黔中白云巖風(fēng)化剖面的釹、鍶同位素組成及演化.docx

1、1128自旻科芋0及第18卷第10期2008年10月黔中白云巖風(fēng)化剖面的欽、棚同位素組成及演化2008-01-07收稿，2008-04-15收修改稿國(guó)家白然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號(hào)：40473051）和國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（批準(zhǔn)導(dǎo)：2006BC403200資助項(xiàng)黔中白云巖風(fēng)化剖面的欽、棚同位素組成及演化2008-01-07收稿，2008-04-15收修改稿國(guó)家白然科學(xué)基金（批準(zhǔn)號(hào)：40473051）和國(guó)家重點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃（批準(zhǔn)導(dǎo)：2006BC403200資助項(xiàng)*E-mail：hbji季宏兵王世杰之1.首都師范大學(xué)資源環(huán)境與GIS北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室.北京100037,2.中國(guó)科學(xué)院地球化學(xué)研究所，

2、環(huán)境地球化學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)繪室，責(zé)陽(yáng)550002摘要為了限定云貴高原巖溶臺(tái)地白云巖上覆的平壩紅色鳳化殼剖面的物質(zhì)來(lái)源，探討可溶性巖化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中同位素的地球化學(xué)演化特征，對(duì)該剖面進(jìn)行了Nd-Sr同位素的綜合分析.結(jié)果顯示，剖面全巖樣品的87Sr/86Sr比率從0.708到0.747涵蓋了非常大的范圍.,43Nd/H4Nd比率在殘積物中較為均一.為0.51210.5124（eNd為一9.611.5）,而147Sm/N4Ndth率變化較大，為0.0840-0.2257,在風(fēng)化前緣中，發(fā)現(xiàn)隨著風(fēng)化程度增強(qiáng)，Sm/Nd比率降低和Sr濃度增加的特征.這種同位素組成的變化，主要是風(fēng)化早期階段水巖相互作用，伴隨

3、著差異性風(fēng)化Rb/Sr和Sm/Nd比值的不同礦物造成.剖面下部樣品中賦存含磷礦物的風(fēng)化是剖面Nd-Sr同位素演化的一個(gè)重要原因.發(fā)現(xiàn)剖面由下至上，出現(xiàn)虧損地幔欽同位素模式年齡逐漸減小的趨勢(shì)，可能是因?yàn)闃悠凤L(fēng)化程度不同造成的.關(guān)健詞欽、翎同位素組成物質(zhì)來(lái)源同位素演化餃同位素在地表作用過(guò)程中一般是不產(chǎn)生分儲(chǔ)的，是理想的物質(zhì)來(lái)源示蹤劑一'.鍥同位素在生物和化學(xué)過(guò)程中也不易發(fā)生分異，并已被證明是非常有用的地表過(guò)程示蹤劑.因此，Nd和Sr同位素成為示蹤化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中物質(zhì)來(lái)源最有效的手段之一.巖石風(fēng)化成土在地表是一重要的物質(zhì)轉(zhuǎn)換過(guò)程，因?yàn)轱L(fēng)化剖面一般要比基巖的滲透性好，容易引起顯著的化學(xué)改變.但是

4、人們對(duì)這個(gè)過(guò)程中Nd,Sr同位素的演變過(guò)程和機(jī)制還不是卜分清楚.早先人們認(rèn)為在風(fēng)化過(guò)程中REE是不活化的，以后Nesbitt等證實(shí)表生化學(xué)風(fēng)化REE是強(qiáng)烈活化和分異的.一些作者通過(guò)占風(fēng)化沉積巖、古風(fēng)化剖面和風(fēng)化的冰碩物剖面研究，提出了在風(fēng)化過(guò)程中Sm/Nd比和Nd同位素組成也能發(fā)生改變r(jià)，0J，D.而風(fēng)化組分中鍥的來(lái)源是一個(gè)岌雜的問(wèn)題，通常在風(fēng)化物質(zhì)與未風(fēng)化物質(zhì)之間由化學(xué)風(fēng)化作用引起的Sr同位素組成不同，可能是由于差異白云巖風(fēng)化剖面貴州性風(fēng)化不同Rb/Sr比值的原生礦物，例如：長(zhǎng)石、輝石、角閃石等造成的3；或者可能受到離子交換過(guò)程的影響t3J2J3.在這方面熱帶、亞熱帶地區(qū)的紅土研究特別有意義

5、，因?yàn)樵谒鼈兊男纬蛇^(guò)程中有非常大的化學(xué)分異發(fā)生.南方亞熱帶的破酸鹽巖臺(tái)地區(qū)，例如云貴高原及湘桂丘陵等，自新生代以來(lái)它們一宜處于陸相環(huán)境，發(fā)育了廣泛分布的夷平面和主要由紅色石灰土組成的紅色巖溶風(fēng)化殼:*，目前對(duì)它們的物源和形成演化缺乏系統(tǒng)研究.本文旨在通過(guò)貴州高原黔中巖溶山地丘陵壟崗之上的一個(gè)白云巖上覆紅色風(fēng)化殼，探討其物質(zhì)來(lái)源，分析可溶性巖石在化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中同位素地球化學(xué)演化過(guò)程.1地質(zhì)背景和實(shí)驗(yàn)方法1.1地質(zhì)背景和取樣貴州省地處世界巖溶發(fā)育類型最齊全、分布面自.或科手迤及第18卷第10期2008年10月自.或科手迤及第18卷第10期2008年10月1129積最大、最反雜的東亞巖溶區(qū)域中心.該

6、中心亞熱帶溫濕巖溶區(qū)的許多低山地區(qū)發(fā)育有黃色酸性風(fēng)化殼和其上發(fā)育的黃壤、紅壤、磚紅壤等，屬于裸露地表持續(xù)發(fā)育的古老風(fēng)化殼血.厚度不一，一般1一3m,最厚處可達(dá)58m,通常是一類富含粘土質(zhì)的土壤.早期的土壤學(xué)家把它們歸為隱域土綱中的黑色石灰土（rendzina）和紅色石灰土（terrarosa）類”.已知貴州高原風(fēng)化剖面潛在的土壤物源包括：（i）下伏碳酸鹽巖不溶物的殘余堆積.（ii）第四紀(jì)沉積物的風(fēng)化殘余，（iii）碳酸鹽巖上覆或附近高處碎屑巖的風(fēng)化殘余，（iv）風(fēng)成沉積物（如中國(guó)黃土）或火山灰的風(fēng)化殘余，或它們的混合來(lái)源”。）.研究區(qū)平壩剖面（26°24'N,1O6°

7、;3O'E）位于貴州中部巖溶山地丘陵壟崗之上，王世杰等測(cè)得剖面形成年代為更新世（,=25.2士2.94）,屬古老風(fēng)化殼之一.基巖為產(chǎn)狀平緩的三登世安順組（】La）,非常純凈的白云巖（總厚度712m）,酸不溶殘留物約大，降水大，降水深度/cm200-鐵質(zhì)殼層124500-原白云巖層碎裂白云巖層700-T16T10T7村T1Y3-2Y3-IY2-2Y2-1300-風(fēng)化層400-650.TTW1淺紅色土層樣作層成珈緣1血風(fēng)化前緣志風(fēng)化基巖取樣位置及編號(hào)圖例圖1平壩白云巖風(fēng)化制面及取樣位置示意圖圖中沒(méi)有列出樣號(hào)的兩樣品之間取樣距離為10cm為1%,殘留物的主要礦物組成為：伊利石（70.8%73

8、.3%）,石英（8.2%9.3%）,斜長(zhǎng)石（3.8%5.4%）,鉀長(zhǎng)石（4.4%4.5%）,黃鐵礦（3.9%）和銳鈦礦（2.7%3.6%）等組合.風(fēng)化剖面也較厚，剖面的主要礦物組合為：粘土礦物+石英+長(zhǎng)石+鐵的礦物+銳鈦礦，粘土礦物為伊利石+高嶺石+三水鋁石+蒙脫石+綠泥石和蛭石的混層礦物，僅在風(fēng)化界面之上的B層樣品T1中（巧克力層）出現(xiàn)了閃石類礦物（XRD譜圖中出現(xiàn)明確的20=10.56,即出現(xiàn)d=8.3705的峰，含鼠約占總礦物的8.8%）.其中最典型的平壩剖面可分出土壤層（A層，頂部為耕作層）；殘積物層（B層），可分出紅土層、鐵質(zhì)殼、弱紅土層、黃土層、巧克力層（土層顏色似巧克力故名）；風(fēng)

9、化基巖層（C層），可細(xì)分出巖粉層、碎裂巖層和原巖層和基巖層（R）（圖1）.詳細(xì)剖面的地質(zhì)、礦物和元素地球化學(xué)特征見(jiàn)文獻(xiàn)21-23.1.2測(cè)試方法自然風(fēng)干后樣品經(jīng)縮分處理，用瑪瑙研缽磨成小于200目的粉末樣品.同時(shí)，白云巖中的“不溶物”樣品通過(guò)白云巖淋溶實(shí)驗(yàn)獲得.微量元素的測(cè)定采用Teflon密閉溶樣器溶樣，等離子質(zhì)譜法(ICP-MS)測(cè)定，測(cè)試過(guò)程均用標(biāo)樣進(jìn)行監(jiān)測(cè)，分析誤差小于10%.Sr,、d分別在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院同位素測(cè)試中心和南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心采用同位素稀釋法測(cè)定.取小于200目的粉末樣品.置于低壓密封溶樣罐中，加分析純HF+HN(A+HC1混合酸溶解.將溶解的樣品分成兩個(gè)部分：一是含量

10、的測(cè)定，將樣品中加入Rb,Sr,Sm,Nd稀釋劑混勻、蒸干轉(zhuǎn)為過(guò)氯酸鹽；用陽(yáng)離子交換柱(20cmXMem,AG50WX8CH'),200400目)分離；收集Rb,Sr解析液和MREE部分，蒸干并轉(zhuǎn)為硝酸鹽，然后用質(zhì)譜分析.二是Nd和Sr同位素的測(cè)定，將樣品蒸干，轉(zhuǎn)為過(guò)氯酸鹽，用陽(yáng)離子交換柱分離(交換柱特征同上)；將REE元素的解析液先蒸干，再經(jīng)HDEHP交換柱分離，收集含、d解析液蒸干；而將含Sr的解析液直接收集并蒸干；送MAT-261固體質(zhì)譜計(jì)分析.Nd和Sr同位素分別用146Nd/*44Nd=0.7219和"Sr/"Sr=8.37521校正.同位素標(biāo)準(zhǔn)樣品重復(fù)分

11、析的結(jié)果，在中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院同位素測(cè)試中心，NBS987(SrC()3)的平均值為87Sr/86Sr=0.71025士0.00002(2。)，J.M.Nd2O3和BCR-1的平均值分別為“3Nd/144Nd=0.511125±0.000008(2(7)和I”Nd/144Nd=0.512643±0.000012(2Q;在南京大學(xué)現(xiàn)代分析中心，NBS987Sr的平均值為的Sr/86Sr=0.710223士0.000008(2a),LaJollaNd的平均值分別為心Nd"、d=0.511862土0.000008(2(7).測(cè)試精度：Rb/Sr和Sm/Nd比值優(yōu)于0.1%,

12、Rb,Sr和Sm,Nd流程空白分別為109IO"10g,5X10_ng.2結(jié)果與討論2.1Nd,Sr同位素組成及物質(zhì)來(lái)源的證據(jù)平壩剖面中全巖樣品的信、鉉同位素組成及可能的土壤來(lái)源列于表1.在表1中從基巖到土壤層中87Sr/86Sr比值從0.708到0.747,變化較大.其中以基巖C層白云巖的鍥同位素值變化小，為0.708到0.709；除風(fēng)化界面之上的樣品T1外，剖面B層樣品的值都相對(duì)較均一，為0.7220.726變化；而樣品T1的87Sr/86Sr值異常富集為0.743,它與原巖(Y1)中“不溶物”樣品YT1的87Sr/86Sr同位素0.747較為接近；且在剖面頂部A層樣品中同位素的

13、87Sr/MSr值為0.7207,比B層樣品略低.上述剖面樣品的87Sr/86Sr比值要比本區(qū)潛在的物質(zhì)來(lái)源之一現(xiàn)代沉積物或黃土明顯要大，例如現(xiàn)今主要河流沉積物的87Sr/86Sr比值約為0.7100.720網(wǎng)，以及中國(guó)黃土的,7Sr/86Sr比值約為0.7140.719.釵同位素的143Nd/144Nd比值，除“不溶物”樣品YT1中的比值為0.5118外，其余變化較為均一，為0.51210.5124.H7Sm/H4Nd比值卻出現(xiàn)顯著的變化，以C層向云巖比值高的釵同位素,為0.237-0.284；剖面B層下部樣品的比值為0.1180.226,上部樣品的比值減小為0.0830.091,其中剖面上

14、部樣品與中國(guó)黃土的*Sm/*Nd在0.0810.103之間，平均值為0.0897,以及中國(guó)南方的土壤在0.038-0.117之間相近25】.另外，用酸提取出的“不溶物"樣品YT1的,47Sm/,4<Nd=0.1108,與不同時(shí)代各種細(xì)粒沉積物(H7Sm/144Nd=0.11826】)和平均大陸地殼組成(,47Sm/U4Nd=0.105S)接近.根據(jù)非可溶性巖的化學(xué)風(fēng)化特點(diǎn)，通常認(rèn)為殘積物和土壤樣品的同位素組成如果與下伏的基巖相同，表明殘積物和土壤樣品完全形成于原位風(fēng)化而沒(méi)有同位素的分異；如果偏離了下伏的基巖的同位素組成，則說(shuō)明殘積物和土壤樣品與基巖存在同位素差異性顯著的礦物相被

15、遷移，或者是異源組分的加At3-4.但考慮到白云巖與其他非可溶性巖的不同特點(diǎn)，即殘積物與基巖的礦物組成相差巨大；同時(shí)白云巖樣品中的主礦物白云石是含有大量Sr,而少含有Nd的特征，一般認(rèn)為碳酸鹽礦物白云石中的Sr和Nd的含量分別約為500X10一6和10X10628,所以伴隨著白云石的溶解的白云巖化學(xué)風(fēng)化作用，容易擴(kuò)大基巖和土壤之間的Nd-Sr同位素差別，從而使巖土間的同位素繼承特征變得相當(dāng)笈雜.已知碳酸鹽巖中的REE主要是由三部分組成：酉】：一是碎屑部分，主要由穩(wěn)定的稀土獨(dú)立礦物組成；二是以離子形式吸附于粘土礦物和鐵鉉的組Hi普資訊hKp:/自.51科手亂及第18卷第10期2008年10月11

16、31表1平壩白云巖割面（巖、土、不溶物）全樣的Rb-Sr和Sm-Nd同位素組成RbSr47Rb/87Sr/Sm/Nd/117Sm/“3Nd/sm/Nde>T"樣品號(hào)2/10*/10-*“SrMSr士2小IO-。10-6,oNd,oNdXZa"也Nd(o>Ga土壤層T4086.0257.664.3200.720657155.23734.800.091030.51212219-)0.1-o.5391.28T3681.6647.674.9600.722417155.49839.620.083950.512081x-10.9-0.5751.25T24110.148.95

17、6.5140.725022105.28836.090.088640.5120939-10.6-0.5511.29T16105.461.564.9590.723188186.43544.350.087770.5121096-10.3-0.5561.26T1099.5652.655.4750.722024138.00853.780.090080.5120517-11.5-0.5541.35T798.7347.296.0450.721828199.95159.480.10120.512)107-10.3-0.4881.41M化層T3104.852.755.7520.72332022185.4496.

18、90.22570.512115810.20.142T2«>312.613730.13770.5121477-9.6-0.3032.00T2'140.765.136.6260.72607315298.214120.12810.5120589一11.3-0.3522.07T10.74227622122762910.11800.5121048-10.4-0.4031.66T1(rpt)123.853.066.7560.74261512123261290.12160.5121288-10.0-0.3851.69Y3-20.7087752717.00643.3540.23730.

19、51241564.40.201基巖層Y3-2(rpt)2.64654.400.14080.7084611316.92143.2480.2367Y2-2*0.913664.750.038100.708466174.0178.5630.28360.51208918-10.70.198Y2-2-(rpt)0.708453150.51207410-110.435Y2-10.918054.900.048420.708051181.7454.1460.25460.5122338-7.90.288Y11.45854.620.077290.708270191.9674.3110.27600.51231916-

20、6.20.379Y1(rpt)1.17753.350.063870.708006181.9444.2800.27470.390酸不溶物YT1200.370.048.2830.747332214.67225.5010.11080.5118417-15.6-0.4391.93潛在的物源長(zhǎng)江河波沉枳物5.89】30.250.11520.51193716h-0.40新近沉積物>10.71-0.727i中國(guó)黃上971970.8-3.00.710.7275.7028.10.12160.51213311j場(chǎng)子臺(tái)地基底沉枳”分23.490.13540.5124038k騰沖火山巖：0.70-0.711平均

21、大陸地殼0.350.71230.1050.51152.2氧化物上的吸附態(tài)部分；三是沉積及成巖過(guò)程形成的（含）稀土碳酸鹽和磷酸鹽礦物.后兩種形式又往往構(gòu)成了碳酸鹽巖中稀土的主要組成部分.Borg等注意到土壤中Sm/Nd比值與構(gòu)成該土壤中的物源Sm/Nd比值之間成比例關(guān)系，但是針對(duì)碳酸鹽巖的風(fēng)化成土過(guò)程，碳酸鹽礦物的溶解和粘土礦物的大量生成，存在著離子的吸附和可溶組分的溶解作用等相關(guān)因素，可以造成稀土元素間的分異，從而改變土壤樣品中的Sm/Nd比值卻沒(méi)有得到很好的注意.目前全球450個(gè)不同年齡沉積巖的統(tǒng)計(jì)結(jié)果表明，其iSm/i"Nd比值變化范圍有限，為0.118±0.17（10

22、）3）；但對(duì)于碳酸鹽巖、磷酸巖或含鐵建造等的化學(xué)或生物沉積巖中U7Sm/U3Nd比值具有相當(dāng)大的變化范圍，為0.090.2425】.從表1知，平壩剖面基巖樣品中的U7Sm/U3Nd比值較高為0.2370.284,反映出基巖白云巖形成于化學(xué)或生物的沉積作用；該剖面B層下部土壤樣品的147Sm/H3Nd比值變化較大，為0.1012-0.1377（除T3為。.2257外），高于全球不同年齡沉積巖的H7Sm/H3Nd比值變化范圍3.這表明稀土元素在表生過(guò)程中可能發(fā)生分異，一方面反映出這些土壤樣品中稀土分布明顯地繼承基巖的稀土特征,另一方面是表生過(guò)程形成的磷灰石可能對(duì)REE的分異有作用W】.再一方面可能

23、受離子的吸附作用，如粘土礦物是該剖面的主要礦物組成】.劉從強(qiáng)等曾測(cè)得我國(guó)北方（如塔克拉瑪干盆地西11321132自.或科孝血及第18卷第10期2008年10月南，北天山，東北和黃土高原中部）不同類型的第四紀(jì)沉積物（0.110-0.140）與平壩剖面B層樣品的147Sm/N3Nd比值相近；但是虧損地幔Nd的模式年齡在北方（Tchur為1.52-1.92Ga,平均為l.7Ga）明顯要比平壩剖面大，同時(shí)平壩剖面模式年齡有明顯的由下至上減小的趨勢(shì)，這個(gè)特征與Viers等擇研究的花巖閃K巖風(fēng)化剖面是一致的.所以.平壩剖面樣品上述特征同均一混合形成的現(xiàn)代沉積物和黃土不同；而剖面上部土壤樣品比下部樣品的H7

24、Sm/H3Nd比值低.與黃土和南方土壤的仗同位素比值接近，反映出剖面上部可溶組分的溶解所造成的稀土分異KJ.平壩風(fēng)化剖面樣品與潛在的現(xiàn)代沉積物和黃土物源的Nd-Sr同位素組成一般存在著較大的差別.其中的Nd同位素分布（eNd（0）為一9.611.5）與潛在的土壤源中現(xiàn)代沉積物和黃土樣品中的&Nd/敏Nd同位素分布較為接近（表1）,也與黃土高原部分地區(qū)的紅粘土是接近的（Sd（0）為一8.8一10.1）35J.針對(duì)Nd同位素組成接近特征，它可能反映出：（i）研究的樣品是來(lái)源于現(xiàn)代沉積物或黃土；（ii）研究的樣品具有與現(xiàn)代沉積物和黃土相似的形成背景特征.已知日云巖中的“不溶物”一部分實(shí)際上是

25、來(lái)源于占老沉積區(qū)，并有廣闊的區(qū)域背景，同時(shí)本剖面的地質(zhì)、元素特征等都顯示樣品并不支持土壤來(lái)源于現(xiàn)代沉積物或黃土K29；另外，貴州碳酸鹽巖地區(qū)研究結(jié)果表明：同-地區(qū)但不同時(shí)代基底上發(fā)育風(fēng)化剖面中土壤樣品的mNd/i'Nd比值是不同的，不同地區(qū)但同時(shí)代基底上發(fā)育風(fēng)化剖面中土壤樣品中安Nd/瑚Nd比值則相同（未發(fā)表資料），本研究更支持后一種解釋.圖2中，平壩剖面的土壤樣品點(diǎn)分布在潛在土壤來(lái)源的中國(guó)黃土和最近的沉積物所限定的范圍附近.同時(shí)，研究的主要樣品點(diǎn)分布在白云巖與白云巖中“不溶物”所構(gòu)成的混合線旁邊，多數(shù)樣品點(diǎn)分布在風(fēng)化趨勢(shì)線之上.而白云巖本身分布在一條鋰同位素變化很小、鉉同位素變化較大

26、近似的直線上.上述平壩剖面樣品點(diǎn)的分布特征，充分證明平壩剖面為原位的風(fēng)化剖面.白云巖與白云巖中“不溶物”所構(gòu)成的混合線，實(shí)際上它也是一條已知的白云巖淋溶線，主要樣品點(diǎn)分布在該線附近，反映樣品點(diǎn)主要是由白云巖的淋溶及其白云巖中“不溶物”的堆積結(jié)果.同時(shí)，剖面樣品與碎裂巖構(gòu)成一條風(fēng)化線，更證明了平壩剖面原位風(fēng)化特征.而白云巖所構(gòu)成近似的直線可能解釋為：樣品中不均一性的存在；（ii）差異性化學(xué)風(fēng)化；（iii）水巖相互作用.從已有研究結(jié)果,白云巖（包括基巖一碎裂巖一巖粉）中“不溶物”的礦物學(xué)及元素特征，沒(méi)有發(fā)現(xiàn)明顯的不均一存在，但還不能排除它所含“不溶物”多少的差異.在上述直線上發(fā)現(xiàn)基巖中的巖粉（樣號(hào)

27、：Y3-2）與碎裂巖（樣號(hào)：Y2-1）樣品均成鏡像對(duì)稱關(guān)系.可能反映出部分由差異性化學(xué)風(fēng)化不同的Sm/Nd比值礦物而造成的釵同位素變化.對(duì)白云巖的基巖與碎裂巖中的最大的差別達(dá)4.5,很可能不完全是受差異性風(fēng)化不同的Sm/Nd比值礦物造成，而可能存在著水巖相互作用的影響.雖然表面水體中有低稀土濃度，在中性的自然水中Nd僅輕微可溶通常條件下水巖相互條件下難以造成Nd同位素的明顯改變，只有在較大的水巖比下才有可能出現(xiàn)Nd同位素的變化口6】.因?yàn)楸狙芯康陌自茙r與大氣降水中的Sr同位素組成相近（如87Sr/86Sr在白云巖中為0.7083；在大氣降水中為0.7092），而Nd同位素組成則不同（3d在白云

28、巖中為-6.2；在大氣降水中約為一12BJ）,故在水巖相互作用時(shí)不可能產(chǎn)生明顯的Sr同位素變化，而在較大的水巖比的情況下則有可能會(huì)產(chǎn)生Nd同位素的減小.總之，二元同位素特征顯示，平壩剖面是原生風(fēng)化剖面.圖2平壩白云巖風(fēng)化剖面中全樣的2（O”Sr/"Sr相關(guān)圖為r對(duì)比目的也絲出了近代沉積物和中國(guó)黃土的范圍.圖中標(biāo)出的三條物理線方向，風(fēng),化線引自文獻(xiàn)38,其余水巖相互作用線、混合線見(jiàn)文中解釋.圖例樣具取口基巖層I取自風(fēng)化層；取層；+取自白云巖中酸“不溶物”自.或科孝述廢第18卷第10期2008年10月11330.10.205110.5120.51220.51240.5126U7Sfn/,

29、MNdu，Nd/,44Nd050.7050.7150.7250.7350.7450"Rb/%”Sr嚴(yán)Sr1002002.2風(fēng)化過(guò)程中NdSr同位素演化特征在-定的差別，僅;43Nd/,uNd比值與中國(guó)黃土有相圖3為釵鋰兩種同位素體系整個(gè)剖面中的變化當(dāng)多的重疊.特征.顯示剖面樣品被鍥同位素組成與中國(guó)黃土存0圖3平壩白云巖風(fēng)化割面中全巖樣品的Rb/MSr,TSr/WSr,147Sm/Nd和Nd/WNd深度剖面其中陰影代表中國(guó)黃土樣品同位素的組成范闈.圖例同圖2由于礦物的溶解度是不同的，差異性風(fēng)化不同的礦物會(huì)導(dǎo)致明顯同位素組成變化，這是NdSr同位素體系的一個(gè)潛在復(fù)雜的因素.從圖3和表1中

30、，發(fā)現(xiàn)基巖層中，白云巖從原巖一碎裂巖至巖粉的過(guò)程中，大致表現(xiàn)為Sm/Nd比率降低和Sr濃度略有升高的過(guò)程.這可能是因?yàn)槠拭嫔喜繚B濾水中富輕稀土和放射性Sr同位素的加入結(jié)果，或者是不同Rb/Sr和Sm/Nd比值的礦物差異性風(fēng)化的結(jié)果.同時(shí)，我們?cè)陲L(fēng)化白云巖的碎裂巖處發(fā)現(xiàn)了Rb相對(duì)于原巖和巖粉具明顯虧損，且該處也注意到了Nd和Sr同位素比值輕微的減小特征，這種現(xiàn)象非常類似于玄武巖球狀風(fēng)化形成的灰環(huán)特征，它的成因歸結(jié)于第一蝕變階段長(zhǎng)石等礦物的早期風(fēng)化過(guò)程詢所以對(duì)平壩剖面上述特征可能主要解釋為差異性風(fēng)化作用.因?yàn)樵陲L(fēng)化環(huán)境Sr是易溶的，且不能在許多次生礦物相中沉積，所以化學(xué)風(fēng)化剖面中會(huì)出現(xiàn)Sr的淋失特

31、征3).風(fēng)化剖面中的Rb,Sr濃度和87Sr/86Sr變化有兩種可能.-是風(fēng)化作用前的同位素組成和/或初始的偲同位素均一性問(wèn)題，二是風(fēng)化過(guò)程中的Rb,Sr活化問(wèn)題.其中構(gòu)成風(fēng)化剖面中的Sr的溶解儲(chǔ)庫(kù)(reservoir)主要三部分是：碳酸鹽礦物，粘土礦物吸附可交換鍥和成巖過(guò)程中形成的磷礦物.對(duì)亞熱帶濕熱地區(qū)的貴州省，其風(fēng)化剖面中不含或少含碳酸鹽礦物，因此，后二者是研究剖面中Sr的主要溶解儲(chǔ)庫(kù).圖3中平壩剖面鋰同位素特征及其指示意義可概括為：(i)白云巖樣品本身與剖面土壤樣品的偲同位素有明顯差別，其成因可能是因?yàn)榘自剖Ц裰泻写罅康膫?，它的溶解?dǎo)致鍥淋失及上覆土壤有明顯差別；(ii)白云巖中“

32、不溶物''與剖面下部樣品鍥同位素有明顯的繼承關(guān)系，顯上覆風(fēng)化層的原位剖面特征；(iii)Rb/Sr和87Sr/86Sr比值均有向上逐漸減小趨勢(shì)，尤其在剖面下部較為明顯，與花崗質(zhì)巖石風(fēng)化剖面中Rb/Sr和87Sr/86Sr升高相反“J,這可能是因?yàn)榇嬖谥罅空惩恋V物吸附可交換錮與花崗質(zhì)巖石風(fēng)化剖面不同.同時(shí)也反映出該部面Sr的主要儲(chǔ)庫(kù)可能是含磷礦物,這個(gè)結(jié)果受到風(fēng)化前緣的化學(xué)淋溶實(shí)驗(yàn)證實(shí)我們知道在化學(xué)風(fēng)化過(guò)程中Nd同位素將不會(huì)發(fā)生顯著的分異.例如Nd的濃度在大氣降水中約為10一“至量級(jí)心，地下水中約為10"至10*量級(jí)"I,含髭都很低，在可溶相中是可以被溶解的

33、.風(fēng)化過(guò)程中Nd（或REE）的溶解卻是滯后的，這是因?yàn)樗怀霈F(xiàn)在可溶相中，或者它雖從可溶相釋放.但很快會(huì)與另一礦物相沉淀而變得難溶.圖3中平壩剖面中釵同位素特征及其指示意義可概括為：（D白云巖樣品本身與剖面土壤樣品的鍬同位素有明顯繼承特征，因?yàn)榘自剖胁⒉缓蛏俸酗溤亍?，白云巖樣品中的釵同位素實(shí)際上主要決定于白云石中“不溶物"的含量和特征；（ii）剖面土壤樣品中Sm/Nd比值在風(fēng)化前緣急速減小，同時(shí)剖面向上有逐漸減小的趨勢(shì)，因?yàn)轱L(fēng)化前緣急速改變Sm/Nd比值，主要是風(fēng)化前緣樣品中賦存含磷礦物的風(fēng)化"】，剖面向上Sm/Nd比值減小，是因?yàn)轱L(fēng)化剖面中非均勻遷移稀土元素,如上

34、部輕稀土元素優(yōu)先向剖面下部遷移富集的過(guò)程；（iii）剖面土壤樣品中U3Nd/,uNdIt值與部分中國(guó)黃土中的U3Nd/,uNd比值近似，且由下至上變化小，是可能因?yàn)槠拭鏄悠返奈镌磁c某些黃土都有廣泛的來(lái)源.3結(jié)論綜合研究了風(fēng)化剖面中、d-Sr同位素特征，展示了發(fā)展在云貴高原三疊系巖溶臺(tái)地隆崗之上的紅色風(fēng)化殼土壤物質(zhì)來(lái)源和剖面的同位素演化過(guò)程，并獲如下幾點(diǎn)認(rèn)識(shí)：（1）平壩風(fēng)化剖面樣品的主要物質(zhì)來(lái)源是下伏三會(huì)系的白云巖，而它與區(qū)域上的潛在物源組分之間存在著明顯的差別.（2）白云巖中的“不溶物”具有高r/"Sr比值，而釵同位素與大陸平均地殼和不同年齡沉積巖的鉉同位素相近，反映其形成是來(lái)源于古

35、老沉積區(qū)，并有廣闊的區(qū)域背景.（3）平壩剖面中Nd-Sr同位素演化中，從基巖至巖粉是一種水巖相互作用過(guò)程，其中差異性風(fēng)化不同同位素組成的礦物起重要作用；剖面下部土壤樣品中賦存含磷礦物的風(fēng)化是剖面同位素演化的一個(gè)重要原因.參考文獻(xiàn)1JahnB,GalletS.HanJ.GeochemistryoftheXining,XifengandJixiansections*loessplateauofChina：Eoliandustprovenanceandpaleosolevolutionduringthelast140ka.ChemicalGeology,2001.178；71942饒文波，楊杰東，陳

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