热带海南岛地表和地下化学风化：对全球碳循环及海水Sr 同位素演化研究的启示

热带地区火山岛/岛弧的化学风化对全球碳循环和海水的Sr同位素演化均有着重要的作用。文章对中国热带海南岛的玄武岩、花岗岩小流域和大河流域进行了河水、地下水、雨水以及基岩和沉积物的综合研究,分析了水样和固体样品的元素含量和Sr同位素比值。结果显示,河床沉积物的化学蚀变指数（CIA）与⁸⁷Sr/⁸⁶Sr之间存在着一定的变化关系,而这主要归因于沉积物的阶段性差异风化：风化早期阶段以黑云母占主导,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr较高。此后斜长石开始风化,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr逐渐下降。在风化程度中等阶段,斜长石大量分解后,各种富钾矿物风化加剧,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值升至最高点。在高风化程度阶段,随着富钾矿物逐渐减少,稳定的风化残余物质占据主导,⁸⁷Sr/⁸⁶Sr值逐渐下降。与年轻的活火山岛——加勒比海小安的列斯群岛和印度洋的留尼汪岛相比（其地下化学风化速率2~5倍于地表风化速率）,由于相对较低的降水量和老死火山低的孔隙度,海南岛地下水的流量和固溶物总量（TDS）要低的多,导致海南岛的地下化学风化速率低于地表风化速率,仅与高纬的俄罗斯堪察加活火山岛相近,为小安的列斯群岛和留尼汪岛的约6%~25%,属于全球地下风化贡献最低的区域之一。海南岛玄武岩区的地表化学风化和CO2消耗速率高于法国中央高原和西伯利亚,略低于夏威夷和德干,而显著小于东南亚的爪哇岛和 吕宋岛。在温度相近的条件下,径流量对化学风化速率有着非常明显的控制作用。由于较低的年径流量,热带区域的海南岛,其对大气CO₂的消耗能力只是处于一个全球平均的范围内。     

安徽的地壳演化:Sr,Nd同位素证据

在地壳(幔)演化和板块构遣的框架内，评述了有关安徽南部(扬子地块东部，包括大别遣山带和江南遣山带)的同位素地质年代学和Nd，Sr同位素地球化学示踪研究的成果。该地区出露地表的中元古界溪口群浅变质岩代表皖南的基底，沿江地区和大别山区的基底包舍太古宇或／和古元古界古老岩石。此格局还影响到从震旦纪到古生代沉积岩的物源区，江南深断裂以北的沉积岩中有古老岩石的贡献，而以南的物源主要来自出露的中元古界岩石。扬子陆块南北缘(大别和江南遣山带)的晋宁期演化可能与罗迪尼亚超大陆演化有密切关系，但有关研究开展很少。三叠纪大陆深俯冲和超高压变质作用研究已成为国际地球科学的热点。晚中生代(120-140Ma)本区发生强烈的岩浆活动，并伴有重要矿床的形成。中酸性岩的形成是一种壳幔物质混合的过程。沿江地区陆下地幔具有富集特征，为扬子型岩石圈地幔与软流圈地幔混合的产物。从晚中生代到第四纪，基性岩指示其源区的地球化学性质有随时间变得越来越亏损的趋势。     

地壳风化速率研究综述

地壳风化速率研究的理论基础是质量守恒原理和溶液与矿物反应动力学法则。元素在风化过程中的行为受多种因素控制，主要包括基岩风化量、大气沉降量、径流量、生物的输出数量和人为输入量（如施肥）。硅酸盐矿物化学风化过程中，矿物与溶液之间总的化学反应速率是单个反应速率之和，其中涉及到 3个关键参数，即：酸中和能力（ANC）、基本阳离子/无机铝（BC/Al无机）比值和临界负荷（CL）。风化速率的研究主要采用四种方法，即PROFILE模型、基本阳离子损耗、元素输入-输出指数和Sr同位素比值等。PROFILE模型是一个稳定态的综合土壤化学模型，矿物的分解速率、矿物的暴露表面积、土壤水饱和度和土壤层厚度决定着该矿物的风化速率，总的风化速率为各种矿物的风化速率之和。元素损耗，主要是基本阳离子（Ca、Na、K和Mg）的损耗，假设Ti、 Zr和Nb在成土过程中含量稳定并不参与风化反应，那么对于给定的土壤层，化学风化损耗的基本阳离子可以通过比较土层与成土母质之间元素组成的差异来计算。输入-输出指数的假设前提是研究的流域处于稳定状态，一般认为输入指数是大气沉降，输出指数是河流搬运溶解部分、悬浮的非岩屑成因部分和生物营养净吸收部分。Sr同位素在生物和化学作用过程中并不分馏，不同生态系统阳离子场中Sr同位素组成是大气和矿物风化来源的Sr的混合物。     

锂同位素与大陆风化

气候变化与大气二氧化碳浓度息息相关.大陆岩石圈风化是影响大气二氧化碳浓度的重要过程.通过还原陆壳古风化信息,我们可以有效地了解地球气候条件的演化历史.传统方法上,前人曾使用锶同位素示踪大陆风化,但其解释尚有不足.例如,海水锶同位素比值会受到海洋热液的影响,而河流锶同位素比值则易受风化岩石类型的影响.此外,只有硅酸盐风化被认为在长时间尺度控制着大气碳汇,但锶的碳酸盐风化却与硅酸盐风化很难分辨.因此,我们需要一种更理想的同位素体系作为示踪大陆风化历史的介质.锂,作为微量元素,主要集中在岩石圈的硅酸盐矿物中,在碳酸盐岩含量较少.所以,硅酸盐风化可以使用锂同位素予以记录.同时,锂同位素受生物分馏效应影响较小,可以在海相碳酸盐岩中保存良好.这些优势为海相碳酸盐岩的锂同位素信号示踪大陆风化历史提供了有力支撑,但我们仍需对风化、迁移和结晶等过程的锂同位素地球化学行为有清晰的认识.为此,本文回顾不同储库的锂同位素组成以及各物相间锂元素配分和同位素分馏特征,总结了近年来锂同位素在重建大陆风化历史方面的进展,并详述了有待解决的关键问题.     

大陆硅酸盐岩石风化过程中镁同位素地球化学研究进展

Mg同位素体系被证明在示踪硅酸盐矿物风化方面颇具优势.通过总结近年来大陆硅酸盐风化过程中Mg同位素地球化学的研究,归纳出以下认识:①化学风化方面,原生矿物溶解使得液相的Mg同位素组成变轻,而固相残留的Mg同位素组成变重;次生矿物中含有两种形态的Mg(交换态Mg和结构态Mg),二者δ26Mg不同,次生矿物形成过程中Mg同位素分馏方向与矿物种类、结构和形成机制等因素有关;黏土矿物吸附和解吸Mg2+引起Mg同位素分馏,但方向尚不确定;土壤可交换复合物倾向于优先吸附和解吸26Mg.②物理风化方面,水流、风等造成的矿物分选会引起风化产物Mg同位素组成发生变化.③植物—土壤体系Mg同位素的分馏很小.目前,大陆硅酸盐风化中一些重要过程的Mg同位素地球化学行为还存在争议,亟待通过室内试验、模拟计算,以及与其他同位素联用等途径完善理论基础,推动Mg同位素在示踪大陆风化中的广泛应用.     

贵州晴隆锑矿床中萤石的Sr同位素地球化学

对黔西南晴隆锑矿床中的萤石进行了Sr同位素分析，得到其Sr同位素比值为0．70766-0．70932。这个比值明显高于赋矿的二叠系茅口组灰岩(0．70672—0．70821)和蛾眉山玄武岩(0．70441—0．70638)，表明成矿流体相对富集放射成因^87Sr。由于该矿成矿流体的Sr同位素比值明显高于蛾眉山玄武岩，因此将其成矿作用仅仅简单归结于与玄武岩火山活动有关的岩浆热液是不妥的。同时，成矿流体Sr同位素比值也高于二叠纪灰岩的Sr同位素比值，指示成矿流体不可能为单纯的二叠纪海水，而应该有更为富集放射成因Sr的岩石的贡献，可能是这些二叠系岩石下伏的地壳基底。先前对矿床稀土元素地球化学研究得到，成矿物质有外部地壳岩石参与；氢氧同位素地球化学研究发现，成矿流体为大气降水演化产物而不是海水;成矿物质(F和Sb)具有赋矿围岩以外的来源。结合萤石的Sr同位素分析，可以认为晴隆锑矿不是简单的“海相火山喷流沉积成因”或“原地改造产物”，成矿流体和成矿物质均具有外部来源参与而不单单是来自赋矿围岩，可能与下伏基底岩石有关。     

新生代气候变化与陆地硅酸盐岩风化和海洋Sr同位素研究

新生代全球气候自始新世55Ma以来在逐渐变冷。陆地硅酸盐岩在造山带和高原地区通过加速化学风化，消耗了大气中的CO2温室气体造成了新生代气候变冷。目前关于陆地硅酸盐岩风化与海洋Sr同位素关系的研究，主要存在两种观点：一种认为海水Sr同位素变化可作为全球地表化学风化的替代性标志；另一种观点认为全球并不存在平均地表风化这种说法，海水Sr同位素在地质历史中的演化是主要与某种地质构造事件或岩石类型的风化有关。我国应当不失时机地加快对源于喜玛拉雅山地的恒河－布拉马普特拉河进行研究，以进一步揭示陆地硅酸盐岩风化与海洋Sr同位素变化的关系。     

塔中地区寒武系-奥陶系碳酸盐岩Sr元素和Sr同位素特征

使用VG354固体同位素质谱仪对中1、中4井的25个碳酸盐岩样品做了Sr同位素测试, 并利用电感耦合等离子质谱仪(ICP-MS) 对塔中地区4口井共109个碳酸盐岩样品测试了Sr、Mn元素的含量.通过对Sr、Mn元素含量分析, 及中1、中4井碳酸盐岩的Sr同位素组成分析, 对比全球奥陶系海相碳酸盐的Sr同位素分析结果及演化趋势, 得出了如下认识: (1) 塔中地区奥陶纪87Sr/86Sr比值与全球海水Sr同位素演化趋势基本一致, 具有随时间下降的总体趋势, 这与广阔陆表海和有关的沉积物对放射性成因锶的封存作用有关, 说明海平面变化和白云岩化作用仍然是该区海相碳酸盐岩锶同位素组成与演化的主要控制因素; (2) 塔中地区早奥陶世的87Sr/86Sr比值与全球海水Sr同位素比值相当, 说明该区早奥陶世碳酸盐岩成岩环境为正常海水, 且早奥陶世87Sr/86Sr比值有单调降低的规律, 说明与海平面变化有关; (3) 塔中地区晚奥陶世87Sr/86Sr比值比全球海水高, 其原因是白云岩化作用和晚奥陶世盆地抬升近地表水带来高87Sr/86Sr比值, 且晚奥陶世87Sr/86Sr比值为整体升高的趋势; (4) 塔中地区奥陶纪碳酸盐岩中Mn元素含量变化不大, 反映了塔中地区奥陶纪成岩环境主要为浅水相, 但也有深水相, 白云岩化对其影响不大; (5) 塔中地区奥陶纪碳酸盐岩中Sr元素含量变化较大, 反映该时期该区碳酸盐岩成岩流体主要为海水, 但也有混合水, 白云岩主要为Ⅲ类白云岩和Ⅰ类白云岩.      

大兴安岭地区花岗岩风化过程中锂同位素地球化学行为

锂(Li)同位素具有示踪大陆风化的潜力,但风化体系中Li同位素组成(δ⁷Li)对风化强度的指示关系仍不明确。本文以大兴安岭地区花岗岩风化剖面为研究对象,采集了剖面不同风化层位的样品,测定了原岩及其风化产物样品的元素含量和δ⁷Li值。结果表明,风化剖面上部的δ⁷Li值为-0.08‰～+1.8‰,中下部的δ⁷Li值为-2.6‰～+0.25‰并低于原岩的值(+0.75‰)。δ⁷Li值在剖面上部的变化主要是黄土输入及其再风化的结果,而中部主要是受次生矿物溶解和再沉淀过程的影响,下部主要是受控于次生矿物形成过程。岩石风化产物的Li同位素组成可以作为风化强度的替代指标,但次生矿物溶解和再沉淀过程可能会影响风化剖面的δ⁷Li值对风化强度的指示关系。     

地质样品Sr同位素比值测定计量比对结果评价

Sr同位素比值（87Sr/86Sr）测试技术作为一项成熟方法和常规示踪技术手段被广泛应用于地球科学、环境科学、考古学等研究中,但该测试技术至今并未开展相应的计量比对工作。为评价各实验室Sr同位素比值检测水平和能力,本文组织开展了地质样品Sr同位素比值测定专项计量比对活动。通过对参加实验室检测结果进行统计分析,评价各实验室的检测能力。结果表明：参比实验室检测结果的满意率为85.7%,仅一个实验室的检测结果为不满意,参比实验室整体检测能力和技术水平良好,但仍然需要重视高Rb/Sr比值样品分离有效性的问题。     

华南花岗岩风化壳中稀土元素地球化学及矿石性质研究

华南稀土花岗岩风化壳主要可分为腐值层、全风化层和半风化层。在岩石的风化淋滤过程中，稀土以水合或羟基水合离子吸附在全风化层中的主要矿物埃洛石和高岭石等粘土矿物上。这些层状粘土矿物具有取代结构和断面余键两个吸附活性中心。量子化学计算表明两个吸附活性中心对不同稀土的吸附能力为：Ｌａ＾３＋〉Ｃｅ＾３＋〉Ｐｒ＾３＋〉Ｎｄ＾３＋〉Ｓｍ＾３＋〉Ｅｕ＾３＋〉Ｇｄ＾３＋〉Ｔｂ＾３＋〉Ｄｙ＾３＋〉Ｈｏ＾３＋〉Ｙ＾３＋     

吉林东部花岗岩风化的地球化学

描述了吉林东部花岗岩风化壳的特征。研究了花岗岩风化过程中主要造岩矿物的变化特点;建立了主要造岩矿物的风化序列。研究了主量元素、微量元素及稀土元素的地球化学行为;探讨了影响风化过程中元素行为的主要因素。计算了风化速率。     

锶元素地球化学在水文地质研究中的应用进展

国外学者已广泛应用Sr^2 ，c(Sr)／c(Ca)或c(Ca)／c(Sr)，n(^87Sr)／n^(86Sr)作为示踪元素研究地表河水的来源组成、监测地下水的污染程度、确定含水层的越流补给量和恢复洞穴沉积环境等。国内90年代以后开始应用锶和锶同位素研究河流的补给来源，探讨泉群流动系统和应用c(Sr)／c(Ca)、c(Sr)／c(Mg)研究岩溶水系统，并取得了较好的效果；介绍了目前正在开展的应用c(Sr)／c(Ca)、c(Sr)／c(Mg)、n(^87Sr)／n(^86Sr)研究西南岩溶山区地下河水组成的思路和方法。展望了锶元素地球化学在水文地质调查和地下水资源评价中的应用前景。     

关于风化壳建造、古风化壳建造及其形成机理问题

现代风化作用形成风化壳物质,经过迁移就位以后形成风化壳建造;第四纪以前的古风化作用则形成古风化壳物质,经过迁移就位以后形成古风化壳建造。它们既不同于海相沉积,也不同于陆相沉积,与板块构造也无关系。但是它们有相同的风化作用形成机理;有大同小异的风化矿物、结构构造,以及颗粒大小不一,排列杂乱的产出特征,也有相同的迁移就位特征。是一个独特的建造,值得讨论。     

岩溶水锶元素水文地球化学特征

通过对桂林地区地下河系统不同类型岩溶水水样Sr2+含量和87Sr/86Sr值分析,得到如下结论:(1)桂林地区岩溶水中Sr2+含量普遍较低,流经不同岩层的地下水Sr2+含量不同,岩溶水中Sr2+含量随着Ca2+含量的增大而增大,随着Mg2+含量的增大而减小;地下河水中的Sr2+含量始终介于表层岩溶带水、饱水带裂隙水、地表坡面流和外源水(如果存在外源水补给)的最大、最小值之间.(2)流经不同岩层地下水的87Sr/86Sr值不同,流经砂岩层地下水87Sr/86Sr值较高,其次为流经白云岩层和灰岩层的地下水;地下河水87Sr/86Sr值也是介于表层岩溶带水、饱水带裂隙水、地表坡面流和外源水(如果有外源水补给)的最大、最小值之间.因此Sr2+和87Sr/86Sr能反映岩溶水形成的信息,是较理想的天然示踪剂,在岩溶水研究中具有很广阔的应用前景.     

大兴安岭阿龙山地区流纹岩风化的地球化学特征

通过大兴安岭地区两个流纹岩风化剖面的研究发现，大兴安岭地区的岩石风化过程具有特殊性。风化过程分为两个阶段，即以化学风化为主导的基质风化阶段和以机械风化为主导的斑晶风化阶段，第二阶段显示出与正常风化剖面相反的风化趋势。低温和长冬使第二风化阶段延长，并呈现逆风化趋势。风化过程中Fe和Al始终处于流失状态。上述特征的产生是由原岩的结构及成分、气候因素和生态系统等多种因素作用的结果。     

生态系统营养离子循环及水化学演化的锶同位素示踪

综述了Ｓｒ同位素示踪生态系统离子循环和水化学演化的基本原理、主要内容和最新进展。着重介绍了Ｓｒ同位素在矿物风化速率研究、流域营养离子来源识别及其循环通量计算、地下水体化学成分演化机制的研究中的示踪应用;最后展望了Ｓｒ同位素在生物地球化学过程示踪上的潜在价值。     

南极纳尔逊冰缘沉积物元素地球化学特征及其化学风化作用研究

本文对西南极地区纳尔逊冰盖边缘N1沉积序列化学元素组成特征和风化作用地球化学过程进行了研究。结果表明:N1沉积序列中元素的组成与该地区玄武质火山岩的化学组成具有密切的关系,该序列沉积物是自然环境下风化的产物,因此本文分析样品元素的平均含量可以作为该地区冰缘沉积物的背景值;冰缘沉积物所记录的源区化学风化作用强度显得非常微弱,处于脱Ca、Mg、Na早期风化阶段,碎屑矿物的风化过程多处在蒙脱石阶段;沉积序列中元素的活动强度及其比值变化,反映了局部的风化作用强度不同和气候环境的变化。上述研究结果有助于进一步研究南极冰缘环境的演变。