埃及西部沙漠杜威组磷灰石矿床的矿物与地球化学变异性：对古环境与理化条件的启示

为何沙漠中的岩石与日常生活息息相关

从摩洛哥延伸到中东的一条宽广带区，隐藏在沙漠和沿海平原下的富磷岩层默默支撑着现代生活。这些岩石是世界上大多数化肥的原料，同时含有用于电子与清洁能源技术的贵重金属。本研究聚焦埃及西部沙漠阿布塔图尔的磷灰石层，旨在弄清它们如何形成、成分为何，以及作为战略元素潜在资源的前景如何。

一块蕴藏故事的荒漠高原

研究者考察了杜威组内的磷灰石层，杜威组为晚白垩世的岩层套，记录了古海侵入今埃及地区的过程。在阿布塔图尔，杜威组分为三个层段：下部磷灰石层、中部页岩层和上部磷灰石层。团队沿三公里的剖面采集了十七个样品，并对其中十一件进行了详细分析。通过显微镜、X射线技术和质谱，他们辨认出矿物组成及其所含的微量金属。这使他们能将手标本与薄片中观察到的细节，联系到该盆地更宏观的历史。

颗粒揭示的古海细节

在显微镜下，磷灰石主要由磷灰石矿物构成，伴有鱼骨和鲨鱼牙齿，均指向曾经繁盛的海洋生态。许多颗粒呈角状且仅稍有圆磨，表明在埋藏前搬运距离不长。在这些颗粒之间，白云石、方解石、石膏和氧化铁的胶结物填塞空隙，记录了水化学和蒸发的变化。化学测定显示这些岩石富含氧化钙和磷，并含有明显来自砂和黏土的物质，如二氧化硅和氧化铝。这种混合表明，沉积物并非纯粹由海水化学沉淀形成，而是磷质物料与自陆地冲入的碎屑混合的产物。

来自“看不见元素”的线索

最具指示意义的证据来自微量元素和稀土元素——一类对环境条件非常敏感的金属。阿布塔图尔磷灰石的稀土元素加钇总量异常之高，平均约为969百万分之一，远高于许多类似矿床。其配分显示中稀土的比例高于轻稀土与重稀土，铈呈轻微亏损而铕有小幅富集。在开放且富氧的海水中，稀土通常呈现强烈的铈亏损。此处的异常模式，加上较低的钇/钬比和适中的铀/铀系（铀/钍）比值，指向来自陆源颗粒的强烈贡献以及原始沉积沉降后发生的化学改写作用。

再工作层与变动的海侵

通过结合矿物结构、主量元素与稀土特征，作者认为这些磷灰石并非单纯由海水原位沉淀而成。相反，在坎潘—马斯特里赫特期（约8000万至6600万年前）海平面起伏过程中，近岸的早期磷酸盐沉积被扰动并再沉积。随着海平面涨落，旧的磷质层被侵蚀，其颗粒与黏砂混合，随后在新的床层中再次富集。像钒、镍、铬等氧化还原敏感元素的化学特征以及特定的稀土比值，表明新床在缺氧与富氧底水交错的盐度海洋环境中沉积，较慢的沉积速率使稀土在磷灰石中得以富集。

从古海底到现代资源

除了重建古环境外，这项研究还凸显了阿布塔图尔磷灰石的经济潜力。大多数样品符合高品位磷矿的标准，可用于化肥生产，且异常富集稀土，特别是镧和钕等轻稀土以及钇。这些元素有望作为现有磷酸法工厂的副产物回收，将化肥原料转化为营养和高科技金属的双重来源。简言之，作者得出结论：在动荡白垩海期间沉积在沙漠下的岩石，现在不仅为埃及提供了可靠的化肥资源，也为其在全球稀土供应中占有一席之地提供了宝贵机会。

引用: Saleh, G.M., Azer, M.K., Saadawi, D.A. et al. Mineral and geochemical variability of the phosphorite deposits in the Duwi Formation, Western Desert, Egypt: Insights into paleoenvironment and physicochemical conditions. Sci Rep 16, 13910 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-46266-7

关键词: 磷灰石, 稀土元素, 阿布塔图尔, 杜威组, 古环境