邢介奇、朱建喜等-CG：早期成巖過程中納米相針鐵礦對海洋磷塊巖中稀土配分和富集的影響
日期：
2024-04-01
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稀土元素（REEs，包括La-Lu、Y和Sc）地球化學特征被認為是示蹤古海洋環境的可靠指標，而在海水中自生沉淀形成的磷酸鹽和碳酸鹽能夠將古海水的稀土地球化學特征保存下來。然而，自生磷酸鹽和碳酸鹽記錄的古海水稀土地球化學變化卻并不完全一致。例如，一些海洋自生磷酸鹽呈現出中稀土（MREEs）異常富集的“鐘形”稀土配分模式，而自生碳酸鹽則顯示出“現代海水”的稀土配分模式，具有Ce負異常和重稀土富集的特征。因此，了解自生磷酸鹽和碳酸鹽記錄同時期海水的稀土地球化學特征為何存在差異，對于稀土元素在古海洋環境重建具有重要意義。針對上述問題，中國科學院廣州地球化學研究所礦物學與成礦學重點實驗室博士生邢介奇在導師朱建喜研究員的指導下，選擇貴州織金早寒武世戈仲伍組白云質磷塊巖為研究對象，借助高分辨透射電鏡結合電子能量損失譜等納米尺度礦物學分析技術，考察了同時期自生磷酸鹽和碳酸鹽稀土地球化學配分差異的礦物學形成機制。該樣品主要由同時期沉積的碳氟磷灰石和白云石組成，雖然所處的海水環境一致，但原位稀土地球化學分析卻顯示兩者具有不同的稀土配分模式。自生磷酸鹽呈現中稀土富集的“鐘形”稀土配分模式，而白云石則呈現重稀土富集的“現代海水”類型的稀土配分模式。為進一步研究自生膠磷礦的“鐘形”稀土配分模式的成因，我們對碳氟磷灰石顆粒進行了微納米尺度的礦物學和地球化學分析。掃面電鏡（SEM）觀察發現碳氟磷灰石顆粒中含有一些較為分散的極細粒鐵氧化物團聚體，經過原位掃描電鏡聚焦離子束切片（SEM-FIB）制樣后，使用高分辨透射電鏡（HRTEM）分析確定這些鐵氧化物為納米相針鐵礦（α-FeO(OH)），結晶程度差，粒徑多為1-3 nm，均勻分布在納米磷灰石之間。使用透射電鏡配備的電子能量損失譜（TEM-EELS）對納米相針鐵礦的Fe價態分布進行面分析，發現其顆粒邊緣明顯富集Fe2+，表明在與納米磷灰石最終沉積固結之前，針鐵礦表面發生了還原作用。前人的研究發現鐵氧化物的還原過程能夠釋放其從上覆海水中吸附的稀土，從而提高了孔隙水的稀土含量，并表現出中稀土富集特征。因此，我們的結果指示在早期成巖作用過程中鐵氧化還原對海洋自生磷酸鹽的稀土富集和配分模式具有較大的影響。相比于磷酸鹽，碳酸鹽似乎是更為可靠的古海洋環境重建的指標。本研究得到了國家杰出青年基金（41825003），廣東省基礎與應用研究基金（2022A1515010606）和中國科學院青年創新促進會（2023369）的聯合資助。相關成果近期發表于國際期刊《Chemical Geology》。論文信息：Xing, Jieqi（邢介奇）, Li, Shan（李珊）, Wei, Hongyan（魏洪燕）, Xi, Jiaxin（席佳鑫）, Lin, Xiaoju（林梟舉）, Yang, Yiping（楊宜坪）, Xian, Haiyang（鮮海洋）, Tan, Wei（譚偉）, Wei, Jingming（魏景明） and Zhu, Jianxi*（朱建喜）. Influence of goethite nanophase on rare-earth element patterns and enrichment in marine phosphates during early diagenesis. Chemical Geology, 2024;653:122029.?
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