新聞動(dòng)態(tài)趙冠宇等-CG：干酪根中稀土元素來(lái)自表層海水還是成巖孔隙水？
干酪根是沉積巖中不溶于非氧化性的酸、堿及非極性有機(jī)溶劑的分散有機(jī)質(zhì)，研究干酪根中稀土元素的特征對(duì)研究地質(zhì)歷史時(shí)期有機(jī)質(zhì)保存與稀土元素循環(huán)具有重要意義。前人研究結(jié)果顯示干酪根中具有高的總稀土含量，被認(rèn)為是保留了表層海水的特征。但是干酪根主要是在沉積-早成巖階段形成，干酪根中稀土元素的特征是否反映了當(dāng)時(shí)海水水體的特征并不完全清楚。此外，前人的研究并未給出統(tǒng)一的干酪根中稀土元素配分模式，并且在使用傳統(tǒng)方法制備干酪根時(shí)，無(wú)法有效排除難溶礦物如黃鐵礦等混入的干擾。
針對(duì)上述問(wèn)題，中國(guó)科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所有機(jī)地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室博士生趙冠宇在導(dǎo)師廖澤文研究員的指導(dǎo)下，選擇華南埃迪卡拉系洞坎上和鳳灘兩個(gè)剖面為研究對(duì)象，經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的指標(biāo)篩選制備出符合要求的干酪根樣品，發(fā)現(xiàn)干酪根中具有重稀土富集、輕稀土虧損的分布特征（圖1）。
圖1：華南埃迪卡拉系洞坎上（A）與鳳灘剖面（B）干酪根中稀土元素配分模式圖
本次研究發(fā)現(xiàn)干酪根中的稀土元素與現(xiàn)代沉積物產(chǎn)甲烷帶區(qū)域孔隙水中的稀土元素具有相似的配分模式，兩個(gè)剖面干酪根樣品與現(xiàn)代沉積物孔隙水中稀土元素分布特征對(duì)比結(jié)果表明干酪根中稀土元素分布特征與沉積物孔隙水中一致，而這些孔隙水發(fā)育在早成巖階段厭氧的產(chǎn)甲烷帶，這表明干酪根中的稀土元素并不是直接來(lái)自表層水體（圖2）。
圖2：干酪根中與現(xiàn)代沉積物孔隙水中稀土元素分布特征對(duì)比
圖中橫坐標(biāo)為重稀土元素與輕稀土元素比值、縱坐標(biāo)為中稀土元素富集程度，除了兩個(gè)剖面干酪根樣品外，其它沉積物孔隙水中稀土元素結(jié)果來(lái)自于已發(fā)表資料的統(tǒng)計(jì)（有關(guān)引用數(shù)據(jù)的出處參見原文中的詳細(xì)說(shuō)明）。
結(jié)合孔隙水稀土元素演化模型與干酪根的形成機(jī)制，研究人員給出了干酪根中稀土元素與孔隙水的配分模式示意圖（圖3）?？梢钥闯觯簭念w粒有機(jī)物開始沉積到干酪根最終形成，不同氧化還原分帶中稀土元素的吸附和解吸，礦物溶解、沉淀以及有機(jī)質(zhì)的再礦化等過(guò)程，共同決定了局部孔隙流體中稀土元素的分布特征。同時(shí)，從生物聚合物到最終地質(zhì)聚合物形成過(guò)程中，有機(jī)質(zhì)在不同的氧化還原分帶中經(jīng)歷了復(fù)雜的微生物降解、聚合和縮合演化過(guò)程，其結(jié)構(gòu)與所賦存的微量、稀土元素經(jīng)歷了復(fù)雜的調(diào)整與再分配過(guò)程。
從圖3也可以看出：干酪根最終形成主要發(fā)生在沉積物中與產(chǎn)甲烷帶相當(dāng)?shù)纳疃龋谛纬筛衫腋耐瑫r(shí)，干酪根會(huì)從產(chǎn)甲烷帶孔隙水中吸收稀土元素，并保存在其地質(zhì)大分子結(jié)構(gòu)中。隨著埋藏深度的增加，微生物活動(dòng)將減少，周圍孔隙水中的稀土元素濃度保持不變。一旦干酪根形成，其相對(duì)穩(wěn)定的化學(xué)結(jié)構(gòu)將保護(hù)被包裹在干酪根結(jié)構(gòu)中的稀土元素免受熱降解等作用的影響。
圖3：干酪根中稀土元素與孔隙水的配分模式示意圖
該研究工作表明地質(zhì)沉積物干酪根中的稀土元素來(lái)自于干酪根形成過(guò)程中與產(chǎn)甲烷帶相當(dāng)?shù)某练e層段內(nèi)伴生的孔隙水，而不是直接來(lái)自于古海洋表層水體。這對(duì)于認(rèn)識(shí)古老地質(zhì)剖面沉積物中稀土元素分布特征與古海洋水體中稀土元素地球化學(xué)演化特征之間的關(guān)聯(lián)性具有重要的理論指導(dǎo)意義。因此，直接將地質(zhì)剖面沉積物中稀土元素分布特征應(yīng)用于古海洋水體中的各種地球化學(xué)比值參數(shù)的討論需要謹(jǐn)慎處理。
該成果近期發(fā)表在國(guó)際期刊《Chemical Geology》上，本研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金面上項(xiàng)目（42072145）和中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)A類（XDA14010103）的資助。
論文信息：Zhao, G.（趙冠宇）, Deng, Q.（鄧倩）, Fang, X.（方新焰）, Wang, H.,（王浩哲） Cheng, B.（程斌）, & Liao, Z（廖澤文）. (2023). Towards deciphering the source of rare earth elements in kerogen: Seawater or diagenetic porewater origin? Chemical Geology, 641, 121783. DOI: https://doi.org/https://doi.org/10.1016/j.chemgeo.2023.121783.
