深海沉积物稀土矿产资源研究进展

丁孝恒，赵建武，贾 颖，陈艳艳

（1.中国石油大学（北京）地球科学学院，北京 102249；2.大庆油田第三采油厂，黑龙江 大庆 163113；3.国家深海基地管理中心，山东 青岛 266237）

稀土矿产资源是高新材料研发的重要资源，其在太阳能工程、红外线光学工程等高新技术领域中的应用价值，决定稀土矿矿产资源勘察、开发、利用的必要性与重要性。因此，面对稀土矿产资源需求量、使用量的不断增加，应对深海沉积物中的稀土矿产资源研究进展具有全面了解，从研究成果中掌握潜在稀土矿产资源情况，为深海稀土矿产资源开发利用奠定良好理论基础。

1 稀土矿产资源的分布研究

深海沉积物是基于海洋沉积作用下形成的位于1000m水深以下的沉积物质。深海沉积物的矿物成分相对复杂。对其进行化学成分分析，发现深海沉积物的化学元素主要为Si（硅）、Fe（铁）、Al（铝）、Ca（钙）、Mg（镁）、Na（钠）、Ti（钛）、P（磷）、K（钾）等，在一定程度上与陆壳中所含的化学元素相似[1]。随着人们对深海沉积物研究的不断深入，发现深海沉积物中蕴含着丰富的稀土矿矿产资源。通过对太平洋深海沉积物中稀土矿矿产资源进行统计分析，发现相对于陆地碳酸岩型稀土矿床而言，深海沉积物中稀土元素较为富集。与此同时，多数研究显示，海洋区域不同，深海沉积物中的稀土矿矿产资源含量也不同，相对于大西洋深海沉积物、印度洋深海沉积物而言，太平洋深海沉积物中的稀土矿矿产资源富集站位相对较多。东太平洋克拉里昂——克里伯顿断裂带深海沉积物中∑REY（∑REE+Y，稀土金属+金属钇）含量达到422.77×10-6～1508.10×10-6；南太平洋东部深海沉积物中∑REY值为1000×10-6～2230×10-6；北太平洋东部以及夏威夷群岛的西部海域中，深海沉积物中∑REY值达到400×10-6～1000×10-6。只有准确掌握深海沉积物中稀土矿产资源分布情况，才能有效探寻稀土矿矿产资源形成因素，了解稀土矿矿产资源变化情况，为稀土矿矿产资源开发利用提供参考依据。

2 稀土矿产资源的来源研究

了解稀土矿产资源来源对深海沉积物稀土资源勘探与分析存在重要影响。因此，稀土矿产资源来源问题始终是深海沉积物中稀土矿产资源研究所关注的重点问题。目前关于深海沉积物中稀土矿产资源的来源尚未得到统一，太平洋富稀土沉积物主要形成于热液活动及其相关Fe的氢氧化物；利用激光剥蚀等离子体质谱分析，发现深海沉积物中的稀土元素主要存在于磷灰石中；基于脊钙质沉积物进行化学分析，发现西南印度洋中脊区域深海沉积物中的稀土元素属于生物源，在一定程度上受陆源物质影响较大；南大西洋中脊各站位稀土元素分配模式存在相似性，表现为“轻稀土元素富集，重稀土元素亏损”，认为南大西洋中脊深海沉积物中的稀土资源主要来源于海水[2]。

总而言之，在深海沉积物中稀土矿产资源进行研究时，应加强深海沉积物地质化学特征、深海沉积物沉积环境、深海沉积物核心元素迁移等研究，可为稀土元素来源研究提供更为充足的理论依据，提升深海沉积物中稀土矿产资源研究准确性、全面性、完整性。

3 稀土矿产资源的赋存状态研究

掌握深海沉积物中稀土元素的赋存载体，有利于深海沉积物中稀土矿产资源勘察与开发。在对稀土矿产资源赋存载体进行分析时，由深海沉积物的化学元素分析可知：深海沉积物中粘土矿物以铝硅酸盐矿物为主，即（沉积物中97%以上的A1元素存在于铝硅酸盐中；深海沉积物中的磷元素主要以磷酸盐矿物形式存在；深海沉积物中的锰元素主要以铁锰微结核形式存在。根据稀土元素含量与其他因素存在的相关性，可知深海沉积物中的稀土元素含量与深海沉积物中的沸石粘土、磷酸盐、铁锰氧化物含量存在相关性。

深海沉积物中的稀土元素主要赋存在沸石粘土、远洋黏土、微结核、磷酸盐、铁锰氧化物中。西太平深海沉积物黏土物质中∑REY含量相对较低，即（230～330）×10-6。在一定程度上表明，西太平深海沉积物中稀土元素主要载体并非是黏土物质。进一步研究表明西太平洋深海沉积物中的稀土元素多存在于磷酸盐中，稀土含量占研究整体的百分之七十以上。

稀土元素与P2O5、CaO之间存在较好的正相关关系，与P2O5的相关系数甚至超过0.9。对此，推测深海沉积物中稀土元素与磷酸盐存在密切关联性，磷酸盐是稀土元素主要赋存载体。

4 稀土矿产资源的富集机制研究

为更好的探索深海沉积物中稀土矿产资源开发方向，需加强赋存相富集机制研究，了解稀土元素的形成原因。白垩世之后，海水中的磷灰石稀土元素配分形式与现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积物中的稀土元素主要来源于海水。任江波等学者在对深海沉积物中稀土元素成因进行分析时，认为随着地质运动的不断变化，稀土元素离子与海水中的磷酸根离子相结合，并在一系列作用下（包括化学沉淀、生物矿化）形成富稀土磷酸盐矿物。与此同时，稀土元素离子除了与海水中的磷酸根离子相结合外，也与生物残骸中的磷酸根相结合，形成生物型磷灰石，主要表现为深海沉积物的鱼骨中含有稀土元素。但直接从海水中进入鱼骨的可能性不大，表明赋存稀土元素在成矿过程中也受其他因素影响。但总体来讲，稀土元素以生物型磷灰石、物型磷灰石为主，独居石、铁锰氧化物中所含有的稀土元素相对要少。在稀土矿产资源开发过程中，需以磷灰石为主要勘探与开发目标。

5 稀土矿产资源的开发技术研究

深海沉积物中虽然蕴含丰富的稀土矿矿产资源，但由于粒度细、品质不均、环境复杂，在利用上存在一定难度。目前，关于深海沉积物中稀土矿资源开发技术的研究相对较少，直接浸出是较为常用方法，但存在成本高、海洋环境影响大、酸消耗量大等弊端。需通过进一步研究进行开发技术创新，提升深海沉积物中稀土资源开发水平。

6 结论

总而言之，稀土矿产资源是重要战略性资源，其勘察、开发与利用对社会经济建设、国家实力提升存在重要现实意义。而多数研究表明，深海沉积物中蕴含着丰富的稀土资源，是改善稀土资源保储量、保障年限不断下降与稀土矿产资源需求量不断提升矛盾的重要渠道。对此，应不断加强深海沉积物中稀土资源研究力度，为稀土矿产资源开发利用提供充足依据，实现稀土资源开发与保护能力的有效提升。