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1、 地质论评 GE OL OG I C AL R E VI E W V o 1 6 2 S u p p No v 2 01 6 太平洋库克群岛结核结壳稀土成矿研究水 吴西顺 黄文斌 任颖芝 李莉 2 1 中国地质调查局地学文献中心 北京 1 0 0 0 8 3 2 中国地质图书馆 北京 1 0 0 0 8 3 3 中山大学海洋学院 广州 I 5 1 0 0 0 6 关键词 稀土 富集成矿 结核结壳 太平洋 太平洋海底蕴藏着丰富的矿产资源 事实表 明 稀土不仅蕴含于深海软泥中 还蕴含于海底多 金属结核和富钴结壳 而且两者的平均稀土含量高 于深海软泥 本文统计并计算了世界上公开发表 的 富钴结壳和多
2、金属锰结核的稀土数据 结果表明 全 球多金属锰结核的稀土元素和钇 R E Y 平均含量为 1 0 0 0 重稀土和钇 H E Y 在结核结壳中的比重则 普遍高于 1 5 而富钻结壳中的 R E Y 平均含量则 为 2 3 1 0 t g g 远高于多金属锰结核的稀土含量 1 地质背景 库克群岛 C o o k I s l a n d s C I s 位于南太平洋中 部 包括 l 3座有人岛和 2座无人岛 一般划分为 2 个岛群 北部 7座 岛星罗棋布 为地势平坦的珊瑚 礁 南部为隆起的 8座火山岛 大约四分之一的岛 民居住在岛外 主要是新西兰 库克群 岛虽然陆地只有 2 4 0 k m 但根据
3、 2 0 0 海里 3 6 0 k m 范围计算专属经济区 E E Z 的话 则拥有多达 1 9 7 7万平方公里的专属经济区 群岛 的专属经济 区东北紧靠基里巴斯群岛 东南毗邻法 属波利尼西亚群岛 西南面 向纽埃岛 正西临近美 属萨摩亚群 岛 西北紧挨托克劳群 岛 在和基里 巴 斯群 岛 法属波利尼西亚群岛三个 区域之 间为公 海 状如甜甜圈 如 图 1 主要包括西北部的马尼 希基海台及其附属的小海 山 还有彭林海盆和萨摩 亚海盆内的深海平原 丘陵和小海 山 2 分析方法及测试结果 该深海平原富产成核物质 沉积速率缓慢 底 流强大 因此锰结核极为发育 这些结核大小不同 4 2 6 成核材料各
4、异 但主要都是 由6 型二氧化锰 和 x 射线无定形羟基氧化铁构成 从其矿物学特 征 铁 锰比值 稀土元素含量以及缓慢的生长速率 平均 1 9 mm Ma 判断 E E Z深海平原的结核主 要是水生成因的 锰结核 中富含钴 O 4 1 镍 0 3 8 钛 1 2 0 稀土元素和钇 E R E Y 0 1 6 7 钼 铌 钒 钨和锆的含量也很高 图 2 库克群岛专属经济区的深海海底沉积物主要 为富含沸石的红褐色粘土 在水深浅于 4 8 0 0 m的 深海粘土中 其生物硅和碳酸盐的含量随着纬度的 下降而增加 而在专属经济区的东北部较远处和潜 在延伸大陆架 区域 内 碳酸质泥 软泥均 占主导地 位
5、马尼希基海台则由钙质和硅质泥 软泥覆盖 而 深海平原的软泥由石英 粘土矿物 沸石 火山玻 璃 铁锰氧化物所组成 其中磷酸盐碎屑 生物成 因的碳酸盐碎屑和生物硅随处可见 3 讨论与结论 H e i n 2 0 1 5 的研 究表明 其多金属结核样本 的成因分析如图 3所示 通过钕 铈成因图解 图 3 a 的元素分析 样本分析结果都落在了水成成因 分为内 说明库克群岛海域的多金属结核都是水成 成因的 结核成矿介质有大洋底层水和沉积物间隙 水 而稀土元素等铁组元素的成矿富集机制主要取 决于铁 的成矿机制 另一方面 富钴结壳的形成包 括水生成矿和热液成矿 涉及到物源及搬运 海水 中的金属浓度 沉淀金属
6、通量 吸附速率以及富集 反应过程等 大量研究发现 富稀土磷酸盐 普遍存在于 深海泥 富钴结壳和多金属结核中 不同程度地对 注 本文为中国地质调查 地学情报综合研究与产品研发 编号 1 2 1 2 0 1 0 1 5 0 0 0 1 5 0 0 0 2 和中国地质调查 三稀资源战略情报分析与预测 编号 1 2 1 2 0 1 1 1 2 0 3 5 4 联合资助的成果 收稿 日期 2 0 1 6 0 7 1 0 改回日期 2 0 1 6 0 9 2 0 责任编辑 刘志强 Do i 1 0 1 6 5 0 9 j g e o r e v i e w 2 0 1 6 s 1 2 0 7 作者简介 吴
7、西顺 男 1 9 7 5 年生 副研究员 主要从事战略性矿产资源研究 E ma i h w u x i s h u n 2 0 1 0 1 6 3 c o m 42 6 地质论评 2 0 1 6年 6 2卷增刊 稀土元素富集起到影响或控制作用 磷酸盐化过程 中 储存在最小含氧带内的溶解态磷会 引起结壳中 形成磷酸盐根据成因可分为 生物成因 原自生沉 积 交代碳酸钙等 3种模式 磷酸盐化制约了富钴 结壳成分变化 引起某些成矿元素的富集或亏损 一 般认 为 磷酸盐化对稀土 元素配分模式影响不 大 造成丰度提高或是降低一直没有定论 相对于普通 的海山磷块岩 富稀土磷酸盐 具有海洋磷酸盐的稀土元素配分
8、模式 R E Y含量达 到前者 l 0倍或以上 磷酸盐化是结壳发育期间重 要的成岩事件 西太平洋海 山上的富钴结壳普遍发 生磷酸盐化 特别是底部的老壳层 结壳中大 多数 图 l R o c k矿区构造位置示意图 u l g a 成矿元素 因磷酸盐化品位降低 可以认为是磷酸盐 组分的稀释作用 稀 土元素在 发生磷酸盐化的结 核 结 壳 中都 会增 高 对 稀土 富集 的贡献 高达 4 2 8 8 类似地 在深海泥的研究中 R E Y与 P 具有 良好 的相关性 也与 A1 Mn等有一定相关性 上述讨论表明 磷酸盐化对锰相矿物影响不大 但会使部分铁相矿物溶解并而释放出稀土元素 碳 氟磷灰石是重稀土
9、元素的主要赋存矿物 主要吸附 铁相矿物释放的重稀土元素 有机组分可能是磷酸 盐化壳层富集稀土元素的重要因素 对稀士有较强 的吸附性 但对轻重稀土元素不具有选择性 1 7 0 0 0 W 1 6 5 0 0 W 1 6 O o O W 1 55 0 O W 1 7 0 0 0 W 1 6 5 0 0 W 1 6 0 0 0 W 1 55 0 O W 图 2 库克群岛海域稀土元素的区域性富集 A 蛳鬣藏因 I 龟 合 成 园 热液成因 火成 成基 l N d mg k g 图3 多金属结核成因归类图解 42 7 s a o o 地质论评 2 0 1 6年 6 2卷增刊 参考文献 R e f e r
10、 e n c e s 潘家华 刘淑琴 E r i c D e Ca r lo 2 0 0 2 大洋磷酸盐化作用对富钴结壳元 素富集的影响 地球学报 2 3 5 4 0 3 4 0 8 任江波 姚会强 何高文 朱克超 邓希光 王海峰 傅飘儿 2 0 1 5 稀 土元素在东太平洋 C C 区深海泥中的富集特征及机制 地学前缘 2 2 4 2 0 0 2 1 0 任 向文 石学法 朱爱美 刘季花 方习生 2 0 1 1 麦哲伦海山群 MK海 山富钻结壳稀土元素的赋存相态 吉林大学学报 地球科学版 4 l 7 0 7 7 1 4 汪在聪 李胜荣 刘鑫 施娘华 初风友 佟景贵 2 0 0 7 中太平洋
11、WX 海 山富钴结壳磷酸盐矿物学研究及成 因类型分析 岩石矿物学杂 志 2 6 5 4 4 1 4 4 8 吴西顺 王蛟 2 0 1 5 日本富钴结壳大比例尺填图对西太平洋勘探的启 示 海洋地质前沿 3 1 o 1 4 3 5 1 许东禹等 2 0 1 3 大洋矿产地质学 海洋出版社 0 6 1 0 0 1 2 9 薛婷 孙晓明 张美 刘珊珊 何高文 王生伟 陆红锋 2 0 0 8 西太平 洋海山铁锰结壳稀土元素 R E E 组成原位 L A I CP MS测定 岩石 学报 2 4 1 0 2 4 2 3 2 4 3 2 Da v i d S Cmn a n Gu y Ro t h we l
12、l I a n C r o u d a c e Da v i d J Xa r o l y 2 0 1 0 An 4 2 8 I TRAX g e o c h e mi c a l s t u d y o ff e r r o ma n g a n i f e r o u s s e d i me n t s f r o m the P e n r h y n Ba s i n S o u th P a c i f i c Oc e a n M a r i n e Ge o r e s o u r c e s Ge o t e c h n o l o g y 2 8 2 0 7 2 21 J
13、a me s R He i n Ki r a M i z e l l An d r e a Ko s e h i n s k y T r a c e y A Co n r a d 2 0 1 3 D e e p o 8 r i mi n e r a l d e p o s i t s as a s o 1 1 l e o f c r i t i c al m e t a l s f o r h i 曲 a n d g r e e n t e c h n o l o g y a p p l i c a t i o n s Co mp a r i s o n wi th l a n d b a s
14、 e d r e s o u r c e s Or eGe o l o g yRe v i e ws 5 1 l 1 4 J a me s R He i n F r an c e s c a S p ina r d i No b u y a k i Ok a m o Ki r a M i z e ll Da r r y l T h o r b m Ak u i l a T a wa k e 2 0 1 5 Cr i t i c a l me t a l s i n man g an e s e n o d u le s f r o m the Co o k I s l an d s EE Z
15、a b u n d a n c e s an d d i s t r i b u t i o n s Or e Ge o l o g y Re v i e ws 6 8 9 7 1 1 6 W U Xi s h u n HUANG W e n b i n REN Yi n g z h i LI Li S t u d y o n Co n c e n t r a ti o n o f Ra r e Ea r t h i n No d u l e s a n d Cr u s t s Co o k I s l a n d s Pa c i fi c Ke y wo r d s Ra r e Ea r t h Con c e n t r a tio n G e ne s i s No d u l e s a n d Cr u s t s Pa c i fic Oc e a n
