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南华纪—寒武纪地层风化过程元素和-同位素地球化学行为与意义

时间:2022-01-25 励志故事 版权反馈
【摘要】:一、南华纪—寒武纪地层风化过程元素和Sr-Nd同位素地球化学行为与意义张永清等以峡东地区南华纪、震旦纪和寒武纪的标准地层泥岩、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。
南华纪—寒武纪地层风化过程元素和-同位素地球化学行为与意义_地球化学专业实习

一、南华纪—寒武纪地层风化过程元素和Sr-Nd同位素地球化学行为与意义

张永清等(2008)以峡东地区南华纪、震旦纪和寒武纪的标准地层泥岩、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。研究结果表明:

(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,碳酸盐岩风化剖面的风化程度高于泥质岩和砂岩。

(2)通过对比高场强Ti元素在基岩和风化剖面中的含量变化(图5-1),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。结果揭示,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。

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图5-1 峡东地区南华纪震旦纪地层风化剖面多元素的Ti含量标准化图

(张永清等,2008)

(3)泥质岩风化形成的土壤层REE含量变化较小,而碳酸盐岩风化土壤层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。无论是碳酸盐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比值存在明显的差异,Rb-Sr同位素组成发生了明显的开放(表5-1)。所形成土壤层的Sr同位素组成受到原岩性质和外来组成的Sr同位素比值这两种因素的约束,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(图5-2)。

表5-1 峡东地区南华纪—寒武纪风化剖面主量—微量元素和Sr-Nd同位素组成

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续表5-1

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续表5-1

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续表5-1

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备注:1.主量元素为ICP-MS分析结果;2.87 Rb/86Sr和147Sm/144 Nd比值据样品87Sr/86Sr、143 Nd/144 Nd比值及Rb、Sr和Sm、Nd含量计算;3.(87 Sr/86 Sr)0和(143 Nd/144 Nd)0分别为样品的初始同位素比值,其计算公式为87 Sr/86 Sr-87 Rb/86Sr×(e(0.000 014 2t)-1)和143 Nd/144 Nd-147 Sm/144 Nd×(e(0.000 006 54t)-1),南华纪莲沱组地层剖面T取值为750Ma,南沱组地层剖面T取值为700Ma,灯影组地层剖面T取值为630Ma,寒武纪牛蹄塘组地层剖面T取值为543Ma,年龄值的选取参考文献(薛耀松等,2001;章森桂和严惠君,2005);4.亏损地幔现代值取143 Nd/144 Nd=0.513 15,147Sm/144 Nd=0.213 7;TDM的计算公式为152.9×ln[1+(0.513 15-143 Nd/144 Nd)/(0.213 7-147 Sm/144 )]。

(5)沉积岩风化过程中,碳酸盐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(图5-3)。

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图5-2 峡东地区南华纪—寒武纪地层风化剖面风化过程中Sr同位素特征图解

(张永清等,2008)

a.灯影组灰岩风化剖面;b.灯影组白云质灰岩风化剖面;c.牛蹄塘组灰岩风化剖面;d.牛蹄塘组泥岩风化剖面;e.南沱组冰碛泥岩风化剖面;f.莲沱组砂岩风化剖面;R和A、B、C分别为风化剖面基岩和对应的A、B、C层土壤

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图5-3 峡东地区南华纪寒武纪地层风化剖面风化过程中Sr同位素特征图解

图例同图5-2,张永清等,2008)

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