東太平洋CC區(qū)沉積物稀土元素特征及物源＊

黃 牧，劉季花，石學(xué)法，朱愛(ài)美，呂華華，胡利民

（1.海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266061；2.國(guó)家海洋局 第一海洋研究所，山東 青島 266061）

東太平洋CC區(qū)是多金屬結(jié)核的重要產(chǎn)區(qū)，也是稀土元素（REE，包括Y）相對(duì)富集的區(qū)域之一。前人對(duì)CC區(qū)東部與西部的沉積物中REE特征及影響因素做了較詳細(xì)的研究［1－10］，發(fā)現(xiàn)REE主要儲(chǔ)存于沸石粘土等沉積物中，且受到磷酸巖、鐵錳氧（氫氧）化物等物質(zhì)的影響。我們選擇了較少報(bào)道的CC區(qū)中西部沉積物進(jìn)行了REE特征及物質(zhì)來(lái)源研究，并從礦產(chǎn)資源角度出發(fā)，初步估算了研究區(qū)表層沉積物中REE儲(chǔ)量，探討了其富集影響因素。

1 樣品與方法

對(duì)“大洋一號(hào)”、“海洋四號(hào)”和“海洋六號(hào)”等科學(xué)考察船在2002—2011年對(duì)東太平洋CC區(qū)考察時(shí)所采集的33站表層沉積物樣品進(jìn)行了REE地球化學(xué)研究。研究區(qū)位于東太平洋CC區(qū)中西部，根據(jù)沉積物分布的相對(duì)位置，將研究區(qū)域分為東西兩部分，其中東區(qū)范圍為：144°54′～145°06′W，7°54′～8°12′N；西區(qū)范圍為：154°00′～154°30′W，9°48′～10°18′N，如圖1所示。

沉積物類型的鑒定應(yīng)用涂片法：取火柴頭大小沉積物樣品，均勻涂抹于載玻片上用冷杉膠固定，在顯微鏡下鑒定沉積物主要成分并估算其含量，按照Walter Dean等［11］的分類標(biāo)準(zhǔn)確定沉積物類型。

樣品數(shù)據(jù)在海洋沉積與環(huán)境地質(zhì)國(guó)家海洋局重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室測(cè)得，其中REE（La～Lu和Y等15種，Pm未測(cè)）和微量元素（Li，Be，Co，Ni，Ga，Rb，Nb，Mo，Cd，In，Cs，Hf，Ta，W，Tl，Pb，Bi，Th，U 和Sc共20種）的測(cè)試應(yīng)用電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP－MS）法；Al，F(xiàn)e，Ca，Mg，K，Na，Mn，Ti，P，Ba，Cr，Sr，V，Cu，Zn和Zr等16種元素的測(cè)試應(yīng)用電感耦合等離子體發(fā)射光譜法（ICP－OES）。測(cè)試的標(biāo)準(zhǔn)樣品為GBW－07313，REE和微量元素測(cè)試相對(duì)誤差為0.5%～6%，常量元素測(cè)試相對(duì)誤差為0.5%～3%。將樣品低溫烘干研磨至200目，向樣品中滴入高純度的HNO3和HF后放入高溫烘箱48h以上，冷卻并除去HF，加入1：1高純HNO3高溫持續(xù)24h以上，冷卻稀釋后進(jìn)行ICP－OES和ICP－MS上機(jī)測(cè)試。

圖1 研究區(qū)表層沉積物樣品位置分布圖Fig.1 Location of surface sediment samples collected in the studied area

2 結(jié)果與討論

2.1 沉積物類型

根據(jù)涂片鑒定結(jié)果，將研究區(qū)33站表層沉積物分為沸石粘土、含硅質(zhì)粘土、硅質(zhì)粘土、粘土質(zhì)硅質(zhì)軟泥、含粘土硅質(zhì)軟泥和硅質(zhì)軟泥等6種類型。

2.2 稀土元素分布特征

2.2.1 區(qū)域分布特征

西區(qū)共有27站沉積物樣品，分別為沸石粘土（2站）、含硅質(zhì)粘土（7站）、硅質(zhì)粘土（14站）、粘土質(zhì)硅質(zhì)軟泥（3站）和含粘土硅質(zhì)軟泥（1站）。表層沉積物中輕稀土元素（LREE）、重稀土與釔元素（HREE）、稀土元素總含量（∑REE）的范圍分別為（226.40～507.07）×10－6，（123.06～343.12）×10－6和（352.94～812.80）×10－6，平均值分別為273.09×10－6，163.50×10－6和436.59×10－6。

東區(qū)共有6站沉積物樣品，分別為硅質(zhì)粘土（2站）、含粘土質(zhì)硅質(zhì)軟泥（2站）和硅質(zhì)軟泥（2站）。表層沉積物中LREE、HREE和∑REE的范圍分別為（232.11～280.93）×10－6，（117.69～162.55）×10－6和（355.81～443.48）×10－6，平均值分別為249.89×10－6，132.18×10－6和382.06×10－6。整體而言，西區(qū)沉積物中LREE、HREE和∑REE含量相對(duì)更高。

2.2.2 稀土元素組成特征

研究區(qū)表層沉積物中REE組成如表1所示。從沉積物類型看，REE在沸石粘土中富集程度最高（均位于西區(qū)），其LREE、HREE和∑REE范圍分別為（421.75～507.07）×10－6，（305.73～343.12）×10－6和（764.87～812.80）×10－6，平均值分別為464.41×10－6，324.43×10－6和788.84×10－6。在含硅質(zhì)粘土、硅質(zhì)粘土、粘土質(zhì)硅質(zhì)軟泥、含粘土硅質(zhì)軟泥和硅質(zhì)軟泥等富含硅質(zhì)成分的沉積物中REE含量相對(duì)較低。西區(qū)富含硅質(zhì)成分沉積物中的 LREE、HREE和∑REE范圍分別為（226.40～335.47）×10－6，（123.06～206.94）×10－6和（352.94～542.40）×10－6，平均值分別為257.78×10－6，150.63×10－6和403.41×10－6；東區(qū)富含硅質(zhì)成分沉積物中 LREE、HREE和∑REE范圍分別為（232.11～280.93）×10－6，（117.69～162.55）×10－6和（355.81～443.48）×10－6，平均值分別為249.89×10－6，132.18×10－6和382.06×10－6。LREE、HREE和∑REE在沸石粘土中的富集程度均高于富含硅質(zhì)成分的沉積物，西區(qū)表層沉積物中LREE、HREE和∑REE含量較東區(qū)普遍偏高。

表1 表層沉積物中稀土元素組成Table 1 Comositions of Rareear the lemen tsin thesur facese diments

從元素組成看，LREE含量高于HREE，輕重稀土元素比值［LREE／HREE＝∑（La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu）／∑（Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu），∑Ce／∑Y＝∑（La，Ce，Pr，Nd，Sm，Eu）／∑（Gd，Tb，Dy，Ho，Er，Tm，Yb，Lu，Y））、鈰異常（δCe）和銪異常（δEu）等差異較大，而且這些差異與沉積物類型有密切關(guān)系［3－4，12］，明顯存在以下變化規(guī)律：

1）沸石粘土型：主要為沸石粘土（均位于西區(qū)），其∑REE變化范圍為（764.87～812.80）×10－6，δCe為0.17～0.40，LREE／HREE最小，變化范圍為3.35～3.68，REE含量最高，HREE相對(duì)最富集，Ce虧損最明顯。

2）硅質(zhì)粘土型：主要為含硅質(zhì)粘土和硅質(zhì)粘土。西區(qū)表層沉積物中∑REE平均值為407.38×10－6，δCe為0.38～0.89，LREE／HREE為3.68～5.09；東區(qū)沉積物中∑REE為412.53×10－6，δCe為0.63～0.74，LREE／HREE為4.38～4.85。該類型沉積物中∑REE均低于沸石粘土型，Ce虧損程度和HREE富集程度相對(duì)沸石粘土型弱；與東區(qū)相對(duì)，西區(qū)沉積物中Ce虧損程度和REE分異程度的差異更大。

3）硅質(zhì)軟泥型：主要為粘土質(zhì)硅質(zhì)軟泥、含粘土硅質(zhì)軟泥和硅質(zhì)軟泥。西區(qū)沉積物中∑REE平均值為413.81×10－6，δCe為0.39～0.72，LREE／HREE為3.77～4.64；東區(qū)沉積物中∑REE平均值為366.83×10－6，δCe為0.69～0.94，LREE／HREE為4.59～5.14。該類型沉積物中∑REE較硅質(zhì)粘土型普遍偏低，Ce虧損程度相對(duì)硅質(zhì)粘土型稍弱，相對(duì)富集LREE；與西區(qū)相比，東區(qū)沉積物中∑REE更低，Ce負(fù)異常減弱，LREE與HREE分異更明顯。

可見(jiàn)，研究區(qū)表層沉積物中∑REE與粘土含量呈正相關(guān)，而與硅質(zhì)生源組分呈負(fù)相關(guān)。沸石粘土型→硅質(zhì)粘土型→硅質(zhì)軟泥型，LREE、HREE和∑REE都逐漸降低，LREE／HREE則呈逐漸增加的趨勢(shì)，HREE相對(duì)富集程度呈逐漸減弱的趨勢(shì)，LREE相對(duì)富集程度逐漸增加。Ce在沸石粘土型沉積物中虧損最明顯，在硅質(zhì)沉積物中虧損相對(duì)較弱。在硅質(zhì)粘土型和硅質(zhì)軟泥型沉積物中，REE特征相似。

與東區(qū)相比，西區(qū)表層沉積物類型更具多樣性，沸石粘土和硅質(zhì)軟泥型沉積物的REE含量更高，HREE相對(duì)更富集，Ce虧損更明顯；硅質(zhì)粘土型沉積物中REE整體上也具有類似特征，但在西區(qū)少數(shù)沉積物樣品中，δCe，LREE／HREE和∑REE等與其他樣品存在明顯差異（表2），如在8066站樣品中，δCe，δEu，LREE／HREE等均高于硅質(zhì)粘土和其他類型沉積物?？梢?jiàn)在研究區(qū)沉積物中，不僅REE含量極不均勻，而且REE特征也存在顯著差異。

表2 西區(qū)硅質(zhì)粘土型沉積物中稀土元素差異對(duì)比Table 2 Differences of REE in the siliceous clay sediment in the western area

為了更明顯表征研究區(qū)表層沉積物中REE的特征，將之與北美頁(yè)巖、陸殼、洋殼、中國(guó)黃土、黃海陸架沉積物和北太平洋表層海水（水柱中50m以上）等地質(zhì)體中的REE組成進(jìn)行對(duì)比（表3）。

表3 研究區(qū)表層沉積物及不同地質(zhì)體中稀土元素組成Table 3 REE compositions in the surface sediments and other geological bodies in the studied area

從表3可見(jiàn)，研究區(qū)表層沉積物中REE含量遠(yuǎn)高于陸源物質(zhì)平均值：∑REE是黃海陸架沉積物和北美頁(yè)巖的1.8～3.9倍，是中國(guó)黃土的2.0～4.3倍，是陸殼和洋殼的3.1～6.7倍。研究區(qū)表層沉積物中δCe大多都小于0.8，Ce虧損程度較黃海陸架沉積物（δCe為0.85）和中國(guó)黃土（δCe為0.96）更明顯；所有沉積物都存在明顯的Eu正異常，δEu變化范圍為1.23～1.44，中國(guó)黃土和黃海陸架沉積物為Eu弱負(fù)異常（分別為0.94和0.96）。沉積物中∑Ce／∑Y變化范圍為1.43～1.95，低于黃海陸架沉積物（4.01）和中國(guó)黃土（3.35）。

黃海陸架沉積物是典型的陸架海沉積，與北美頁(yè)巖和中國(guó)黃土均為陸殼風(fēng)化產(chǎn)物，陸殼和洋殼的REE含量代表了整個(gè)地殼REE成分［8］，可見(jiàn)研究區(qū)表層沉積物中REE與陸源物質(zhì)差異較大。另外，雖然北太平洋表層海水中∑REE（173.89×10－12）和∑Ce／∑Y（0.3）與研究區(qū)表層沉積物存在差異，但δCe（0.41）與研究區(qū)表層沉積物相近，表明它們可能具有相近的REE來(lái)源［8，16］。

2.3 稀土元素配分模式

研究區(qū)表層沉積物REE含量經(jīng)北美頁(yè)巖標(biāo)準(zhǔn)化后，在對(duì)數(shù)坐標(biāo)上作出REE配分模式圖（圖2）。結(jié)果表明，所有沉積物都表現(xiàn)為Ce負(fù)異常的LREE虧損特征，與海水的REE配分模式相似，但不同類型沉積物的REE配分模式也存在明顯差異。根據(jù)分布曲線的相對(duì)位置，將研究區(qū)沉積物的REE配分模式分為沸石粘土型和硅質(zhì)沉積物型2類。

1）沸石粘土型：沉積物主要為沸石粘土，均位于西區(qū)。曲線分布于1～8；δCe范圍為0.17～0.40，強(qiáng)烈虧損Ce；δEu范圍為1.24～1.31，存在明顯Eu正異常。

2）硅質(zhì)沉積物型：主要為含硅質(zhì)粘土、硅質(zhì)粘土、粘土質(zhì)硅質(zhì)軟泥、含粘土硅質(zhì)軟泥和硅質(zhì)軟泥等5種沉積物。在東區(qū)和西區(qū)都廣泛發(fā)育。REE配分模式曲線形態(tài)相近，曲線分布于1～5；δEu范圍為1.17～1.46，Eu正異常明顯；δCe范圍為0.38～0.94，Ce虧損明顯，但虧損程度低于沸石粘土型。

圖2 研究區(qū)表層沉積物及不同地質(zhì)體中稀土元素配分模式圖Fig.2 NASC－normalized REE patterns in the surface sediments and other geological bodies in the studied area

將研究區(qū)表層沉積物中沸石粘土型、硅質(zhì)沉積物型、黃海陸架沉積物、中國(guó)黃土和北太平洋表層海水（50 m以上水體）［15］等地質(zhì)體中REE元素配分模式進(jìn)行對(duì)比（圖2a），發(fā)現(xiàn)中國(guó)黃土和黃海陸架沉積物配分模式曲線分布于1附近，略富集LREE，無(wú)明顯Ce負(fù)異常，代表受到了陸源物質(zhì)影響的REE特征；北太平洋表層海水存在明顯Ce負(fù)異常，且相對(duì)富集HREE。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，所有沉積物中REE配分模式均與陸源物質(zhì)的特征相差明顯，而與北太平洋海水中REE配分模式形態(tài)相似，特別是沸石粘土型，表現(xiàn)為存在明顯Ce負(fù)異常的LREE虧損特征，為典型受到海水來(lái)源影響的深海沉積物REE配分模式［8］。

東區(qū)與西區(qū)硅質(zhì)沉積物都存在Ce負(fù)異常和Eu正異常，相對(duì)虧損LREE，但不同類型沉積物之間也存在細(xì)微差異（圖2b）。從REE配分模式看，東區(qū)硅質(zhì)軟泥的REE富集程度和Ce虧損程度都弱于其他硅質(zhì)沉積物。與硅質(zhì)軟泥相比，硅質(zhì)粘土中Ce虧損程度、Eu正異常、REE富集程度都更明顯。此外，西區(qū)硅質(zhì)軟泥中Ce負(fù)異常和HREE富集程度都超過(guò)研究東區(qū)硅質(zhì)粘土，HREE富集程度更高。

2.4 稀土元素與其他元素的關(guān)系

2.4.1 稀土元素與常量、微量元素的相關(guān)性

研究發(fā)現(xiàn)，表層沉積物中REE含量與其他元素存在明顯相關(guān)性。為了探討REE在沉積物中的富集機(jī)理，選擇了33個(gè)樣品的元素組成中的16個(gè)變量（LREE，HREE，La，Ce，Al2O3，F(xiàn)e2O3，P2O5，MnO，TiO2，Co，Ni，Cu，Zn，V，Cr和Ba）進(jìn)行了相關(guān)系數(shù)計(jì)算（表4）。

表4 表層沉積物中元素相關(guān)系數(shù)和顯著性系數(shù)Table 4 Correlation coefficients and significance correlation cofficients of chemical elements in the surface sediments

從表4可以看出，LREE、HREE與P2O5，Ni，Zn，Cu，MnO等元素的相關(guān)系數(shù)都大于0.7，呈明顯正相關(guān)；與Co，Ba，F(xiàn)e2O3的相關(guān)系數(shù)小于0.3，呈弱正相關(guān)；與TiO2，Al2O3，V，Cr均呈負(fù)相關(guān)。

2.4.2 Ce負(fù)異常特征

研究區(qū)沉積物都存在不同程度Ce負(fù)異常，δCe變化范圍為0.17～0.94。Ce虧損程度不僅與沉積物類型有關(guān)，而且與∑REE，P2O5，MnO和Co等元素含量也存在明顯的負(fù)相關(guān)（圖3）。

在遠(yuǎn)洋沉積物中，P2O5主要賦存于磷酸鹽或磷質(zhì)魚骨碎屑中，主要來(lái)源于海洋生物；而MnO，Ni，Zn和Cu等元素是鐵錳氧（氧氫氧）化物的重要組分，主要為海洋自生成因［17］。在研究區(qū)沉積物中，REE含量與以上幾種元素呈正相關(guān)，印證了磷質(zhì)成分和鐵錳氧（氧氫氧）化物都對(duì) REE有較強(qiáng)的富集能力［3，7－8，18－19］。此外，海洋生物來(lái)源的磷質(zhì)魚骨碎屑和自生成因的鐵錳結(jié)核與Ce負(fù)異常也有密切的關(guān)系［20］，二者都繼承了海水的REE特征。Co也是鐵錳氧（氧氫氧）化物的主要成分，但Co一般富集于完全自生的鐵錳氧（氧氫氧）化物之中，是典型的水成元素，在研究區(qū)表層沉積物中，可能受到成巖作用的影響，使Co、Fe2O3等元素僅與REE呈弱正相關(guān)，Co與δCe的相關(guān)性較MnO、P2O5也差一些。Ba主要富集于重晶石中，重晶石對(duì)REE也有較強(qiáng)的富集能力，但由于沉積物中重晶石含量較低，使REE與Ba的關(guān)系不太明顯［8，20］，說(shuō)明研究區(qū)沉積物中REE的富集受到生源物質(zhì)和自生物質(zhì)的影響。Al2O3和TiO2均以陸源為主［21－22］，V、Cr也主要賦存于陸源成分中［23］，4種元素均與REE呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明陸源物質(zhì)對(duì)REE富集能力有限，但對(duì)Ce有較強(qiáng)的富集能力［8，16］，Ce在這些礦物中的虧損程度大大低于海洋來(lái)源物質(zhì)（生源物質(zhì)或自生物質(zhì)），說(shuō)明研究區(qū)表層沉積物中REE受到海洋來(lái)源物質(zhì)的重要影響。

圖3 δCe負(fù)異常與∑REE、P2O5、MnO、Co等元素相關(guān)性Fig.3 Correlations between Ce negative anomalies and∑REE，P2O5，MnO and Co in the sediments

2.5 稀土元素含量估算

2.5.1 深海沉積物中稀土資源品位等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

由于深海沉積物中REE資源還處于初步研究階段，還沒(méi)有建立確切的資源品位標(biāo)準(zhǔn)體系，故借鑒我國(guó)常見(jiàn)陸地礦石中資源品位標(biāo)準(zhǔn)。在風(fēng)化殼淋積型稀土礦床中，LREE的工業(yè)品位和邊界品位分別為300～500g／m3和100～200g／m3，HREE的工業(yè)品位和邊界品位分別為50～70g／m3和30g／m3，∑REE的工業(yè)品位和邊界品位分別為350～570g／m3和130～230g／m3。若以干樣品的密度按照0.66g／cm3計(jì)［10］，將品位標(biāo)準(zhǔn)轉(zhuǎn)化為以（×10－6）為單位的標(biāo)準(zhǔn)，LREE的邊界品位和工業(yè)品位分別為（152～303）×10－6和（455～758）×10－6，HREE的邊界品位和工業(yè)品位分別為45×10－6和（76～106）×10－6，∑REE的邊界品位和工業(yè)品位分別為（197～348）×10－6和（530～864）×10－6。

根據(jù)上述分類標(biāo)準(zhǔn)以及實(shí)測(cè)REE含量，將研究區(qū)表層沉積物中REE分為以下4種類型，如表5所示：

Ⅰ非富集型：實(shí)測(cè)元素含量小于或等于邊界品位上限值；

Ⅱ 弱富集型：實(shí)測(cè)元素含量大于邊界品位上限值，小于或等于工業(yè)品位下限值；

Ⅲ 富集型：實(shí)測(cè)元素含量大于工業(yè)品位下限值，小于或等于工業(yè)品位下限值2倍；

Ⅳ極富集型：實(shí)測(cè)含量大于工業(yè)品位下限值的2倍

表5 研究區(qū)表層沉積物稀土元素含量等級(jí)及類型劃分Table 5 The abundance and classifications of rare earth elements in the surface sediments

2.5.2 研究區(qū)表層沉積物稀土元素分布

對(duì)比發(fā)現(xiàn)，所有研究站位表層沉積物樣品的LREE為（226.40～507.07）×10－6，為非富集型、弱富集型和富集型三類；而 HREE變化范圍為（117.69～343.12）×10－6，均超過(guò)了工業(yè)品位的上限值（106×10－6），HREE相對(duì)富集明顯，主要為富集型和極富集型兩類；∑REE為（352.94～812.80）×10－6，也均超過(guò)了邊界品位的上限值（348×10－6），可分為弱富集型和富集型兩類，如圖4所示。

圖4 研究區(qū)表層沉積物中LREE、HREE和REE富集分布圖Fig.4 The distributions of LREE、HREE and REE in the surface sediments in the studied areas

在研究西區(qū)，LREE、HREE和∑REE都主要富集于北部的8071、WBC1103等站位區(qū)域，以及東南部的WS0802－1站位附近區(qū)域。對(duì)比發(fā)現(xiàn)，LREE在8071站位附近最為富集，達(dá)到富集型標(biāo)準(zhǔn)（III類）；在WBC1103和WS0802－1站位區(qū)域次之，為弱富集型（II類）；在其他區(qū)域則呈逐漸降低的趨勢(shì)，以非富集型（I類）為主。HREE相對(duì)較富集，其中在以8071、WS0802－1等站位為代表的高值區(qū)域達(dá)到了極富集標(biāo)準(zhǔn)（IV類），主要分布在研究區(qū)的北部；而在西區(qū)的南部，富集程度相對(duì)要弱一些，以富集型為主（III類）?！芌EE的分布范圍與LREE較相似，主要富集于8071、WBC11O3和WS0802－1等站位附近，其∑REE含量達(dá)到了富集型標(biāo)準(zhǔn)（III類）；在其他區(qū)域主要為弱富集型（II類）。

在東區(qū)表層沉積物中，LREE、HREE和∑REE的分布規(guī)律整體相似，均呈現(xiàn)“東南高—西北低”的分布特征。LREE在東區(qū)的含量均屬于非富集型（I類）；∑REE則均屬于弱富集型（II類）；HREE除了在8243站位富集區(qū)域達(dá)到了極富集型（IV類）之外，在其他區(qū)域均為富集型（III類）。從富集程度來(lái)看，LREE、HREE和∑REE的富集程度都要低于研究區(qū)西區(qū)。

2.5.3 研究區(qū)稀土元素含量估算

陸殼和洋殼中的REE含量代表了整個(gè)地殼的REE成分［8］。研究區(qū)域表層沉積物中REE含量是陸殼和洋殼的3.1～6.7倍，即研究區(qū)沉積物中REE的富集系數(shù)均在3以上；此外，該區(qū)域表層沉積物中∑REE最低值為352.94×10－6，也高于陸地離子吸附性礦床的邊界品味，說(shuō)明該區(qū)域表層沉積物中REE呈明顯的富集狀態(tài)。

以研究樣品的平均含水量70.20%代表研究區(qū)域表層沉積物的含水量，用樣品天然密度的平均值1.25 g／cm3代表研究區(qū)表層沉積物的平均密度［10］，另外假定測(cè)試的沉積物中REE含量能夠代表取樣原位的表層20cm厚的沉積物中REE的平均值，則沉積物中REE的含量可用如下公式表述：

式中W為REE含量；s為沉積物分布面積；h為沉積物的厚度；ρ為濕樣品的平均天然密度；Φ為沉積物的平均含水量；σ為表層沉積物中REE的平均含量。根據(jù)上述公式，分別計(jì)算研究區(qū)西區(qū)、東區(qū)表層沉積物中LREE、HREE和∑REE含量，如表6和表7所示。

表6 研究區(qū)西區(qū)不同類型沉積物中稀土元素含量狀況Table 6 The reserves of rare earth elements in different types of surface sediments in the western area

表7 研究區(qū)東區(qū)不同類型沉積物中稀土元素含量狀況Table 7 The reserves of rare earth elements in different types of surface sediments in the eastern area

研究區(qū)西區(qū)面積為1 643km2，表層沉積物中LREE、HREE和∑REE總量分別為34 259，18 894和54 038t，其中LREE非富集型（I類）為25 010t，占LREE總量73%，而達(dá)到富集型的（III類）為450噸，僅占1%；HREE富集型（III類）為12 002t，占 HREE總量64%，極富集型（IV）為6 892t，占 HREE總量36%。東區(qū)由于站位較少，采用以測(cè)試站位表層沉積物中稀土元素豐度代表周圍一定區(qū)域的平均值的辦法估算稀土元素總含量：東區(qū)6個(gè)取樣站位周圍1km2內(nèi)表層沉積物中LREE、HREE和∑REE總含量分別為263.1，139.2和402.3t。從元素豐度來(lái)看，西區(qū)富集程度普遍高于東區(qū)；從分布類型來(lái)看，兩個(gè)研究區(qū)域內(nèi)表層沉積物中LREE絕大多數(shù)均賦存于I類和II類中，HREE主要賦存于III類（均大于總量60%），其次是IV類。

2.6 沉積物物源探討

前面我們已經(jīng)定性地探討過(guò)，研究區(qū)表層沉積物中REE含量、配分模式等均與陸源物質(zhì)差異非常大，而表現(xiàn)出與海水相似的REE元素配分模式特征，這意味著研究區(qū)的沉積物中REE很可能直接來(lái)源于海水。從沉積物類型看，沉積物中REE含量與沸石、遠(yuǎn)洋粘土等成分含量呈正相關(guān)，與硅質(zhì)組分呈負(fù)相關(guān)。研究表明，深海沉積物中沸石、蒙皂石等粘土成分主要由海底基性火山噴發(fā)物質(zhì)經(jīng)海水蝕變而成，并且在海解蝕變過(guò)程中REE以進(jìn)入自生礦物晶格和吸附在礦物表面的形式從海水中富集起來(lái)［3，24］，REE特征對(duì)海水有一定的繼承性。

此外，前人研究還發(fā)現(xiàn)，地質(zhì)體中La／Tb和La／Yb也可反映沉積物的物質(zhì)來(lái)源［3－4］。在北美頁(yè)巖、中國(guó)黃土和中國(guó)海沉積物等代表陸殼沉積物的地質(zhì)體和代表鈣質(zhì)生物的有孔蟲殼體中，La／Tb和La／Yb的比值都非常高，而代表地幔來(lái)源的球粒隕石和拉斑玄武巖中的比值則都很低。研究區(qū)所有類型沉積物中La／Tb和La／Yb的比值均介于三者之間（表8），說(shuō)明研究區(qū)沉積物可能具有多源性。總的來(lái)說(shuō)，研究區(qū)表層沉積中REE主要來(lái)自海洋來(lái)源物質(zhì)，同時(shí)也受到陸源物質(zhì)、海底火山物質(zhì)的影響。

表8 不同地質(zhì)體中La／Tb和La／Yb比值Table 8 La／Tb and La／Yb ratios in different types of geological bodies

3 結(jié) 論

1）研究區(qū)表層沉積物中REE分布不均勻，在沸石粘土中富集程度最高，硅質(zhì)沉積物中明顯偏低。所有沉積物都存在明顯Ce負(fù)異常和Eu正異常的LREE虧損特征，為典型受到海水來(lái)源影響的REE配分模式，與陸源物質(zhì)的REE含量和配分模式都存在顯著差異。

2）與東區(qū)相比，西區(qū)沉積物中LREE、HREE和∑REE普遍偏高，LREE與HREE分異更明顯，HREE富集程度更高，LREE和Ce虧損更強(qiáng)烈。硅質(zhì)粘土中Ce虧損程度、δEu正異常和REE富集程度都比硅質(zhì)軟泥更明顯；東區(qū)的硅質(zhì)軟泥中REE含量、Ce虧損程度都弱于其他硅質(zhì)沉積物，硅質(zhì)粘土的Ce負(fù)異常和HREE富集程度均弱于西區(qū)硅質(zhì)軟泥。

3）從REE富集程度知，研究區(qū)域內(nèi)表層沉積物中LREE絕大多數(shù)均賦存于非富集型和弱富集型中，HREE主要賦存于富集型和極富集型中。

4）沉積物中REE含量與P2O5，MnO，Ni，Cu和Zn等元素呈正相關(guān)，與陸源的Al2O3，TiO2，V和Cr等元素呈負(fù)相關(guān)；沉積物中La／Tb和La／Yb比值介于陸源物質(zhì)、生源成分和海底火山之間，說(shuō)明研究區(qū)表層沉積物中REE主要來(lái)自海洋源物質(zhì)（自生物質(zhì)或生源物質(zhì)），同時(shí)受到陸源物質(zhì)、海底火山物質(zhì)的影響。

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