岩溶盆地红土风化剖面的元素地球化学研究-地理科学

*国家自然科学基金重点项目(批准号:49833002)、面上项目(批准号:40273015,40371012)和中国科学院 西部之光项目。

冯志刚,男,1970年1月生,博士,地球化学专业。

2003-06-11收稿,2003-08-01改回。

黔北新蒲红色风化壳剖面的粒度分布特征兼论岩溶区上覆土层的物质来源*冯志刚1 王世杰1 周德全2 孙承兴1 刘秀明1(1.中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室贵阳 550002;2.贵州师范大学资源环境系贵阳 550001)摘 要 粒度分析在风化壳物源示踪方面是一种新的尝试,具有指示直接的特点。

尤其当常规的地球化学、矿物学等方法难以直观反映母岩的不均一性对风化壳的影响时,粒度分布特征却可以建立两者的对应关系,从而更为合理地指示风化壳和下伏基岩的关系。

黔北新蒲剖面的下伏基岩为局部夹碎屑岩薄层的连续型碳酸盐岩,本文通过对其酸不溶物及上覆红色风化壳粒度分布特征的研究,表明基岩的垂向不均一,导致上覆风化壳粒度分布特征的差异性,同时存在与下伏不同基岩酸不溶物粒度分布特征相对应的风化壳,指示了碳酸盐岩为其上覆风化壳的成土母岩。

化学风化指标在剖面的变化也支持了粒度分析结果,即风化壳母岩的不均一性。

从碎屑岩夹层和碳酸盐岩对风化壳提供物源的相对份额中指出碳酸盐岩的酸不溶物对上覆风化壳的优势贡献。

从粒度参数角度进一步诠释了连续型碳酸盐岩风化残积成土的现实性,为正确理解中国西南岩溶区红色风化壳的成因提供了新的探索手段。

综合资料显示,碳酸盐岩特别是连续型碳酸盐岩酸不溶物构成中国西南岩溶区上覆红色风化壳的主要物质来源也是可能的。

关键词 粒度分布特征 物源示踪 岩性不均一 连续型碳酸盐岩 红色风化壳中图分类号:P512 1+3文献标识码:A 文章编号:0563-5020(2004)03-0440-121 引 言以贵州为中心的中国西南岩溶地区,在地形和缓的低山丘陵和台地上,广泛发育着厚度不一(从几米至十几米)的红色风化壳,成为这些地区主要的土类资源。

红土风化壳形成过程中岩石体积变化和质量迁移
王燕;谭凯旋;刘顺生;陈梦熊
【期刊名称】《矿床地质》
【年(卷),期】2002(0)S1
【摘要】前人在讨论风化壳中组分的富集(亏损)和迁移特征时,大多假设岩石是等体积变化的。

事实上,在风化过程中由于岩石组分的淋失和迁移,必然引起岩石体积的变化。

因此,要比较准确地分析风化过程中组分的质量迁移和变化特征,必须考虑岩石体积变化的影响。

本文通过对国内蛇屋山等红土型金矿风化壳中主量元素、微量元素、稀土元素分析数据和岩石体积等相关计算,定量地分析研究了风化壳形成过程中,岩石的体积的变化规律;组成风化壳的主要元素、微量元素及稀土元素等组分等质量迁移规律。

【总页数】4页(P700-703)
【关键词】风化壳;淋滤作用;吸附作用;质量迁移;表生富集作用;红土型金
【作者】王燕;谭凯旋;刘顺生;陈梦熊
【作者单位】中国科学院长沙大地构造研究所;广东有色地质勘查研究院;有色金属矿产地质调查中心
【正文语种】中文
【中图分类】P512.1
【相关文献】
1.海洋碎屑小生境形成演化过程中营养盐特殊迁移过程及脱氢酶活性的变化 [J], 王琰;曹文达
2.风化过程中体积变化的确定--磁组构法对等元素质量平衡法的质疑 [J],
3.岩石变形变质过程中体积变化的估算方法 [J], 彭少梅
4.江西金山金矿流体作用中的物质迁移及岩石体积变化 [J], 李晓峰;毛景文;华仁民
5.安徽铜陵冬瓜山铜矿矽卡岩形成过程中元素质量迁移——与凌其聪等同行探讨[J], 龚庆杰;韩东昱;刘宁强
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江西赣县花岗岩型红土剖面常量元素地球化学特征熊平生【摘要】对赣县田村花岗岩红色风化壳剖面常量元素的迁移特征和化学风化强度的研究结果表明：（1）红土常量元素组成以SiO2、Al2O3、Fe2O3为主，三者占总量的90%以上，其中又以SiO2的含量最高，K2O、CaO、Na2O与MgO等易溶组分的含量则相对较低；（2）红土剖面风化过程中，常量元素的地球化学行为多表现为迁移淋失，迁移程度由剖面底部向上逐渐增强，其中CaO与Na2O 平均迁移量分别为97.34%、94.94%，属于强迁移元素；MgO、K2O和SiO2平均迁移量分别为52.50%、39.89%、22.72%，属于易迁移元素，Fe元素表现为高度富集；（3）综合分析铝铁系数、化学蚀变指数和风化淋溶系数，指示赣县花岗岩型红土在炎热、潮湿环境下遭受了强烈的化学风化作用，风化强度顶部向下渐弱。

%The chemical weathering intensity and element migration features of the Granite-type Laterite Profile in Tiancun, Gan xian are studied in this paper. The results indicate that:(1) The laterite is mainly composed of SiO2, Al2O3, Fe2O3, which account for over 90%of the total and the SiO2 is the highest. The content of soluble constituents such as K2O, CaO, Na2O, MgO, are relatively lower. (2) Major element geochemistry behavior present the migration leaching during the process of weathering in the Granite-type Laterite Profile and the degree of migration is strengthened gradually from the bottom to the top. CaO, Na2O migration amount are 97.34%, 94.94% on average, respectively, and belong to the strong migration elements;MgO, K2O, SiO2 average migration quantity are 52.50%,39.89%and 22.72%, respectively, belong to the easy transition element, theelement characterized by high concentration was Fe. (3) We found the Granite-type Laterite Profile suffered strong chemical weathering in hot and humid environment in Gan xian and the weathering intensity became gradually weak form the top to the bottom, on the basis of the comprehensive analysis of the coefficient of aluminum and iron, chemical alteration and weathered eluvial.【期刊名称】《高校地质学报》【年(卷),期】2015(000)003【总页数】6页(P553-558)【关键词】花岗岩型红土;化学风化强度;元素迁移;田村剖面【作者】熊平生【作者单位】衡阳师范学院城市与旅游学院，衡阳 421002【正文语种】中文【中图分类】P595Frist au thor：XIONG Pingsheng,Associate Professor;E-mail:*******************花岗岩是地球上分布最广、最常见的火成岩，是构成大陆地壳的重要组成部分，覆盖整个陆地面积大约25%。

滇东地区碳酸盐岩上覆风化层的元素地球化学特征及其成因讨论马海欧;王立发;郭松;李双双;蔡晓娟;季宏兵【期刊名称】《高校地质学报》【年(卷),期】2018(024)002【摘要】碳酸盐岩风化形成的红土保存着喀斯特发展演化历史证据,同时也是喀斯特地区土壤研究的重要对象.文章选取云南石林地区的两处典型碳酸盐岩剖面为研究对象,对主量元素,微量元素及稀土元素在风化层的迁移特征及分布规律进行研究,为探究风化层的成因提供依据.结果显示:(1)以Ti为参比元素的剖面迁移特征表明,两剖面的主量元素在成土过程中有相似的迁移规律,多数表现为淋失;微量元素略有差异,富集淋失程度不一.(2)UCC标准化蜘蛛图显示,相对于基岩,风化层中的Ca和Sr均出现亏损;与UCC相比,Fe、Ti等元素轻微富集,Mg、Ca、Na、K、P等元素显示了强烈的亏损特征.(3)基岩与风化层的REE分布模式相似,但风化层的稀土相对富集,轻稀土元素间的分异较大而重稀土元素间的分异较小,且SJC剖面的轻、重稀土元素比值大于QST剖面;稀土元素球粒陨石标准化后,SJC剖面的Eu为负异常,剖面上部和下部出现Ce负异常;QST剖面Ce负异常,Eu明显负异常.(4)元素含量变化和元素对Al-Ti、Al-Fe及Zr-Hf相关性说明剖面上覆红土是下伏基岩风化的结果.研究结果显示,两个剖面的元素地球化学特征与基岩存在很好的继承性,风化层是基岩原位风化的产物.%The red soil formed by carbonate weathering has preserved the historical evidence of karst development and evolution,and it is also an important object of soil research in karst area.In this paper,the two typical carbonate profiles in Shilin area of Yunnan were selected tostudy the migration characteristics and distribution of the major elements, trace elements, and rare earth elements in the weathering crusts, and further explore the genesis of the weathering crust. The results show that: (1) using the migration characteristics of Ti as the reference element, the major elements of the two sections show similar migration patterns in the process of soil formation, and most of them are characterized by leaching. The trace elements are slightly different and the degree of leaching is different. (2) UCC normalized spider graphs show that Ca and Sr in the weathered crust are depleted with respect to the bedrock; Fe, Ti and other elements are slightly enriched in comparison to UCC, Mg, Ca, Na, K, P, and other elements show a large decrease. (3) The REE distribution patterns of the weathering crust and bedrock are similar, but the REE of the weathering crust is relatively rich,the difference between light rare earth elements is large while the difference between heavy earth elements is smaller, and the ratio of light and heavy rare earth elements in the SJC profile is larger than that of the QST profile;After normalization of rare earth element chondrites,Eu in the SJC section shows a negative anomaly.Ce negative anomalies are observed in the upper and lower part of the section.The QST profile shows negative Ce anomalies and negative Eu qnomalies.(4)The change in elemental content and the correlation of Al-Ti, Al-Fe and Zr-Hf with elemental elements show that the overlying red soil is a result of weathering of the underlying bedrock. The results of this study show that the elemental geochemical characteristics of the twoprofiles have good inheritance of the bedrock and the weathering layer is the in-situ weathering product of the bedrock.【总页数】11页(P222-232)【作者】马海欧;王立发;郭松;李双双;蔡晓娟;季宏兵【作者单位】北京科技大学能源与环境工程学院,北京100083;北京市地质工程设计研究院,北京100120;北京科技大学能源与环境工程学院,北京100083;北京科技大学能源与环境工程学院,北京100083;北京科技大学能源与环境工程学院,北京100083;北京科技大学能源与环境工程学院,北京100083;首都师范大学资源环境与旅游学院首都圈生态环境过程重点实验室,北京100048【正文语种】中文【中图分类】P595【相关文献】1.滇东地区中—高硫煤中放射性元素铀的地球化学特征 [J], 王馨;冯启言;方婷;刘静静;刘桂建2.滇东黔西晚二叠世煤系中火山灰蚀变粘土岩的元素地球化学特征 [J], 周义平;任友谅3.滇东会泽地区下寒武统筇竹寺组黑色岩系微量元素地球化学特征及其古环境演化[J], 程涌; 胡煜昭; 李丕优; 卢萍4.热带地区碳酸盐岩上覆红色风化壳的成因机理及元素演化 [J], 张连凯;季宏兵;刘秀明;魏晓;罗刚;王世杰;NGUYEN D(a)i Trung;NGUYEN Quoc Dinh5.滇东早寒武世含磷岩系稀土元素地球化学特征及成因 [J], 杨卫东;漆亮;鲁晓莺因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

中国南方碳酸盐岩上覆红土形成机制研究进展
徐则民;黄润秋;唐正光;费维水
【期刊名称】《地球与环境》
【年(卷),期】2005(33)4
【摘要】碳酸盐岩上覆红土在中国南方分布广泛,已提出的用于解释其形成机制的有溶蚀-残积说、溶蚀-交代说和外来沉积说,溶蚀-残积说应该是红土形成的真正机制。

形成红土消耗的原岩可能是质纯碳酸盐岩,但更可能是含有泥质碳酸盐岩,甚至碎屑岩或粘土岩。

红土中粘土矿物来源应该有二,一是原岩所夹粘土矿物,二是原岩中硅酸盐矿物溶解形成的次生粘土矿物;铁氧化物应该来自原岩中黄铁矿的次生演化。

完整的红土剖面应该由红土层、杂色粘土层和碳酸盐岩腐岩组成。

碳酸盐岩腐岩形成于包气带,由原岩中的碳酸盐溶解后再次沉淀形成,主要由钙华和残余碳酸盐晶体组成。

红土地区的石漠化趋势主要与红土向地下岩溶空间渗漏有关。

【总页数】8页(P29-36)
【关键词】红土;碳酸盐岩;形成机制;化学风化;石漠化
【作者】徐则民;黄润秋;唐正光;费维水
【作者单位】昆明理工大学土木系;成都理工大学工程地质研究所
【正文语种】中文
【中图分类】P642.139
【相关文献】
1.碳酸盐岩缝洞型油藏缝洞单元形成机制及模式研究进展报告 [J], 金强;邹胜章;钟建华;田飞;康逊
2.对黎廷宇先生等所著“黔中碳酸盐岩和非碳酸盐岩上覆土壤CO_2来源的对比研究”一文的商榷 [J], 刘再华
3.试论碳酸盐岩上覆红土的形成模式及演化趋势 [J], 符必昌;黄英
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昆明石林碳酸盐岩红色风化壳元素地球化学特征张涛;季宏兵;温月花;张晓娟;冯晓静;熊凯;李亚翠【摘要】以昆明石林两个典型红土剖面为研究对象,探讨了主量元素及稀土元素在化学风化作用下的迁移特征及分布规律,为进一步认识碳酸盐岩风化剖面的演化过程以及红土剖面的物质来源提供地球化学依据.两个红土剖面的研究结果显示:(1) SiO2、A12O3和Fe2O3T是两个剖面红土样品的主要成分,三者占到总量的80％以上,其中又以SiO2的含量最高;(2)化学蚀变指数CIA(90以上)较高,硅铝系数和硅铁铝系数较低,显示出两个红土剖面经历了较强的风化淋溶作用,体现出研究区亚热带高原气候,温暖湿润的化学风化环境;(3)两个剖面稀土元素含量较高,范围分别在211.51×10-6～416.40×10-6和290.67×10-6～626.89 × 10-6之间,其稀土配分曲线均具有Eu亏损的轻稀土显著富集型特征,两个剖面都表现出轻稀土元素间分异较大而重稀土元素间分异较小的特征,这主要与剖面风化成土过程中的三价氧化物的强烈固定作用有关,且KP剖面的轻稀土元素分异更明显;(4)两个剖面经历了相似的风化迁移过程,结合元素对Al2O3-TiO2 、Al2O3-Fe2O31、Y-Yb相关性分析以及SiO2/Al2O3-Na2O/Al2O3相关图解可以得出,KP和CH剖面是由于下伏基岩风化而来.%In order to investigate the alteration process of carbonate weathering and the origin of the weathering profile in Karst area,two laterite profiles (KP and CH) from Shilin County of Kuming,Yunnan Province are reported to analyze concentrations of major elements and rare earth elements (REEs).The results of element behavior during chemical weathering and the geochemical characteristics of carbonate-derived laterite are summarized as follows:(1) The major element compositions of the two profiles are dominated by SiO2,At2O3,Fe2O3T(more than80％),with abundant SiO2.(2) The range of chemical index of alteration (CIA) is above 90 with low ratios of SiO2/Al2O3 and SiO2/(Fe2 O3 + Al2O3),indicating that there is an intensive leaching during chemical weathering in the subtropical warm and humid climate.(3) The KP and CH profile showed relatively h igh contents of REE,ranging from 211.51 × 10-6 to 416.40 × 10-6 and from 290.67 × 10-6 to 626.89 × 10-6,respectively.The REE patterns are consistent with enriched LREE,negative Eu anomalies,and significant fractionation in LREE and less in HREE.These characteristics can be attributed to the fixation of trivalent oxide during alterations.The KP profile is distinctive with more intensive fractionation in LREE.(4) Similar weathering processes in the two profiles are suggested.Further evidence from Al2O3-TiO2,Al2 O3-Fe2 O3T,Y-Yb correlation analysis and SiO2/Al2O3-Na2 O/Al2 O3 diagrams support the hypothesis that the two profiles are derived from the underlying bedrock.【期刊名称】《高校地质学报》【年(卷),期】2017(023)003【总页数】13页(P465-477)【关键词】红土剖面;主量元素;稀土元素;化学风化【作者】张涛;季宏兵;温月花;张晓娟;冯晓静;熊凯;李亚翠【作者单位】首都师范大学资源环境与旅游学院首都圈生态环境过程重点实验室,北京100048;首都师范大学资源环境与旅游学院首都圈生态环境过程重点实验室,北京100048;北京科技大学能源与环境工程学院,北京100083;首都师范大学资源环境与旅游学院首都圈生态环境过程重点实验室,北京100048;首都师范大学资源环境与旅游学院首都圈生态环境过程重点实验室,北京100048;首都师范大学资源环境与旅游学院首都圈生态环境过程重点实验室,北京100048;首都师范大学资源环境与旅游学院首都圈生态环境过程重点实验室,北京100048;首都师范大学资源环境与旅游学院首都圈生态环境过程重点实验室,北京100048【正文语种】中文【中图分类】P595全球碳酸盐岩出露面积主要分布在热带、亚热带区(袁道先, 1992)，其中位于东南亚片区的中国南方分布着全球面积最大的碳酸盐岩，这些地区广布着厚薄不匀的红色堆积物，其来源还存在着争议。

收稿日期：２０１１－０８－０９；改回日期：２０１１－１０－１０基金项目：国家“９７３”计划项目“碳酸盐岩风化的生物地球化学过程与成土速率”（２００６ＣＢ４０３２０２）第一作者简介：曹星星（１９８９－），男，硕士研究生，主要研究方向为环境地球化学。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｃａｏｔａｉｘｉｎｇ＠１６３．ｃｏｍ＊通讯作者：吴攀，男，教授。

Ｅ－ｍａｉｌ：ｐｗｕ＠ｇｚｕ．ｅｄｕ．ｃｎ岩溶地区红土与碳酸盐岩上覆地层相关性及其指示意义———以贵阳乌当区剖面为例曹星星，吴　攀＊，王志强，李本云，楼明君（贵州大学资源与环境工程学院，贵阳５５０００３）摘　要：本文以贵阳乌当剖面为研究对象，通过对岩石、土壤的矿物学、地球化学指标的分析，探讨该地红土与基岩（桐梓组白云岩）以及上覆地层（红花园组灰岩和湄潭组下段碎屑岩）之间的物源关系。

结果显示碳酸盐岩酸不溶物以石英为主，红土与碎屑岩具有相似矿物组合特征；主量元素、微量元素证据显示湄潭组碎屑岩、红花园组灰岩和桐梓组白云岩酸不溶物都为红土的形成提供了物源，其中可能以湄潭组碎屑岩贡献最大。

关键词：红土；碎屑岩；风化壳；碳酸盐岩；上覆地层中图分类号：Ｘ１４１ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７２－９２５０（２０１２）０１－００５７－０６ 贵州境内出露的碳酸盐岩面积约１３×１０４ｋｍ２，占全省土地总面积的７３％［１］，在这些地区往往分布着薄厚不均的红色粘土，目前学术界关于这些红土的成因机制主要有“交代成土”［２－５］、“酸不溶物成土”［６－１１］、及非可溶岩风化［１２，１３］等学术观点，然而由于受到研究角度和对象的限制，上述观点均存在一定局限性。

首先交代成土观点认为红土物源来自植物和微生物富集，但生物体生命活动过程中不会产生红土中主要元素Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ，且生物残体腐烂后Ｓｉ、Ａｌ、Ｆｅ形成难溶性的化合物聚积在土壤上部，不易淋失［１４］；其次贵州碳酸盐岩中酸不溶物含量不足１０％［１５］，因此形成几米厚的土层需溶蚀几百米厚的岩石，同时考虑降水等外界因素对已经形成的酸不溶物的影响，那么能够残留在原地的不溶物质则更少；第三关于非可溶岩的风化成土作用，仅是推理的结果，缺少详实的证据。

2019年第1期42作者单位：北京科技大学能源与环境工程学院，北京 100083石林红土风化剖面锂同位素特征Lithium Isotope Characteristics of Red Weatheres Crustal Shell in Shi Lin供稿|蔡晓娟，季宏兵 / CAI Xiao-juan, JI Hong-bingDOI: 10.3969/j.issn.1000–6826.2019.01.009锂同位素作为非传统稳定同位素，对大陆风化过程的研究具有传统稳定同位素无法比拟的优点。

在自然界中锂元素一般以离子的形式存在，并且Li +并没有化合价的变化，因而同位素之间的分馏过程不会受风化过程中的氧化还原反应所影响。

Li 元素并不是生命元素，生物作用对其同位素的分馏作用并不显著。

在所有的地质过程中，锂同位素分馏最为明显的过程发生在大陆风化阶段，在自然界已经观察到超过110‰的分馏，其中有超过90‰的分馏发生在地表或浅地表环境中。

温度引起的Li 同位素分馏较小，仅有2‰，相对于前者是可以忽略的[1，2]。

本文采集云南石林地区一个红土剖面(XNC 剖面)，对其Li 元素以及同位素特征进行分析测定，并分析Li 同位素含量与Li 元素含量、土壤中黏粒含量、风化相关参数之间的关系，得到红土剖面中Li 同位素 特征。

研究区域概况云南省石林县地处云贵高原腹地，是世界岩溶发展最复杂、类型最齐全、分布面积最大的东亚岩溶区域中心，也是中国西南喀斯特地貌的重要组成部分。

研究区域的气候属于低纬高原山地季风气候，四季如春，雨量充沛，气候湿润，年平均气温为15.6℃，年平均降水量967.9 mm [3]。

石林研究区内主要土壤类型为红壤、紫色土和水稻土，但以红壤分布最广[4]。

分析测试方法剖面常量元素含量使X 射线荧光光谱仪分析测定；微量元素使用ICP-MS 测定；黏土含量使用澳洲M3501-XB 激光粒度分析仪测定；Li 同位素在中国科学院地球环境研究所分析测试中心，使用MC-ICP-43科技前沿Advances in Science地球化学MS 测定。

贵州碳酸盐岩风化壳主元素、微量元素及稀土元素的地球化学特征张莉;季宏兵;高杰;李锐;李今今【摘要】Guizhou Plateau is located in the east of Yunnan-Guizhou Plateau, where variable karst landscapes are widely distributed. The major, trace and rare earth elements of a typicalin-situ weathering profile of carbonate rock on karst terrain of Guizhou Plateau have been researched to provide evidence of elements’ geochemical behaviours in the weathering crust. The results indicate thatthesamples are characterized by enrichment in Pb and Co and depletion in Sr, Na, Ba, K, Rb and Cr in the profile according toupper continental crust (UCC)normalized spiderdiagram of samples. The total amount of REEsranges between167.4~1814.2μg/g. REEsdecrease gradually fromlowerto upper regolith of the profile and LREEs show more leaching than HREEs in the middle and upper part of the profile. The element Ce has been separated from the other REEs, chondrite-normalized REEs distribution patterns show significant Ce-anomalies and slight negative Eu-anonalies. Ce shows negative anomalies in the lower partof theregolithin weathering front,but positive anomaliesin the upper part. In addition, the concentration of elements in rock-soil interface grows by an average of 21 timesmorethan that in the rock powder, whichshows a clear mutation of alkaline barrier near the rock-soil interface. Our research shows that the variations of major and trace elements are well correlated in the weathering profile, indicatingthatthey have the samegeochemical behaviors during the weathering process.Ferruginous nodular horizon contains the lowest REEs,which issimilarin the case of upper continental crust (UCC),and we believe that this can be referred toin researching the relation between UCC and ferruginous nodular horizon of carbonate rocks.%选取贵州高原喀斯特地区的典型碳酸盐岩原生风化剖面为研究对象,研究主元素、微量元素及稀土元素在风化壳的迁移转化及其分布规律特征,为解释碳酸盐岩风化壳元素的地球化学变化提供依据。