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

摘要

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.