多金属富集的黑色页岩风化过程中铜、锌同位素分馏研究

摘要

作为重要的营养元素,铜(Cu)和锌(Zn)在海洋的地球化学循环对海洋生命演化具有重要意义.大陆风化过程是海洋微量金属元素地球化学循环过程中重要的输入过程.富集微量金属元素的页岩占陆表岩石总量的四分之一,但它们的Cu、Zn同位素组成和在风化过程中的同位素分馏行为还缺乏研究.本文选取中国湖北省二叠纪茅口组多金属富集的黑色页岩和其硅质岩夹层,对其中的新鲜样品和风化样品分别进行了Cu、Zn同位素研究,探求黑色页岩在风化过程中Cu、Zn元素的迁移行为和同位素分馏.对于风化的页岩和硅质岩，铜同位素组成变化范围较大（-6.42‰-19.41‰），而锌同位素的组成变化较小(0.25‰-0.78‰)。这主要是由于在风化淋滤过程中，黑色页岩中硫化物发生多次氧化还原反应并伴随铜同位素分馏的多次叠加，而锌同位素不受氧化还原反应影响，因此分异较小。强烈风化的页岩和硅质岩比弱风化的页岩和硅质岩更加富集轻的Cu、Zn同位素，这反映在黑色页岩的风化淋滤过程中，重同位素更倾向于进入流体，这和富含铜、锌硫化物岩石的淋洗实验结果一致。该研究结果对于理解海洋的Cu、Zn元素循环有重要意义。一般认为大陆风化过程向海洋输入锌的同位素组成(～0.3‰)。与陆壳的锌同位素组成一致，表明河水和陆壳之间没有明显的Zn同位素差异。然而，本研究表明在富集多金属的黑色页岩风化淋滤过程中，风化产物的锌同位素明显变轻，即流经黑色页岩的河流具有比硅酸岩更重的锌同位素组成，从而影响海洋的Zn同位素组成。