富稀土的含沸石深海粘土中稀土元素的物质来源研究

Rare Earth Elements (REE) rich zeolite clay in deep sea has attracted keen international attention for its wide distribution and enrichment of heavy REE. But at present, opinions about material sources of REE in deep sea clay are in controversy, the universal symbiosis of phillipsite andREE cannot be explained yet..In this study, two sediment cores from the Central India Oceanic Basin (CIOB), 15 surface sediment samples across the CIOB from southwestern India Ridge (SWIR) to 90° Ridge are taken as the research objects. Concentrating on the phenomenon of the symbiosis of phillipsite and REE, the source rock of phillipsite will be recovered based on mineralogical and geochemical characteristics; Utilizing the two end members mixing model of 87Sr/86Sr stable isotopic ratio, combining with tracing technique of 143Nd/144Nd, minor elements and REE in bio-apatite, the possible contribution of REE from different sources in deep sea clay will be explored quantitatively based on the full understanding of the effects of multi material sources on the REE geochemical characteristics. With chronological data from the 26Al/10Be dating technique, how the volcanic events impact the temporal and spatial distribution REE rich deep sea clay will be studied. The core question of “whether the basic volcanic material is the main source of REE in the deep sea clay?” will then be answered finally.

富稀土深海粘土由于其分布的广泛性和重稀土富集特征而引起了国际上广泛的关注。但是目前关于深海粘土中稀土元素物质来源的争论很多，无法解释钙十字沸石和稀土元素的普遍共生现象。.本次研究以印度洋中央洋盆的两根沉积物岩芯、以及横跨西南印度洋洋脊至90°海岭以东剖面的15个表层沉积物样品为研究对象，紧紧围绕“富稀土深海粘土中沸石和稀土元素紧密共生”现象，基于矿物学和元素地球化学特征，恢复沉积物中钙十字沸石的源岩信息；结合87Sr/86Sr同位素二端元组分模型和生物磷灰石中143Nd/144Nd同位素、稀土元素和微量元素物源示踪方法，在明确多源物质对于沉积物中稀土元素含量和配分特征综合叠加效应的基础上，开展不同来源稀土元素的定量解析，并采用26Al/10Be年代数据开展富稀土深海粘土时空分布特征对地质时期火山作用的响应研究，最终回答“基性火山物质是否为深海粘土中稀土元素的主要物质来源？”这一科学问题。

富稀土深海沉积作为潜在的矿产资源引起了国内外学界和矿业界的普遍关注，但是目前，有关导致稀土元素富集和特征配分模式的地球化学过程并不清晰。有鉴于此，本次研究着重对采集自中印度洋洋盆富稀土深海岩芯和表层沉积物进行矿物学鉴定、全样和主要单矿物的主微量元素和稀土元素检测，以及碎屑矿物和鱼牙骨上的87Sr/86Sr-144Nd/143Nd同位素测定，开展了以下几个方面的研究：1）中印度洋洋盆富稀土深海沉积物中稀土元素的富集特征和赋存规律研究；2）主要赋存矿物中稀土元素贡献率的定量解析；3）稀土元素的物质来源及其物质输运机制研究，进而揭示深海沉积物中稀土元素的富集过程。研究同时系统收集了全球浅海相沉积型富稀土磷块岩的时空分布特征、构造活动背景、沉积环境、物质来源以及富集机制等信息，并对处于不同地质历史时期和相同区域，以及相同区域不同地质历史时期的贵州织金、瓮安和昆阳进行了比较系统的地质采样，重点开展了物质来源和稀土元素富集机制的比较研究，研究得到了以下几个重要结论：.1）印度洋富稀土深海沉积物中稀土元素具有多源性，富稀土深海沉积物中主要载体矿物是生物磷灰石，另外榍石、比较罕见的大隅石也贡献了部分稀土组成，陆域输入、海底火山物质是主要的基本物质来源，综合效应决定了稀土元素的富集程度和富集特征。..2）生物磷灰石中Nd同位素表现出明显的幔源信息，幔源型稀土元素的物质输运可能和海洋底层洋流密切相关，因此，富稀土深海沉积是火山活动物质、底层洋流驱动、深海静谧的弱氧化环境、生物磷灰石的吸附富集等综合作用形成的一类沉积型矿产资源。在物质来源和稀土元素富集机制方面和浅海相沉积型富稀土磷块岩具有一定的相似性。.3）富稀土深海沉积物中Te元素富集程度高，主要赋存在钾斜发沸石中。富稀土深海沉积物中的Te不仅具有潜在的资源价值，同时也对富稀土深海沉积物的物质来源提供了信息。