粤北碳酸盐岩化学风化过程中的元素地球化学行为

碳酸盐岩化学风化对于大型水系以及海水的化学组成具有重要的影响。然而,当前对碳酸盐岩化学风化过程中元素的迁移特征及其控制机制的认识尚存一些争议。本文通过报道粤北地区的一个典型碳酸盐岩风化剖面的矿物组成和主元素、微量元素含量的变化特征,试图探讨碳酸盐岩化学风化过程的元素地球化学行为。结果显示,碱土金属Ca、Sr大量迁出剖面,这与碳酸钙的溶解直接相关;而其他碱金属-碱土金属元素则发生了不同程度的富集,可能归因于黏土矿物对这些元素的吸附;过渡金属元素也存在明显的富集现象,可能与Fe、Al的氧化物/氢氧化物对其的吸附有关。平均上地壳(UCC)标准化的稀土元素(REE)图解显示,相对新鲜的母岩,风化产物中的稀土元素发生了显著的富集与分异,同时伴随着Ce的显著负异常(δCe=0.30~0.84)。本剖面上REE的迁移和再分配主要受控于介质p H值的变化:在近中性的条件下,碳酸根离子可以和REE形成稳定的络合物,显著提高了REE迁移能力,并在碱性较强的层位之上富集和再分配。然而,由于重稀土元素(HREE)的原子半径小于轻稀土元素(LREE),造成HREE与碳酸根络合物的稳定性显著大于LREE,最终导致碳酸盐岩风化过程中HREE的富集程度明显超过LREE。     

粤北石土岭铀矿床同位素地球化学研究

石土岭铀矿床位于贵东岩体东南部与寒武纪浅变质岩接触带的内带,矿区内NWW向和NNE向基性岩脉十分发育。矿体主要赋存于帽峰岩体中,呈脉状产出,并受近EW向裂隙构造控制。沥青铀矿的U-Pb年龄(135Ma)与帽峰岩体的年龄(220Ma)相差明显,但与NWW向辉绿岩脉的年龄(143Ma)十分接近。矿石中黄铁矿的初始87Sr/86Sr值(0.71315~0.72579)介于成矿期间辉绿岩的值(0.70449~0.70632)与帽峰和下庄岩体演化至成矿时期(135Ma)的值(0.75058~0.99507)之间;黄铁矿的铅同位素组成呈线性分布,为基底变质岩铅与帽峰岩体铅及辉绿岩铅之间不同程度的混合。Sr、Pb同位素组成显示出成矿组分具多来源特征;成矿流体的δ18OH2O=2.0‰~8.1‰,δDH2O=-63‰~-51‰,反映出成矿流体主要由幔源流体组成;方解石的δ13C=-8.3‰,表明矿化剂∑CO2也来自地幔。因此,幔源流体在石土岭铀矿床的形成中具有十分重要的意义。     

峡东地区南华纪-寒武纪地层风化过程元素及Sr-Nd同位素演化特征及其地球化学意义

以峡东地区南华纪、震旦纪和寒武纪标准地层泥岩、冰碛泥岩、砂岩、灰岩和白云质灰岩及对应的风化土壤为研究对象, 分析了地层风化成土过程中不同元素的迁移行为, 根据剖面样品的Sr-Nd同位素组成变化, 探讨了其同位素体系的封闭性特征与应用意义.结果表明: (1) 不同岩性基岩在成土过程中的蚀变强度有明显的差异, 在相似地表条件下, 碳酸岩风化剖面的风化程度高于泥质岩和砂岩; (2) 通过对比稳定高场强Ti元素在基岩和风化剖面中的含量变化, 计算出土壤样品在风化过程中体积相对基岩发生的改变量, 进而计算出不同岩性基岩在风化过程中微量元素的绝对含量变化以探讨这些元素的活动规律.结果表明, 灰岩和白云质灰岩的风化剖面元素含量变化明显, 而在泥质岩风化过程中大多数元素保持了相对稳定, 说明沉积岩风化过程中元素的活动性特征明显地受到了原岩矿物组成的制约.风化过程中, 不同性质的元素的活动性差异明显, 其中亲硫元素(Cu、Zn、Pb、Mo) 和大离子亲石元素(Rb、K、Sr、Ba) 在不同岩性的风化剖面中均表现出明显的元素含量变化, 而高场强元素(Zr、Hf、Nb、Ta) 含量则相对稳定; (3) 泥质岩风化形成的土壤层REE含量变化较小, 而碳酸岩风化土壤层REE含量发生了明显下降, 且其风化形成的土壤表现出LREE和HREE相对于MREE的富集.无论是碳酸岩或泥质岩风化形成的土壤, 均出现了明显的Eu负异常和Ce的正异常, 但在其原岩中这些异常并不存在或不明显; (4) 基岩与土壤剖面间Sr同位素组成和Rb/Sr比值存在明显差异, Rb-Sr同位素组成发生了明显的开放.所形成土壤层的Sr同位素组成受到2种因素的约束: 原岩性质和外来组成的Sr同位素比值.因此在总体上, 风化土壤的Sr同位素组成已不能代表基岩的Sr同位素组成; (5) 沉积岩风化过程中, 碳酸岩和泥质岩形成的风化土壤基本保持了原岩的Sm-Nd同位素组成特点, 由其组成所获得的Nd同位素亏损地幔模式年龄等能反映其原岩信息, 而近源沉积形成的砂岩和含砾冰碛泥岩所形成的土壤, 其Nd同位素组成则存在不同程度的改变.      

化学风化过程中的Rb-Sr同位素:假等时线形成机制及其意义

利用RbSr衰变系列对结晶岩进行地质年龄测定是一种广泛应用且十分成功的同位素测年技术[1]。而风化作用往往使岩石和矿物的铷锶含量及同位素比值发生变化,无法再进行RbSr同位素计年。但许多风化岩石的87Sr86Sr与87Rb86Sr之间仍存在类似等时线的线性相关关系,有时甚至形成一条非常理想的“RbSr等时线”[1]。迄今为止,仍少有研究仔细探讨这种“等时线”的具体形成机制,明确其实际意义。本文以江西南部黑云母花岗岩、花岗斑岩和片岩风化壳为例,通过对风化过程中主要矿物、铷锶含量及同位素变化规律的研究,探讨风化条件下RbSr假等时线的具体成因和意义。研究显示     

风化过程Si同位素的动力学分馏参数

<正>硅元素的丰度在地壳中仅次于氧,是所有硅酸盐矿物的主要成分。然而,有关于地球表层系统(即土壤、水体、植物)的硅同位素分布问题还存在许多不解之处。比如,Georg等(2007)和Hughes等(2013)在室温下由瑞利模型推导的黏土和其溶液的硅同位素平衡分馏系数分别为Δ30Siclay-solution=-1.5‰和-2.05‰,这明显违背化学键越强越富集重同位素的常识。理论上,沉淀的矿物由于其相对于溶液中的H4SiO 4具有较短的Si-O键会优先富集重同位素。类似的现象还存在于石英与溶液的分馏过程。绝大多数现场观测表明,     

粤北大沟谷金矿床的同位素地球化学特征

粤北大沟谷金矿床是一咎受推覆构造控制的同构造钠质蚀变岩型型金矿床,Ａｒ－Ａｒ、Ｋ－Ａｒ、Ｒｂ－Ｓｒ及Ｓ、Ｃ、Ｏ同位素地球化学研究表明,大沟谷金矿床或矿作用的时间久在１７３×１０＾－４－１５８×１０＾６ａ;成矿物质除来自围财外,还可能通过财岩交 幔带来;成矿作用总体来中低温环境。     

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;...     

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。     

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。     

粤北仙石铀矿床的铅、碳、硫同位素研究

仙石铀矿床位于粤北贵东复式花岗岩体东部,矿体赋存于NWW向辉绿岩与NEE向硅化带交接部位。矿床中黄铁矿以富集放射成因铀铅为特征,3组比值分别为(^208Pb／^304Pb)．=18．756—23．883,(^207Pb／^304Pb)1=15．676～15．932,(^208Pb／^204Pb),=38．530—38．938,主要位于基底变质岩铅范围内;矿床中方解石δ^18C值为-8．5‰～-3．1‰,相似于地幔值((-5±2)‰);黄铁矿δ^18C值为-10．1‰～-8．3‰,它与花岗岩中黄铁矿δ^18C值(-10．9‰--7．1‰)相似,而与辉绿岩中黄铁矿δ^18C值(-0．03‰～2．1‰)区别明显。上述同位素特征表明仙石铀矿床的成矿物质具多源特征。     

离子交换树脂在地质样品Sr-Nd同位素测定中的应用

Rb-Sr和Sm-Nd同位素测年及同位素示踪方法在同位素地质年代学和同位素地球化学中有非常广泛的应用。目前,Rb-Sr和Sm-Nd同位素质谱测试方法通常需要对Rb、Sr和Sm、Nd进行分离纯化,因此,如何对地质样品中的Rb、Sr、Sm和Nd进行分离富集对测试结果准确与否起到至关重要的作用。离子交换分离法是SrNd同位素化学前处理阶段应用最广泛的分离方法,本文结合笔者近几年的研究工作,系统介绍离子交换树脂在Sr-Nd同位素测试中应用的发展过程和现状,重点介绍几类使用率较高的离子交换树脂(Dowex50W树脂、AG50W树脂、锶特效树脂、LN树脂、P507树脂等)的优缺点,以及各自的萃取反应机理,探索和讨论未来离子交换树脂在Sr-Nd同位素测试中应用的发展趋势。     

流域风化过程稳定锶同位素的分馏与示踪

稳定锶同位素(δ~(88/86)Sr)是近年来新兴的一种非传统稳定同位素,应用其示踪大陆风化过程与海洋锶循环已成为学术界一个研究热点。目前稳定锶同位素质谱测试精度可优于0.03‰,自然界不同地质体δ~(88/86)Sr的变化范围为-3.65‰～1.68‰。研究发现,流域风化过程中原生矿物的差异性溶解、次生矿物的形成与吸附作用、碳酸钙沉淀以及生物作用都会使得流体相δ~(88/86)Sr升高,而固体相δ~(88/86)Sr降低,从而导致稳定锶同位素在河流溶解态和颗粒态具有不同的地球化学行为。河流沉积物δ~(88/86)Sr随着风化强度的增强而降低,具有示踪流域化学风化强度的潜力。同时,当前亟需深入研究表生风化过程中稳定锶同位素的分馏机制及制约因素,这是运用河水δ~(88/86)Sr示踪流域化学风化的关键,也为深入理解全球海洋锶循环提供借鉴。     

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.     

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.     

闽东西朝埃达克质岩地球化学、Sr-Nd同位素特征及其成因讨论

闽东西朝钼矿成矿岩体具高SiO2、富Al2O3、高Sr,低Y、Yb、MgO,高Sr/Y比值和(La/Yb)N比值的地球化学特征,为典型的埃达克质岩的特征.该岩体具有较低的Ni、Cr和V含量,稀土元素配分为典型的轻重稀土强烈分馏右陡倾,微量元素蛛网图上表现出Rb、Ba、Th、U等LILE富集,P、Ti等HFSE强烈亏损、...     

壳幔作用过程对火山岩型铀成矿制约的Sr-Nd同位素证据

通常观点认为,火山岩型铀矿为低温热液、浅成再造成因,成矿作用主要与壳内热液作用相关;铀源主要来自"蚀变围岩中的活化铀"。上述观点难以解释以下地质事实:火山岩型铀矿与赋矿围岩之间存在较大矿岩时差,成矿时代接近或滞后于火山构造单元内的基性脉岩年龄;蚀变场较正常未蚀变岩石通常具有更高的铀含量;铀矿     

江西会昌岽背玄武岩地球化学和Sr-Nd同位素特征及其地质意义

江西会昌岽背地区晚中生代玄武岩的SiO2含量为49.06%～50.14%,K2O含量为1.26%～1.63%.其微量元素显示出大离子亲石元素富集,高场强元素亏损,尤以明显的Nb、Ta亏损为特征;REE总量为(135.5～146.8)×10-6,(La/Yb)N≈10,表现出LREE富集的稀土元素配分模式,且无明显的Eu异常;Sr-Nd同位素具有高(87Sr/86Sr)i(0.70678～0.70695)和低εNd(t)(-2.46～-2.18)的特征.据以上特征并结合区域地质背景,反映出岽背玄武岩的源区可能为EMⅡ型富集型大陆岩石圈地幔,其形成的构造环境为活动大陆边缘.较低的Nb/U比值(7～8)暗示该玄武质岩浆在形成过程中遭受了一定程度的大陆地壳混染或与俯冲过程有关的物质的加入.岽背玄武岩具有陆缘弧型地球化学特征,指示会昌地区在晚白垩世晚期(约85 Ma)处于活动大陆边缘的构造环境,该玄武岩的形成可能与燕山晚期古太平洋板块向欧亚大陆的俯冲消减作用关系密切.底侵作用可能为会昌地区燕山晚期成矿岩浆的生成提供了流体和热,有利于铜多金属矿的形成.     

干酪根碳同位素在成熟和风化过程中变化规律初探

干酪根是沉积岩中的不溶有机质,是油气形成的重要物质基础。通常认为,干酪根碳同位素是相当稳定的,主要与沉积有机质的化学组成或母质类型有关,受其他因素影响很小［１,２］。因此,长期以来干酪根碳同位素一直被视为有机质类型判识的最可靠指标之一。在油气勘探早期...     

湖泊生物地球化学过程中的锌同位素地球化学研究

近年来,随着多接收器电感耦合等离子体质谱(MC-ICP-MS)技术的引入,使锌同位素的精确测定得以实现,因此锌同位素在地球化学过程中的研究也正在被越来越多的人所关注.