粤北石灰岩化学风化过程中的Sr-Nd同位素

石灰岩化学风化显著控制着其所在流域盆地的河水Sr同位素组成,进而制约全球Sr循环。然而,石灰岩化学风化过程中Sr同位素组成的变化特征及其控制机制的研究报道依旧很少。本文通过报道粤北地区一个典型石灰岩风化剖面的Sr同位素组成变化特征,试图探讨石灰岩化学风化过程中Sr同位素变化的控制机制。结果显示:该剖面上,~(87)Sr/~(86)Sr比值介于0.70979~0.72216之间;自剖面底部到顶部,~(87)Sr/~(86)Sr比值呈现出逐渐增大的趋势;Nd同位素组成比较均一(εNd(t)=–15.0±0.5)。研究区的潜在源区(如大气降水、地表水),其~(87)Sr/~(86)Sr比值明显低于该剖面上部的最大值,加之,该剖面的风化产物与典型的中国黄土剖面具有截然不同的Sr-Nd同位素组成,暗示了这些潜在源区的输入不大可能造成该剖面上Sr同位素组成发生显著的变化。该剖面上~(87)Sr/~(86)Sr比值与Sr含量之间呈现显著的负相关性(r=–0.95),暗示粤北石灰岩化学风化过程中Sr同位素的演化受控于碳酸盐矿物与硅酸盐矿物在抗风化强度以及Sr同位素组成方面的显著差异:相对硅酸盐矿物,碳酸盐矿物(如方解石)抗风化强度较弱,于是随着风化作用的进行,原岩中具有较低~(87)Sr/~(86)Sr比值的方解石中的Sr大量迁出剖面,而具有较高~(87)Sr/~(86)Sr比值的硅酸盐矿物中的Sr残留在风化产物中,因此,随着风化强度的增加,风化产物中的~(87)Sr/~(86)Sr比值呈现出逐渐增大的趋势。     

碳酸盐岩风化过程中高场强元素的地球化学行为研究——来自碳酸盐岩淋溶实验的证据

选择黔中地区的一条白云岩原位风化剖面（平坝剖面）作为研究对象,通过对岩-土界面之下的岩粉层（砂状碳酸盐岩）动态淋溶过程中高场强元素（HFSE）地球化学行为的研究,并结合其在风化壳剖面的分布特征,获得了以下主要认识:（1）碳酸盐岩风化过程中,HFSE间存在明显的分馏,而且元素分馏主要出现在岩-土界面作用过程中,即碳酸盐岩溶蚀形成残积土阶段;元素的地球化学惰性由强到弱的顺序依次为Zr>Hf>Nb>Sc>Th>Ta>Ti>Y,其中,Zr是最稳定的元素,Hf仅次于Zr,Nb和Sc也相对较为惰性,而Th、Ta、Ti、Y呈现出明显的活性;（2）对于碳酸盐岩风化剖面的质量平衡计算,Zr是理想的参比元素（即惰性元素）;（3）由基岩酸不溶物至风化壳剖面,元素对Nb-Ta、Zr-Hf显示出较好的协变性,没有明显分馏,因此,在利用这类元素对岩溶区风化壳的物源进行示踪时,碳酸盐岩作为潜在母岩,宜采用其酸不溶物作为参比对象;（4）碳酸盐岩风化过程中,虽然Sc也是一个较为稳定的HFSE,但在风化母岩中分布不均匀,不宜用于岩溶区风化壳的物源示踪。      

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。     

滇中富碱斑岩风化成土过程中元素地球化学行为及其主控因素

富碱斑岩带分布较广,目前对其风化过程中的元素地球化学行为研究较少。笔者等以滇中姚安富碱斑岩为例,通过对其化学风化过程的研究,有助于了解富碱斑岩成土过程中元素富集贫化控制因素,丰富碱性岩浆岩风化成土理论。笔者等分析了富碱斑岩风化过程中的矿物风化特征、元素含量分布特征、化学风化趋势、元素迁移富集特征及主控因素,结果表明：富碱斑岩各风化层元素含量与基岩具有继承性,体现了原位风化的特征,符合北亚热带季风气候下云南境内上扬子地块岩石的风化特征;与大陆上地壳组成（UCC）相比,风化成土过程中Ca、Na、K等阳离子强烈淋失亏损,Fe、Al富集;化学风化过程主要发生脱Ca、Na、K、Mg、Si与富Al、Fe作用,风化早期主要为去Ca、去Na过程,风化中、晚期为去K、去Mg、富Al、富Fe过程,并伴随着强烈的脱硅作用;结合迁移系数,常量元素活动性强弱顺序为：Ca>Na>K>Mg>Si>Al>Fe;微量元素地球化学行为一方面主要受地球化学性质相似的常量元素行为控制,另一方面Al、Fe氧化物/氢氧化物和受黏土矿物吸附作用的影响,Sm、Nb、Sc、Th、Ti、U、Y、Cu、Cr、Ni随风化原地残余富集,Ba、Rb、Sr与K、Na、Ca、Mg等常量元素行为一致,随风化而淋失迁出。     

碳酸盐岩风化成土过程中的微生物作用

碳酸盐岩风化作用长期受到广泛关注,有关其成土的物源也一直是颇有争议的问题。基于前人有关碳酸盐岩风化成土作用的研究基础和对有关资料的调研与分析,结合各类研究成果,笔者提出了喀斯特地区岩石微生物的风化成土作用途径:微生物生长对矿物养料的吸收,以及分泌的代谢产物导致碳酸盐岩的破坏分解和一些次生矿物的形成;一些岩石微生物能够通过新陈代谢固定大气中的碳素和氮素,截留由雨水、风尘、大气气溶胶甚至空气流动所带来的土壤颗粒等外来物质。微生物在岩石表面与缝隙中的生长繁殖在碳酸盐岩风化成土这一漫长的地质演化过程中发挥了不可替代的重要作用。     

化学地球动力学中的铂族元素地球化学

对球粒陨石和地幔样品来讲,Ru,Rh,Pd,Os,Ir和Pt等贵金属元素的含量比值在一定程度上是相同的,但是在地幔样品中它们的含量实际上比球粒陨石低大约2个数量级,因此提出了核幔分离之后地球增生过程的“后增薄层”假说。数百公里尺度地幔橄榄岩的PEG分布的不均一性除被认为由于增生阶段的不均一造成外,更可能是由于地幔形成之后的地幔过程、核－幔及壳－幔相互作用造成。部分熔融、岩浆结晶分异（特别是硫化物、金属相析离）、流体（包括岩浆）／岩石相互作用等造成了大型俯冲带、造山带中地幔橄榄岩、蛇绿岩和杂岩体的PGE分异,也是形成铬铁矿,大型贵金属矿床的主要机制。     

辉绿岩风化过程中的元素迁移研究

<正>本文选取福建省马坑铁矿地表露头的一个辉绿岩风化剖面,研究风化过程中的元素迁移特征。剖面约140 cm×30 cm,按风化程度由浅至深分为灰绿色-白色矿物组合、灰绿色-白色-灰黄色矿物组合及白色-灰黄色矿物组合(图1,表1),在分区Ⅱ内有较粗的黑色铁锰质脉(图2)。使用便携式X荧光仪Niton XL3t 950进行原位测量分     

川北韩家店组页岩风化过程的矿物学与元素地球化学研究

风化作为一种重要的地表作用,能造成岩石崩解或分解,并使岩石在结构或成分上不同于基岩。为研究页岩风化过程中矿物转变机制及主微量元素变化规律,以四川北部江油地区韩家店组页岩风化剖面为实例,采用薄片鉴定、全岩X射线衍射、X射线荧光光谱和等离子体质谱等方法,对不同风化层及基岩层的矿物成分及主微量元素进行研究。结果表明,与基岩相比,风化层中方解石和长石等矿物占比降低,石膏和黏土矿物等次生矿物生成;根据元素地球化学质量迁移系数计算得出：与基岩相比,风化层中Mg、Ca、Fe、Mn、Sr和U等元素明显亏损,Pb、Zn、Cu、Rb和Cs等元素富集。风化层中稀土元素含量增加,可能是风化生成的黏土矿物吸附稀土元素导致的。根据化学蚀变指数（CIA=69.51～76.21）判断该剖面属于中等风化程度,A-CN-K图解显示剖面处于脱Ca和Na早期风化阶段。根据垂向剖面上Si/Al、Ca/Al、Mg/Al、Na/Al、K/Al和P/Al等元素比值变化规律及样品中元素Pearson相关分析得出,方解石和磷灰石等矿物发生了不同程度的分解,次生矿物铁锰氧化物和伊利石等生成。因此,风化剖面矿物转变及元素活动耦合性研究对于揭...     

超高压变质过程中的元素地球化学行为——CCSD主孔榴辉岩的矿物化学研究

中国大陆科学钻探主孔位于江苏东海县,苏鲁超高压变质带的南部.该钻孔的0～2050m深度获取了六种不同类型的榴辉岩和少量石榴石辉石岩岩心,它们是典型的基性超高压变质岩,为研究大陆深俯冲过程中的元素地球化学行为提供了非常好的样品.本文对各种超高压变质矿物的微量元素成分进行了系统的原位微区分析,结合全岩化学成分和矿物主量元素成分,深入地研究了超高压变质岩的微量元素赋存特征、分配规律、控制因素,及其对变质条件和流体.岩石相互作用的限定意义.结果表明,超高压榴辉岩中的LREE和Sr主要赋存在磷灰石、帘石和单斜辉石中,HREE赋存在石榴石中,Ba、Rb和Cs等LILE赋存在多硅白云母中,Ti、Nb和Ta等HFSE主要赋存在金红石、钛铁矿中,V、Sc、Co和Ni等元素大多赋存在石榴石和单斜辉石中.研究表明,全岩化学成分和矿物组成、及其含量的变化明显控制着超高压矿物的微量元素含量和分布形式.本研究也获得了如下重要的认识超高压变质矿物之间的微量元素分配达到了化学平衡,并具有与地幔榴辉岩矿物之间类似的分配系数,表明榴辉岩的峰期变质温度很可能达到900℃～1000℃.部分高Ti和高Fe-Ti榴辉岩中的石榴石和绿辉石有明显的稀土元素成分环带,表明超高压变质岩经历了快速折返过程.金红石的Zr含量明显受到全岩成分和退变质作用影响,并不仅仅与形成温度有关,不是可靠的温度计.在超临界流体的作用下,榴辉岩中金红石的Nb、Ta发生了明显的分异,导致其Nb/Ta比值增大,由此推测俯冲到地幔深处的大量榴辉岩是地球内部高Nb/Ta比值的物质源区.在榴辉岩的不同程度退变质阶段,参与变质反应的流体具有不同的来源、成分和流体活动规模.     

碳酸盐岩风化过程中空隙结构的变化

本文以一个灰岩和一个大理岩风化剖面为例,运用压汞实验和扫描电镜观察等方法,研究了风化过程中碳酸盐岩空隙结构的变化。在风化过程中,岩石的有效空隙度￣,平均空隙直径均增加;风化溶蚀孔洞发育的分异作用明显,直径较大的连通性空隙在全部空隙中所占比例随着风化程度提高而明显增大。未风化的岩石仅发育少数直径段的原生孔隙,有效空隙度一般小于１％,累积进汞体积曲线呈台阶状;风化岩石不同直径的空隙均有发育,有效空隙度一般为１～１０％,累积进汞体积曲线多为直线型;强烈风化岩石以连通性大溶孔为主,有效空隙度为１０～２０％,累积进汞体积曲线多为反抛物线型。      

不同气候带花岗岩风化过程中稀土元素的地球化学行为

本研究选择中国东部主要的花岗岩分布区中位于中温带、暖温带和热带的8个花岗岩风化壳作为研究对象,对比研究了不同气候环境下花岗岩风化过程中稀土元素(REE)的分布规律及其演化特征。结果表明,各气候带的花岗岩风化壳的REE分布具有一定的共性规律,风化产物的REE总量相对基岩都有不同程度的富集,且都表现出轻稀土(LREE)相对重稀土(HREE)富集以及一定程度的Eu负异常。由于REE的迁移和淋滤,导致其在风化壳内的再分配。通常REE在半风化层富集,p H值和粘土矿物含量等内因变化是导致这一现象的主要因素。对于少数表层REE富集的现象,如SD-DG、HN-3剖面,气候环境与地质条件等外因则是这一现象的主导因素。受海洋性气候影响显著的风化壳(QHD-1,HN-3),以基岩为标准,容易发生HREE富集的轻、重稀土分异的现象。大部分花岗岩风化壳中,Ce通常在剖面上部出现正异常,而在下部出现与之互补的Ce负异常。     

西藏甲玛铜多金属矿床矽卡岩形成及矿化过程中的元素地球化学行为

西藏甲玛铜多金属矿床是冈底斯成矿带中东段近年来取得重大找矿突破的超大型斑岩-矽卡岩型矿床。矽卡岩型矿体作为该矿床最主要的矿体类型,前人对其在矿体模型、矽卡岩分带、矽卡岩矿物学等方面做了大量的研究工作;但对于不同类型矽卡岩的形成及矿化过程中元素的地球化学行为缺乏系统的研究工作。文章一方面对弱蚀变大理岩、石榴子石为主无矿矽卡岩(石榴子石含量大于80%)、硅灰石为主无矿矽卡岩(硅灰石含量大于80%)、石榴子石为主含矿矽卡岩和硅灰石为主含矿矽卡岩分门别类进行了研究,认为矽卡岩的形成过程综合了大理岩与花岗岩类的成分特征,而矽卡岩的矿化过程是岩浆热液的叠加过程,促进了元素的进一步富集与贫化;另一方面对矽卡岩形成与矿化过程中元素的迁移情况进行了定量讨论,矽卡岩形成过程中主量元素Na2O含量变化不大,CaO含量有少量减少,微量元素中Tl、Ba含量基本保持不变,Sr含量减少约10%,其它组分均为增加,增加量:TiO2P2O5TFeMnOAl2O3K2OSiO2MgO;BeBiThGaUVCuLiAuScCrCoZnNiPb;InWSnTaHfNbMoSbY∑REEZrAsCdCsRb;而矽卡岩矿化过程中,Na2O表现出活动性,Cd与Bi都为增加较多的组分,增加量超过40%,K2O、In增加量也超过20%;相对减少的组分是P2O5、MnO、MgO、∑REE,减少量大于10%。除此之外,TFe、Sn、Rb、Sr、Sb、V表现出少量增加,增加量小于10%;TiO2、Ge、Y、CaO有少量减少,减少量小于5%;Al2O3、Ga、Cr、SiO2在矽卡岩矿化阶段基本保持不变。     

崂山山顶风化坑化学风化过程的岩石化学与矿物学证据

2011年5月对崂山山顶风化坑进行考察和采样,通过对风化坑内碎屑和坑外岩石的粉晶X射线衍射矿物分析、X射线荧光光谱化学全量分析,研究了风化坑内外的矿物风化及各元素迁移特征,对风化坑的成因过程进行探讨.研究结果表明:1)崂山山顶风化坑碎屑的英长比总是大于其周边岩石的英长比,说明风化坑的形成是花岗岩造岩矿物差异风化的结果;...     

地壳风化系统中的Sr同位素地球化学

近20年来,人们利用Rb－Sr同位素体系对地表－近地表地球化学过程、尤其是水圈－岩石圈之间化学物质的循环进行了广泛而深入的研究。大陆地壳风化物质以及地表径流的Sr同位素组成变化揭示了不同流域盆地的地质背景和风化作用的特征。古海洋的Sr同位素组成变化则是地壳和地幔演化以及不同地质历史时期壳－幔相互作用的共同结果。本文对地壳风化系统Sr同位素地球化学研究的全面而详细的综述表明,Rb－Sr同位素体系仍将是研究地壳风化、水圈－岩石圈之间化学物质循环的重要手段,根据古海水及其化学沉积物的Sr同位素记录研究壳－幔演化和地球圈层演化过程中的物质循环特征以及地表古环境变化将是本研究领域的重点。     

粤北大宝山矿酸性排水中铅元素环境地球化学

粤北大宝山铁多金属矿床的开发给环境带来了严重的危害。采选冶产生的酸性排水及固体废弃物堆积的淋滤酸水,携带浸滤出的大量重金属离子流入下游河道,严重影响矿区及酸水流域的生态环境。结果表明,河流水中高Pb含量直接源于尾砂,并受水体pH值的显著影响。河流底泥能够大量聚集水体中的Pb,在水体pH值降低时,相对稳定存在的Pb会被再次从河流底泥中释放出来,形成河流二次污染。土壤中Pb含量受土壤pH值和土壤粒度的影响,食用蔬菜中Pb的高含量由土壤Pb高含量决定,并受土壤pH值的影响,通过改善农业灌溉水质,提高土壤pH值,可以降低蔬菜重金属Pb含量。     

湖北蛇屋山金矿床含金碳酸盐岩风化成矿过程

为阐述含金碳酸盐岩的风化成土过程,以湖北蛇屋山红土型金矿床为例,系统开展了元素地球化学和矿物学研究.研究发现,从风化壳腐泥层→杂色粘土带,碱金属、FeO、MnO、有机碳(Morg)、稀土元素(REE)和高场强元素(HFSE)等元素,以及钾长石、斜长石和黄铁矿等矿物的含量逐渐降低.质量平衡计算表明,风化过程中Si、Fe、...     

流域化学风化过程的碳汇能力

通过对已有工作较为全面的分析,综述了流域化学风化过程对大气CO2的吸收能力。陆地岩石的化学风化过程是联接地球各大碳库的关键环节。在地质时间尺度上陆地岩石的化学风化,尤其是硅酸盐岩的化学风化构成全球生物地球化学循环的重要碳汇,是调节地球气候性质使之相对稳定的关键表生地质过程。河流在陆地向海洋的物质输送中担任着重要角色,并且记录了流域内发生的各种自然过程和人类活动的信息。通过观测河流输送物质的化学组成,运用Gibbs图解法、质量平衡法和同位素示踪技术可以研究流域内各种岩石化学风化对化学径流组成的贡献,并据此计算出流域岩石化学风化的速率及其对大气CO2的消耗通量。影响地表化学风化速率的环境因子存在地域差异,进而导致地质碳汇的空间分布也存在较大差别。北半球湿热季风地区的地质碳汇在全球碳的生物地球化学循环中具有重要意义。我国湿热地区化学风化过程的地质碳汇能力相当于13亿人口人均固定CO2量大约为55kg/a,可抵消我国部分碳排放量。     

遵义附近岩石及其风化成壤过程中元素地球化学特征初探

本文利用一比五万遵义市幅、遵义县幅区域地质调查工作中岩石和土壤测量成果,较系统地论述全区各时代地层岩石元素背景含量、元素共生组合和富集成矿的特征,以及土壤剖面上元素含量变化规律等方面入手,对遵义地层岩石及其风化土壤中元素地球化学特征作一初步探讨,可供该区进行地质找矿、研究环境地球化学、探讨化探工作方法时参考。     

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.