稀土元素具有重要的战略意义和经济意义。作为稀土来源的磷块岩型稀土矿床具有巨大的开发潜能。磷块岩最早出现于古元古代,在我国华南地区主要沉积于晚震旦世陡山沱期和早寒武世梅树村期。我国早寒武世磷块岩主要分布在贵州织金、遵义、金沙、铜仁以及云南昆阳等地。其中贵州织金磷矿因稀土富集而广受关注,前人在其矿床地质特征、稀土赋存状态、富集特征等方面取得大量研究成果,而稀土富集机制还存在较大争议。贵州织金磷矿产于早寒武世筇竹寺阶底部(肖滩阶中上部),大地构造背景为扬子陆块之黔中隆起西南端。含磷层位为戈仲伍组,底部为灯影组白云岩,顶部为牛蹄塘组黑色页岩,矿物组合主要为磷灰石-白云石,矿物结构多为生物碎屑结构、颗粒结构,矿石构造多为块状、条带状构造,磷酸盐矿物主要为碳氟磷灰石。磷矿中含丰富的小壳生物化石,且与云南昆阳磷矿相似,均有大量遗迹化石的产出。本文在前人研究基础上,根据成磷事件与地球大气氧演化的关系探讨寒武纪磷块岩中稀土元素含量普遍高于伊迪卡拉纪磷矿的原因,从磷块岩沉积、成岩作用过程探讨稀土元素富集机制。在对织金磷矿进行野外和室内详细的沉积学和岩石学研究基础上,通过全岩主微量元素分析、扫描电镜及能谱、LA-ICP-MS对磷块岩样品中不同矿物(磷酸盐、碳酸盐岩)相关主、微量元素进行原位分析、激光拉曼光谱对磷灰石结晶性进行全面分析。根据磷块岩的元素地球化学特征和古地理环境,沉积结构、构造特征,与同时代的昆阳、坝黄磷矿以及不同时代的开阳、瓮安磷矿进行对比研究。结果表明,织金磷矿(40个数据)ΣREE平均值为620.10 ppm,具有铈的负异常(δCe平均值0.35),稀土配分具MREE富集和HREE分异的特征(La _N/Sm _N平均值为0.97、Sm _N/Yb _N平均值为1.73),Th、Zr含量高,且LA-ICP-MS分析的磷酸盐和白云石矿物稀土元素存在差异。反映磷块岩形成于氧化环境,且白云石矿物形成于海水中,磷酸盐矿物形成于孔隙水中,磷酸盐对孔隙水中MREE和HREE选择性摄取,磷块岩中存在大量黏土等陆源碎屑物质。寒武纪时期磷矿(织金、昆阳、坝黄)稀土元素含量(53个数据ΣREE平均值为577.49 ppm)明显高于伊迪卡拉纪时期磷矿(瓮安、开阳)(68个数据ΣREE平均值为127.70 ppm)。同时,寒武纪磷灰石δCe值(δCe平均值0.41)明显小于震旦纪时期(δCe平均值0.78)。这一变化趋势与全球碳酸盐岩Ce异常和其他地球化学证据相似,表明全球早寒武世相比伊迪卡拉纪大气和海水氧浓度要高得多。寒武纪时期磷矿中大量遗迹化石的出现,代表该时期较强的生物扰动,而伊迪卡拉纪无生物扰动或扰动作用极弱,以及磷块岩形成于相对缺氧的水体环境。研究认为,早寒武世成磷期氧化环境和生物扰动,增强了海洋有机质的微生物矿化作用,导致沉积物中磷埋藏量增加而有机质埋藏比降低,使矿化的有机质中稀土元素释放进入孔隙水,进而结合到碳氟磷灰石中,造成寒武纪磷块岩稀土含量远高于之前的伊迪卡拉纪形成的磷块岩。同为早寒武世的昆阳、织金、坝黄磷矿,沉积水体由浅到深,其稀土元素含量也逐渐增加,与现代海水中稀土元素含量随水深变化的趋势一致,反映深部富稀土水体经上翻洋流携带在不同沉积环境中沉积。相比昆阳磷矿,织金磷矿中发现显著的软沉积变形构造、矿物结晶性较差、矿物中含大量碎屑矿物、以及中稀土富集的“帽型”特征更显著,各磷矿Sm/Yb比平均值:织金(1.73)均大于昆阳(1.23)、坝黄(0.69)、以及开阳(0.74)、瓮安(1.10)磷矿。表明织金磷矿稀土特征受后期的成岩作用影响更大。研究认为,较长的成岩作用时间是织金磷矿相比同期昆阳磷矿更富集稀土元素的主要原因。磷灰石晶格中的钙对孔隙水中不同稀土元素的选择性吸附,是造成织金磷矿MREE富集的关键。综合分析认为:织金磷矿稀土富集的主要原因有两点,首先是大量浮游生物对稀土元素的富集,沉积的有机质在海底被降解,释放其稀土元素于孔隙水中;其次是受早期成岩作用时间长,使孔隙水中的磷灰石有充分的时间吸附稀土元素,造成稀土元素富集。