分为Si质沉积物和Ca质沉积物两类,其中Si质沉积物富含Si、Mg、Fe、Al,稀土元素含量特征、轻重稀土元素分馏特征,以及稀土元素的北美页岩归一化曲线均表明沉积物保留了N-MORB的特征,主要为基性岩、超基性岩的风化产物;而Ca质沉积物富Ca、LOI、Sr,稀土元素以及微量元素之间的分配均指示沉积物物源为生源主导;所有站位均显示了两类沉积物不同程度的混杂,表明物质来源具有一定的多样性,调查区总体为稳定的偏氧化环境。     

稀有气体及其同位素组成对南海深海铁锰矿床成因意义的指示

<正>稀有气体被广泛应用于各自然系统的基本性质和动力学机制研究,并且在海洋科学研究中发挥着独特的优势,因其在不同来源的地质体中同位素体系的差异,对现代大洋循环、古海洋学、海底热液和冷盐水系统以及海洋/大气气体交换等研究提供了重要的地质信息。Merrihue(1964)率先关注到深海沉积物中的3He/4He比值比大气值高出了约2个数量级,并归因于宇宙物质的加入。随后,人们对深海沉积物中的He同位素进行了系统的研究(Ozima et al.,1984;Takayanagi and Ozima,1987;Farley,