一、项目总体实施情况

项目按计划执行，完成了项目全部预期研究成果，具体如下：

1、理论研究：确定了西太平洋深海稀土赋存状态和主要赋存矿物，揭示了深海富稀土沉积物中稀土元素迁移、富集规律；厘清了西太平洋深海稀土成矿控制因素和成矿时代，阐述了底流活动对西太平洋大面积富稀土沉积成矿作用的控制机制，完善了“底流驱动-吸附富集”深海稀土成矿假说，建立了西太平洋深海稀土成矿模型，显著提高了对深海稀土成矿作用的认识。

2、应用成果：基于项目组在研究区获取的沉积物柱样全岩化学成分、矿物组成等数据，并结合收集的研究区成矿背景资料及已有深海沉积物数据，总结了西太平洋深海稀土分布规律和特征，在西太平洋初步圈划了一个深海稀土“找矿靶区”。

3、学术论著：截止目前，本项目已发表21篇论文（其中16篇SCI），获得计算机软件著作权专利1项，另有1部专著已撰写完成；项目组成员在第21届国际沉积学大会、地球系统科学大会、全国矿床会议、全国成矿理论与找矿方法学术讨论会、稀土学会年会等国内外重要学术会议上做口头报告21次。

4、人才培养：本项目共培养博士后4名（周天成，毕东杰，王樱静，沈芳宇），博士生3名（李佳，胡倩男，孙懿），硕士生3名（孙懿，张兆祺，贺湘锋）。

二、研究结果

1、取得科学认识及其意义

（1）确定了西太平洋深海稀土赋存状态和主要赋存矿物，揭示了深海富稀土沉积物中稀土元素迁移、富集规律。通过对西太平洋深海沉积物进行系统的分级化学淋滤，以及对其中主要单矿物进行精细的地球化学和矿物学研究，确定了深海富稀土沉积物中稀土元素的主要赋存矿物和赋存状态，并探讨了稀土元素在其中的富集过程。研究认为，海水是深海富稀土沉积物中稀土元素的主要来源，磷酸盐相（生物磷灰石）和锰（铁）氧化物相是西太平洋海域深海富稀土沉积物中稀土元素主要赋存相态；仅有少量稀土元素以吸附态存在，稀土元素含量越高的沉积物中磷酸钙组分对稀土元素富集的贡献越大。深海沉积物中稀土元素存在重新分配，稀土元素会由微结核向生物磷灰石转移，且该过程主要发生在海水-沉积物界面附近。

（2）完善了项目提出的“底流驱动-吸附富集”深海稀土成矿假说，建立了西太平洋深海稀土成矿模型。通过多种测年指标综合对比，建立了西太平洋研究区上层沉积物（~3 m）地层年代格架；利用沉积物中自生铁锰氧化物组分Nd同位素组成数据，恢复了研究区底流演化历史，证实了全球性构造活动和古气候变化引起的底流演化是控制西太平洋深海稀土大面积富集成矿的控制因素。研究发现，西太平洋深海富稀土沉积是地球多圈层相互作用的示踪剂，其形成受到板块运动、古气候、底流演化、生物生产力等多种因素的影响。完善了项目提出的“底流驱动-吸附富集”深海稀土成矿假说，建立了西太平洋深海稀土成矿模型，显著提高了对深海稀土成矿作用的认识。

（3）总结了西太平洋及全球深海稀土分布规律和特征，并在西太平洋初步圈划了一个深海稀土“找矿靶区”。在充分总结世界大洋沉积特征和沉积物稀土元素特征的基础上，项目组初步在全球大洋划分出了4个深海稀土成矿带。对比研究发现，深海富稀土沉积与已知任何一种陆地稀土矿床成因都不相同，是一种非常有潜力的新型稀土“矿床”；西太平洋海域具有稀土含量高、分布范围广、分布连续等特点，是全球富稀土沉积发育最好的海区之一。调查研究发现，西太平洋海域深海富稀土沉积主要分布于南鸟岛附近的深海盆地及皮嘉费塔海盆附近的山间盆地中。基于前述深海稀土富集成矿规律，结合调查和收集研究区成矿背景资料，在西太平洋初步圈划了一个深海稀土“找矿靶区”，为深海稀土勘查开发提供了重要的支撑。

2、对解决西太计划关键科学问题的贡献

本项目主要聚焦于西太计划关键问题三“西太平洋板块俯冲与地球深部流固相互作用相关研究”，主要具有以下创新性贡献：

（1）项目研究发现，西太平洋巨厚的沉积物中蕴藏有巨量稀土元素，区内深海富稀土沉积发育广泛、分布连续、稀土含量高。如此巨量的稀土元素随西太平洋板块俯冲进入地球深部，势必会影响地球深部物质循环，从而影响陆地稀土矿床的形成。本研究对于深化认识地球深部物质循环和跨圈层物质交换具有重要意义。

（2）项目研究认为，深海富稀土沉积物中稀土元素主要来源于上覆海水，深海富稀土沉积物中的自生组分（生物磷灰石和铁锰微结核等）在沉积过程中从周围水体中吸收了大量的稀土元素，且该过程主要发生于沉积物—海水界面处；初步证实了强底流活动是西太平洋富稀土沉积形成的主控因素，强底流活动携带的大量氧气提供了深海稀土发育必须的氧化环境，其携带大量营养物质遇海山后形成上升流，通过增强表层生产力也使深海沉积物更加富集生物磷灰石等自生组分，为深海稀土的富集提供了条件。这也深化了对流体（海水、孔隙水等）与沉积物在沉积物—海水界面这一深海流固界面处相互作用的认识；

综上所述，本项目的研究成果不但对于“西太平洋板块俯冲与地球深部流固相互作用”这一关键科学问题具有重要作用，同时对于深化认识西太计划关键问题二“西太平洋流固界面跨圈层物质与能量交换过程”也具有重要科学意义。

3、成果列表

[1]     Bi D, Shi X, Huang M, et al. Geochemical and mineralogical characteristics of deep-sea sediments from the western North Pacific Ocean: Constraints on the enrichment processes of rare earth elements[J]. Ore Geology Reviews, 2021, 138: 104318.（SCI收录；第一标注）

[2]     Zhou T, Shi X, Huang M, et al. Genesis of REY-rich deep-sea sediments in the Tiki Basin, eastern South Pacific Ocean: Evidence from geochemistry, mineralogy and isotope systematics[J]. Ore Geology Reviews, 2021, 138: 104330.（SCI收录；第一标注）

[3]     Wei X, Zhang Y, Shi X F, et al. Concurrent magma mixing and crystallization processes revealed by clinopyroxene macrocrysts from Lamont guyot lavas in NW Pacific[J]. Lithos, 2022, 428: 106833. （SCI收录；第一标注）

[4]     石学法, 毕东杰, 黄牧, 等. 深海稀土分布规律与成矿作用[J]. 地质通报, 2021, 40(2-3): 195-208.（CSCD收录；第一标注）

[5]    Li J, Si J, Luo F, et al. Self-compensating geopolymer utilizing nano-clay and chopped basalt fibers[J]. Construction and Building Materials, 2022, 357: 129302. （SCI收录；第二标注）

[6]     Peng J, Wei C, Li X, et al. Insight into catalyst of tetramethylguanidine decorated palygorskite for CO2 conversion assisted with zinc halides[J]. Applied Clay Science, 2022, 228: 106626. （SCI收录；第二标注）

[7]     Yu J, Zhang P, Zhang Y, et al. The preparation of conjugated microporous polymer composite materials with montmorillonite template and its improvement in photocatalytic degradation for multiple antibiotics[J]. Applied Clay Science, 2023, 231: 106752. （SCI收录；第二标注）

[8]     Shi X, Xu Y, Zhang Y, et al. Stoichiometry-controlled synthesis of pyrite and greigite particles for photo-Fenton degradation catalysis[J]. New Journal of Chemistry, 2022, 46(29): 14205-14213.（SCI收录；第二标注）

[9]     石学法, 符亚洲, 李兵, 等. 我国深海矿产研究: 进展与发现 (2011—2020)[J]. 矿物岩石地球化学通报, 2021.（CSCD收录；第二标注）

[10]  黄牧, 石学法, 毕东杰, 等.深海稀土资源勘查开发研究进展[J]. 中国有色金属学报, 2021, 31(10): 2665-2681.（EI收录；第二标注）

[11]  孙懿, 石学法, 鄢全树, 等. 中印度洋海盆富稀土沉积地球化学特征及富集机制研究[J]. 海洋学报, 2022, 44(11): 42-62. （CSCD收录；第二标注）

[12]  刘洪娜, 李力, 任艺君, 等. 南太平洋富稀土海区海水中的溶解态稀土元素空间分布特征研究[J]. 海洋学报, 2023, 45(1): 1-12. （CSCD收录；第二标注）

[13]  Yu M, Shi X, Huang M, et al. The transfer of rare earth elements during early diagenesis in REY-rich sediments: An example from the Central Indian Ocean Basin[J]. Ore Geology Reviews, 2021, 136: 104269. （SCI收录；第三标注）

[14]  Wei X, Zhang Y, Shi X F, et al. Co-Occurrence of HIMU and EM1 Components in a Single Magellan Seamount: Implications for the Formation of West Pacific Seamount Province[J]. Journal of Petrology, 2022, 63(4): egac022. （SCI收录；第三标注）

[15]  Wei X, Shi X F, Xu Y G, et al. Mid-Cretaceous Wake seamounts in NW Pacific originate from secondary mantle plumes with Arago hotspot composition[J]. Chemical Geology, 2022, 587: 120632. （SCI收录；第三标注）

[16]  Peng J, Guo R, Shi X, et al. Highly efficient and recyclable conversion of CO2 using supported metal-free ionic liquids on ball clay[J]. Applied Clay Science, 2022, 228: 106645. （SCI收录；第三标注）

[17]  Wang J, Zhang Y, Xu Y, et al. Halloysite-Based Nanomotors with Embedded Palladium Nanoparticles for Selective Benzyl Alcohol Oxidation[J]. ACS Applied Nano Materials, 2022, 5(9): 12806-12816. （SCI收录；第三标注）