【成果】广州海洋局在深海沉积物稀土富集机制研究获新成果

原创：任江波 

近日，矿物学、矿业和矿物加工领域的国际知名期刊《Minerals》（矿物）以“Mechanism and Influencing Factors of REY Enrichment in Deep-Sea Sediments”（深海沉积物的稀土富集机制及其影响因素）为题发表了广州海洋地质调查局深海矿产资源科技创新团队在深海沉积物稀土富集机制研究的最新成果。 

深海矿产资源科技创新团队经过近几年大量研究发现，富稀土沉积物为新型稀土潜在资源——富稀土磷酸盐型。深海沉积物中的磷酸盐组分比海洋磷块岩以及陆地磷矿的稀土含量高1~2个数量级，以生物磷灰石、自生磷灰石等的形式存在。统计发现，沉积物中的P大部分是以富稀土磷酸盐形式存在，仅有2.8%的样品例外，P的变化对于稀土含量和模式影响至关重要。本研究对6088件样品开展多元线性回归分析，获得磷酸盐组分与稀土富集的定量结果：∑REY = 0.001 × [Al2O3] - 0.002 × [MnO] + 0.056 × [P2O5] - 32.0。磷酸盐组分对稀土富集的贡献随着P含量的增加而增加，当P2O5含量超过1.5%，对稀土的贡献超过89.1%（图1）。元素性相关性分析结合矿物学研究成果显示，磷酸盐组分主要元素包括P、Ca、Sr、REY、Sc、U、Th等，化学组成相对稳定。 

 图1 深海沉积物中磷酸盐组分对稀土富集贡献与P2O5含量之间的关系 

另外，本研究统计了全球海域177个沉积物柱状样测站的表层样品的稀土含量及其时空分布（图2），并提取了相关站位的沉积速率、表层海水叶绿素、底层海水氧浓度和海底大型动物生物参数。研究显示，稀土的富集关键因素包括：低的沉积速率，一方面有利于单位体积沉积物中磷酸盐组分的聚集，同时也有利于底层海水对稀土元素的补给。底层海水高的稀土含量，为海底磷酸盐组分对稀土富集提供较高的稀土含量背景值。非碳酸盐的沉积环境，避免磷酸根交代碳酸根形成贫稀土磷酸盐。另外，海底底流对沉积物的分选作用，进一步聚集富稀土磷酸盐，形成富稀土沉积层。经过生物地球化学以及吸附、解吸和转化迁移的早期成岩过程，磷酸盐组分对稀土的富集在海水/沉积物界面附近即已完成。深海沉积物稀土富集过程中，磷的堆积是基础，富稀土磷酸盐的形成是关键。 

图2 太平洋、印度洋深海沉积物表层样品的稀土含量分布特征 

论文第一作者为大洋与极地研究所高级工程师任江波，通讯作者为局副总工程师何高文和中国地质科学院地质研究所刘琰，合作作者包括王汾连、邓希光、韦振权、姚会强。该研究由国家自然科学青年基金（42002085, 41702096,  41922014）、中国大洋“十三五”资源环境类课题（DY135-R2-1-05）项目和南方海洋科学与工程广东省实验室（广州）首批人才团队引进重大专项项目（GML2019ZD0106）等联合资助。