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科研动态

我所在东南太平洋深海稀土成矿研究中取得新进展

时间:2021.02.20 来源:地质室 字号

深海富稀土沉积(简称“深海稀土”)作为近年来发现的新型稀土资源,因其巨大的资源潜力获得了广泛关注,全球已报道的深海富稀土沉积主要集中分布在西太平洋、中-东北太平洋、东南太平洋和中印度洋(石学法等,2016,2021)四个海域。目前对于深海稀土的分布规律和成矿机制认知程度不高,尤其是对东南太平洋深海稀土研究。Kato et al.(2011)据东南太平洋部分站位深海富稀土沉积与海水3He异常的分布具有明显的一致性,推测深海富稀土沉积的形成与大洋中脊的热液活动密切相关(图1)。2018年自然资源部第一海洋研究所石学法团队在实行中国大洋46航次时,在东南太平洋发现了大面积富稀土沉积,随后开展了系统的研究。


图1 尤潘基海盆富稀土沉积区与研究样品位置分布图

对东太平洋洋隆东侧的尤潘基海盆深海富稀土沉积岩心S021GC17(图1)的沉积地球化学和矿物学研究发现,其∑REY含量为1057-1882ppm,平均为1329ppm,同时沉积物中极度富集Fe、Mn、Ba、Mo等热液来源的元素,稀土元素含量与其中的Fe-Mn元素含量呈现出明显的正相关关系。沉积物中的稀土元素在海水配分模式标准化下展现出明显富集轻稀土的特征,且具有显著Eu的正异常,这均是高温热液流体的显著标志。生物磷灰石原位Sr-Nd同位素特征值明显地向热液流体方向发生偏移(图2)。上述特征均指示了热液流体对尤潘基海盆深海沉积物中稀土元素的富集过程产生了显著的影响。

图2 全岩沉积物与生物磷灰石Sr-Nd同位素特征对比图

研究还发现,生物磷灰石(鱼牙化石)是尤潘基海盆富稀土沉积物中稀土元素最为主要的赋存矿物,其可以为沉积物提供约45%的稀土元素。稀土元素从鱼牙化石的底部进入到颗粒之中,并逐渐向顶端扩散(图3a-c)。沉积物中的微结核根据其中元素含量的不同分为铁锰微结核和富锰微结核两类,其可以为富稀土沉积提供约22.5%的稀土元素。铁锰微结核多为水成成因,而富锰的微结核则是早期成岩作用下的产物(图4)。不同深度生物磷灰石中Ce元素的异常值特征显示,在早期的成岩过程中生物磷灰石会吸取铁锰微结核释放出来的稀土元素(图3d)。

该研究成果论文发表在国际知名期刊《Minerals》上,海洋一所周天成博士为第一编辑,石学法研究员为通讯编辑。近年来,在中国大洋协会项目、国家重点研发计划项目和国家自然科学基金项目的资助下,石学法团队对太平洋和印度洋的深海富稀土沉积开展了系统的调查与研究,本成果是其研究成果的一部分。

图3 生物磷灰石颗粒中稀土元素分布变化特征

图4 微结核成因判别图

论文出处:Tiancheng Zhou, Xuefa Shi (通讯编辑), Mu Huang, Miao Yu, Dongjie Bi, Xiangwen Ren, Gang Yang and Aimei Zhu. The influence of hydrothermal fluids on the REY-rich deep-sea sediments in the Yupanqui Basin, eastern South Pacific Ocean: constraints from bulk sediment geochemistry and mineralogical characteristics. Minerals, 2020, 10(12), 1141. Doi: 10.3390/min10121141.

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