中大新聞網(wǎng)訊（通訊員李登峰）深海富稀土沉積物被認(rèn)為是一種潛在的稀土礦產(chǎn)資源，其總稀土含量可高達(dá)8000 ppm，并且含豐富的中重稀土資源?，F(xiàn)有研究已發(fā)現(xiàn)，稀土元素含量與磷酸鹽呈正相關(guān)，厘定了沉積物中最主要的稀土賦存礦物是生物質(zhì)磷灰石（圖1）。然而，深海稀土富集的時(shí)間規(guī)律研究還十分薄弱，阻礙了成礦理論發(fā)展和后續(xù)的資源勘探開(kāi)發(fā)。
圖1 IODP巖芯和西太平洋富稀土沉積物中的魚(yú)牙樣品BSE 圖像
(A) 來(lái)自 IODP Leg 199 站點(diǎn)1218A-7H-1的整顆魚(yú)牙，深度56.5 m；(B) 牙釉質(zhì)的纖維質(zhì)地，其中有細(xì)小裂紋；(C) 牙髓被溶解的魚(yú)牙，其牙釉質(zhì)部分相對(duì)完整；(D) 中空的魚(yú)牙中填充了大量微化石；(E & F) Cyclicargolithus Floridanus 和 Discoaster Calculosus微生物化石；(G) 來(lái)自西太富稀土沉積物中的保存完好的魚(yú)牙；(H) 魚(yú)牙顯示出根部破裂但尖端完整的結(jié)構(gòu)；(I) 構(gòu)成魚(yú)牙的微米級(jí)羥基磷灰石晶體
已有研究認(rèn)為，魚(yú)牙中稀土富集發(fā)生在魚(yú)類(lèi)死后100年到10萬(wàn)年間，并伴隨著去有機(jī)質(zhì)的過(guò)程（Kohn and Law, 2006）。生物磷灰石中的稀土含量與幾千年到4億年稀土富集程度相當(dāng)，也從另一方面說(shuō)明了稀土在很短時(shí)間內(nèi)進(jìn)入其中，并長(zhǎng)時(shí)間保持不變（Finlay et al., 2013）。同時(shí)，模擬實(shí)驗(yàn)證明，生物磷灰石是一種比氟磷灰石更好的核污染吸附劑，僅需4萬(wàn)年左右的時(shí)間，U元素就可以被完全富集（Trueman and Tuross, 2002）。原位分析結(jié)果顯示，魚(yú)牙中稀土元素和U-Pb年代學(xué)的U元素含量呈正相關(guān)，說(shuō)明魚(yú)牙中的稀土元素和U元素同時(shí)進(jìn)入其中（圖2）。因此，生物磷灰石U-Pb年代學(xué)能夠代表相應(yīng)層位的稀土富集時(shí)代。
圖2 生物磷灰石（魚(yú)牙）牙釉質(zhì)部分激光微量元素分析結(jié)果顯示，U和REY含量呈正相關(guān)關(guān)系
基于以上研究，中山大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院海洋地質(zhì)與地球化學(xué)研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)展了深海沉積物中生物磷灰石的U-Pb年代學(xué)研究工作。研究團(tuán)隊(duì)獲取了具有較好年齡框架的IODP鉆孔樣品，挑選其中的魚(yú)牙開(kāi)展了生物磷灰石U-Pb年代學(xué)驗(yàn)證。結(jié)果表明，IODP鉆孔中魚(yú)牙U-Pb定年結(jié)果與微體古生物年代在誤差范圍內(nèi)一致，說(shuō)明生物磷灰石U-Pb年代計(jì)較為可靠。在此基礎(chǔ)上，研究團(tuán)隊(duì)將磷灰石U-Pb年代學(xué)應(yīng)用于西太平洋富稀土沉積物樣品中，U-Pb定年結(jié)果從底部到頂部為6.22百萬(wàn)年到2.16百萬(wàn)年（圖3），同時(shí)該年代學(xué)還得到了魚(yú)牙原位Sr同位素結(jié)果的驗(yàn)證（圖4），有效證明了該區(qū)域內(nèi)存在一期中新世稀土礦化事件。該方法的成功運(yùn)用將有助于各個(gè)海域的稀土富集時(shí)代研究，并揭示沉積物不同深度稀土富集事件。
圖3 西太平洋富稀土沉積物中魚(yú)牙的U-Pb Wetherill諧和圖，數(shù)據(jù)橢圓和年齡誤差均為2σ
圖4 魚(yú)牙牙釉質(zhì)原位Sr同位素結(jié)果與全球海水Sr同位素對(duì)比圖
以上研究成果發(fā)表于期刊Geology，題目為“Dating REE enrichment in deep-sea sediments using U-Pb geochronology of bioapatite”，論文第一作者及通訊作者為中山大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院李登峰副教授。
該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金（NSFC）資助，并申請(qǐng)使用了廣州海洋地質(zhì)調(diào)查局和國(guó)際大洋發(fā)現(xiàn)計(jì)劃 （IODP） 提供的樣品。生物磷灰石U-Pb年代學(xué)在中山大學(xué)海洋科學(xué)學(xué)院海洋沉積物地球化學(xué)實(shí)驗(yàn)室測(cè)試完成。
