深海沉積物稀土礦產(chǎn)資源研究進(jìn)展

丁孝恒，趙建武，賈 穎，陳艷艷

（1.中國(guó)石油大學(xué)（北京）地球科學(xué)學(xué)院，北京 102249；2.大慶油田第三采油廠，黑龍江 大慶 163113；3.國(guó)家深海基地管理中心，山東 青島 266237）

稀土礦產(chǎn)資源是高新材料研發(fā)的重要資源，其在太陽(yáng)能工程、紅外線光學(xué)工程等高新技術(shù)領(lǐng)域中的應(yīng)用價(jià)值，決定稀土礦礦產(chǎn)資源勘察、開發(fā)、利用的必要性與重要性。因此，面對(duì)稀土礦產(chǎn)資源需求量、使用量的不斷增加，應(yīng)對(duì)深海沉積物中的稀土礦產(chǎn)資源研究進(jìn)展具有全面了解，從研究成果中掌握潛在稀土礦產(chǎn)資源情況，為深海稀土礦產(chǎn)資源開發(fā)利用奠定良好理論基礎(chǔ)。

1 稀土礦產(chǎn)資源的分布研究

深海沉積物是基于海洋沉積作用下形成的位于1000m水深以下的沉積物質(zhì)。深海沉積物的礦物成分相對(duì)復(fù)雜。對(duì)其進(jìn)行化學(xué)成分分析，發(fā)現(xiàn)深海沉積物的化學(xué)元素主要為Si（硅）、Fe（鐵）、Al（鋁）、Ca（鈣）、Mg（鎂）、Na（鈉）、Ti（鈦）、P（磷）、K（鉀）等，在一定程度上與陸殼中所含的化學(xué)元素相似[1]。隨著人們對(duì)深海沉積物研究的不斷深入，發(fā)現(xiàn)深海沉積物中蘊(yùn)含著豐富的稀土礦礦產(chǎn)資源。通過對(duì)太平洋深海沉積物中稀土礦礦產(chǎn)資源進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)相對(duì)于陸地碳酸巖型稀土礦床而言，深海沉積物中稀土元素較為富集。與此同時(shí)，多數(shù)研究顯示，海洋區(qū)域不同，深海沉積物中的稀土礦礦產(chǎn)資源含量也不同，相對(duì)于大西洋深海沉積物、印度洋深海沉積物而言，太平洋深海沉積物中的稀土礦礦產(chǎn)資源富集站位相對(duì)較多。東太平洋克拉里昂——克里伯頓斷裂帶深海沉積物中∑REY（∑REE+Y，稀土金屬+金屬釔）含量達(dá)到422.77×10-6～1508.10×10-6；南太平洋東部深海沉積物中∑REY值為1000×10-6～2230×10-6；北太平洋東部以及夏威夷群島的西部海域中，深海沉積物中∑REY值達(dá)到400×10-6～1000×10-6。只有準(zhǔn)確掌握深海沉積物中稀土礦產(chǎn)資源分布情況，才能有效探尋稀土礦礦產(chǎn)資源形成因素，了解稀土礦礦產(chǎn)資源變化情況，為稀土礦礦產(chǎn)資源開發(fā)利用提供參考依據(jù)。

2 稀土礦產(chǎn)資源的來源研究

了解稀土礦產(chǎn)資源來源對(duì)深海沉積物稀土資源勘探與分析存在重要影響。因此，稀土礦產(chǎn)資源來源問題始終是深海沉積物中稀土礦產(chǎn)資源研究所關(guān)注的重點(diǎn)問題。目前關(guān)于深海沉積物中稀土礦產(chǎn)資源的來源尚未得到統(tǒng)一，太平洋富稀土沉積物主要形成于熱液活動(dòng)及其相關(guān)Fe的氫氧化物；利用激光剝蝕等離子體質(zhì)譜分析，發(fā)現(xiàn)深海沉積物中的稀土元素主要存在于磷灰石中；基于脊鈣質(zhì)沉積物進(jìn)行化學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)西南印度洋中脊區(qū)域深海沉積物中的稀土元素屬于生物源，在一定程度上受陸源物質(zhì)影響較大；南大西洋中脊各站位稀土元素分配模式存在相似性，表現(xiàn)為“輕稀土元素富集，重稀土元素虧損”，認(rèn)為南大西洋中脊深海沉積物中的稀土資源主要來源于海水[2]。

總而言之，在深海沉積物中稀土礦產(chǎn)資源進(jìn)行研究時(shí)，應(yīng)加強(qiáng)深海沉積物地質(zhì)化學(xué)特征、深海沉積物沉積環(huán)境、深海沉積物核心元素遷移等研究，可為稀土元素來源研究提供更為充足的理論依據(jù)，提升深海沉積物中稀土礦產(chǎn)資源研究準(zhǔn)確性、全面性、完整性。

3 稀土礦產(chǎn)資源的賦存狀態(tài)研究

掌握深海沉積物中稀土元素的賦存載體，有利于深海沉積物中稀土礦產(chǎn)資源勘察與開發(fā)。在對(duì)稀土礦產(chǎn)資源賦存載體進(jìn)行分析時(shí)，由深海沉積物的化學(xué)元素分析可知：深海沉積物中粘土礦物以鋁硅酸鹽礦物為主，即（沉積物中97%以上的A1元素存在于鋁硅酸鹽中；深海沉積物中的磷元素主要以磷酸鹽礦物形式存在；深海沉積物中的錳元素主要以鐵錳微結(jié)核形式存在。根據(jù)稀土元素含量與其他因素存在的相關(guān)性，可知深海沉積物中的稀土元素含量與深海沉積物中的沸石粘土、磷酸鹽、鐵錳氧化物含量存在相關(guān)性。

深海沉積物中的稀土元素主要賦存在沸石粘土、遠(yuǎn)洋黏土、微結(jié)核、磷酸鹽、鐵錳氧化物中。西太平深海沉積物黏土物質(zhì)中∑REY含量相對(duì)較低，即（230～330）×10-6。在一定程度上表明，西太平深海沉積物中稀土元素主要載體并非是黏土物質(zhì)。進(jìn)一步研究表明西太平洋深海沉積物中的稀土元素多存在于磷酸鹽中，稀土含量占研究整體的百分之七十以上。

稀土元素與P2O5、CaO之間存在較好的正相關(guān)關(guān)系，與P2O5的相關(guān)系數(shù)甚至超過0.9。對(duì)此，推測(cè)深海沉積物中稀土元素與磷酸鹽存在密切關(guān)聯(lián)性，磷酸鹽是稀土元素主要賦存載體。

4 稀土礦產(chǎn)資源的富集機(jī)制研究

為更好的探索深海沉積物中稀土礦產(chǎn)資源開發(fā)方向，需加強(qiáng)賦存相富集機(jī)制研究，了解稀土元素的形成原因。白堊世之后，海水中的磷灰石稀土元素配分形式與現(xiàn)代海水中的稀土元素配分形式相似。在一定程度上表明深海沉積物中的稀土元素主要來源于海水。任江波等學(xué)者在對(duì)深海沉積物中稀土元素成因進(jìn)行分析時(shí)，認(rèn)為隨著地質(zhì)運(yùn)動(dòng)的不斷變化，稀土元素離子與海水中的磷酸根離子相結(jié)合，并在一系列作用下（包括化學(xué)沉淀、生物礦化）形成富稀土磷酸鹽礦物。與此同時(shí)，稀土元素離子除了與海水中的磷酸根離子相結(jié)合外，也與生物殘骸中的磷酸根相結(jié)合，形成生物型磷灰石，主要表現(xiàn)為深海沉積物的魚骨中含有稀土元素。但直接從海水中進(jìn)入魚骨的可能性不大，表明賦存稀土元素在成礦過程中也受其他因素影響。但總體來講，稀土元素以生物型磷灰石、物型磷灰石為主，獨(dú)居石、鐵錳氧化物中所含有的稀土元素相對(duì)要少。在稀土礦產(chǎn)資源開發(fā)過程中，需以磷灰石為主要勘探與開發(fā)目標(biāo)。

5 稀土礦產(chǎn)資源的開發(fā)技術(shù)研究

深海沉積物中雖然蘊(yùn)含豐富的稀土礦礦產(chǎn)資源，但由于粒度細(xì)、品質(zhì)不均、環(huán)境復(fù)雜，在利用上存在一定難度。目前，關(guān)于深海沉積物中稀土礦資源開發(fā)技術(shù)的研究相對(duì)較少，直接浸出是較為常用方法，但存在成本高、海洋環(huán)境影響大、酸消耗量大等弊端。需通過進(jìn)一步研究進(jìn)行開發(fā)技術(shù)創(chuàng)新，提升深海沉積物中稀土資源開發(fā)水平。

6 結(jié)論

總而言之，稀土礦產(chǎn)資源是重要戰(zhàn)略性資源，其勘察、開發(fā)與利用對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)、國(guó)家實(shí)力提升存在重要現(xiàn)實(shí)意義。而多數(shù)研究表明，深海沉積物中蘊(yùn)含著豐富的稀土資源，是改善稀土資源保儲(chǔ)量、保障年限不斷下降與稀土礦產(chǎn)資源需求量不斷提升矛盾的重要渠道。對(duì)此，應(yīng)不斷加強(qiáng)深海沉積物中稀土資源研究力度，為稀土礦產(chǎn)資源開發(fā)利用提供充足依據(jù)，實(shí)現(xiàn)稀土資源開發(fā)與保護(hù)能力的有效提升。