中大新聞網訊（通訊員李登峰）深海富稀土沉積物被認為是一種潛在的稀土礦產資源，其總稀土含量可高達8000 ppm，并且含豐富的中重稀土資源。現有研究已發現，稀土元素含量與磷酸鹽呈正相關，厘定了沉積物中最主要的稀土賦存礦物是生物質磷灰石（圖1）。然而，深海稀土富集的時間規律研究還十分薄弱，阻礙了成礦理論發展和后續的資源勘探開發。
圖1 IODP巖芯和西太平洋富稀土沉積物中的魚牙樣品BSE 圖像
(A) 來自 IODP Leg 199 站點1218A-7H-1的整顆魚牙，深度56.5 m；(B) 牙釉質的纖維質地，其中有細小裂紋；(C) 牙髓被溶解的魚牙，其牙釉質部分相對完整；(D) 中空的魚牙中填充了大量微化石；(E & F) Cyclicargolithus Floridanus 和 Discoaster Calculosus微生物化石；(G) 來自西太富稀土沉積物中的保存完好的魚牙；(H) 魚牙顯示出根部破裂但尖端完整的結構；(I) 構成魚牙的微米級羥基磷灰石晶體
已有研究認為，魚牙中稀土富集發生在魚類死后100年到10萬年間，并伴隨著去有機質的過程（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，也從另一方面說明了稀土在很短時間內進入其中，并長時間保持不變（Finlay et al., 2013）。同時，模擬實驗證明，生物磷灰石是一種比氟磷灰石更好的核污染吸附劑，僅需4萬年左右的時間，U元素就可以被完全富集（Trueman and Tuross, 2002）。原位分析結果顯示，魚牙中稀土元素和U-Pb年代學的U元素含量呈正相關，說明魚牙中的稀土元素和U元素同時進入其中（圖2）。因此，生物磷灰石U-Pb年代學能夠代表相應層位的稀土富集時代。
圖2 生物磷灰石（魚牙）牙釉質部分激光微量元素分析結果顯示，U和REY含量呈正相關關系
基于以上研究，中山大學海洋科學學院海洋地質與地球化學研究團隊開展了深海沉積物中生物磷灰石的U-Pb年代學研究工作。研究團隊獲取了具有較好年齡框架的IODP鉆孔樣品，挑選其中的魚牙開展了生物磷灰石U-Pb年代學驗證。結果表明，IODP鉆孔中魚牙U-Pb定年結果與微體古生物年代在誤差范圍內一致，說明生物磷灰石U-Pb年代計較為可靠。在此基礎上，研究團隊將磷灰石U-Pb年代學應用于西太平洋富稀土沉積物樣品中，U-Pb定年結果從底部到頂部為6.22百萬年到2.16百萬年（圖3），同時該年代學還得到了魚牙原位Sr同位素結果的驗證（圖4），有效證明了該區域內存在一期中新世稀土礦化事件。該方法的成功運用將有助于各個海域的稀土富集時代研究，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牙的U-Pb Wetherill諧和圖，數據橢圓和年齡誤差均為2σ
圖4 魚牙牙釉質原位Sr同位素結果與全球海水Sr同位素對比圖
以上研究成果發表于期刊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海洋科學學院李登峰副教授。
該研究得到了國家自然科學基金（NSFC）資助，并申請使用了廣州海洋地質調查局和國際大洋發現計劃 （IODP） 提供的樣品。生物磷灰石U-Pb年代學在中山大學海洋科學學院海洋沉積物地球化學實驗室測試完成。
