土壤发育过程中稀土元素的地球化学指示意义.doc

土壤发育过程中稀土元素的地球化学指示意义 3 黄成敏1 , 龚子同2 Ξ ( 11 四川大学环境科学与工程学院 , 四川 成都 610065 ; 21 中国科学院南京土壤研究所 , 江苏 南京 210008) 摘要 : 研究了海南岛北部不同时期喷发的玄武岩上发育土壤中稀土元素的地球化学特征和行为 , 探讨成土过程中稀土元素的分异及其对土壤 发育程度的指示作用。REE 总量与成土年龄呈显著正相关 , 是指示土壤发育程度的良好指标。同时 , 随土壤发育程度的加深 , REE 出现分 异 , 土壤中轻稀土逐渐富集 , 重稀土亏损。伴随着土壤的进一步发育 , Ce 逐渐向正异常而 Eu 向负异常方向演化。 关键词 : 稀土 ; 土壤 ; 地球化学 ; 玄武岩 中图分类号 : S151 ; O613133 文献标识码 : A 文章编号 : 1000 - 4343 (2000) 02 - 0150 - 06 稀土元素 ( R EE) 化学性质相似 , 在自然界中总 是共生的 。但由于在原子结构和晶体化学性质上 存在着微小差别 , 所以在不同地球化???条件下也 会产生分馏 , 形成不同的分布状况和分布模式 , 从 而构成了有特殊意义的地球化学指标1 ,2 。 查明 R EE 地球化学行为是研究成岩 、成矿作 用以及地球形成和演化的重要内容3 。R EE 在岩 石风化过程中的迁移 、亏缺和富集规律也已有广 泛研究4 ～6 。风化作用和成土作用彼此紧密相连 , 又有区别 。地处我国南端的海南岛北部集中分布 有新生代以来不同时期喷发的玄武岩 , 形成于这 些玄武岩上的土壤因成土年龄的差异 , 构成一发 育程度相差很大的时间系列土壤 。借此可以探讨 R EE 形成和发育过程的地球化学行为 , 并可应用 于推测土壤形成时期的环境以及稀土元素的次生 成矿机制1 ,2 。 ≥10 ℃积 温 8400 ～ 8600 ℃, 年 降 雨 量 1800 ～ 2000 mm7 ; 其余 6 个剖面均属琼北沿海台地半湿 润地区 , 年均温 23～24 ℃, ≥10 ℃年积温 8500～ 8700 ℃, 年降雨量 1400～1800 mm 。在相同的环境 和成土母质下 , 土壤酸性越强 , 粘粒分子硅铝率和 硅铁铝率越小 , 土壤发育程度越高8 。所采土壤样 品的 p H 、粘粒分子硅铝率和硅铁铝率反映出的土 壤发育程度与土壤发育时间吻合 (表 1) 。 1 . 2 稀土元素分析与测试 样品溶解采用碱溶法9 , 由南京大学金属矿 床成矿机制研究国家重点实验室测试 。仪器为 J Y38S 型 单 道 扫 描 型 等 离 子 光 谱 仪 ( 法 国 J ION YVON 公司) , 元素检测限 (011～110) ×10 - 6 , RSD ≤2 % 。测试条件为 : 焦距 1 m , 分辨率 01005 nm , 护套 气 012 L ·m - 1 , 冷 却 气 12 L ·m - 1 , 载 气 013 L ·m - 1 , 载气压力 013 MPa 。 1 材料与方法 1 . 1 材 料 选择第四纪以来不同时代喷发的玄武岩 、火 山角砾岩上发育的土壤 。采样地点和土壤基本性 质见表 1 。由于海南岛中部山地高耸 , 构成东北2西 南走向的高山屏障 , 使岛内水分状况区域性变化 较大 。采于琼山县三门坡的 HE11 剖面则位东部丘 陵台 地 和 沿 海 平 原 , 年 均 温 2410 ～ 2415 ℃, 2 结果与讨论 2 . 1 土壤的稀土元素含量 有关 R EE 在岩石风化过程中的移动和分异存 在不同看法 。文献 6 认为 , 风化早期阶段 , R EE 会产生剧烈变化 , 而文献12 却认为 R EE 的移动 或分异发生在风化过程的后期 。本文发现在成土 过程中相同的环境条件下 , 发育时间愈长 , 土壤 R EE 总量愈高 。表 2 和表 3 可见 , 几种稀土元素总 Ξ 收稿日期 : 1999204209 ; 修订日期 : 1999208211 基金项目 : 国家自然科学基金 资助项目 作者简介 : 黄成敏(1968 - ) , 男 , 四川成都人 , 博士 量指标中 , 除样品 HW112 外 , 土壤各层次 R EE 含 量均大于玄武岩基岩 。HW02 剖面的土壤 R EE 总 量达 306184 ～332107 mg ·kg - 1 , 剖面 HW03 仅有 70 mg·kg - 1左右 。随发育程度加深 , 土壤与基岩的 R EE 含量差异越大 。原因在于土壤发育程度越高 , 其他大量元素除 Fe , Al 外 , 如 Ca ,