新聞動態(tài)雒愷、馬金龍、韋剛健等-GCA：穩(wěn)定釹同位素揭示花崗巖風化與稀土礦化
?化學(xué)風化作用是稀土元素（REE）活化、遷移和富集成礦的關(guān)鍵地質(zhì)過程。在風化淋積型稀土礦床的形成機制中，稀土元素在化學(xué)風化過程中的遷移與富集行為尤為關(guān)鍵。近年來，釹（Nd）及其穩(wěn)定同位素在表生地球化學(xué)過程中的行為引起廣泛關(guān)注，研究表明其在指示風化過程與礦床成因方面具有重要潛力。然而，花崗巖風化過程中穩(wěn)定Nd同位素的分餾機制尚不明確，其對風化淋積型稀土礦床形成的指示意義亦有待系統(tǒng)闡釋。
?針對上述科學(xué)問題，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所博士后雒愷與馬金龍正高級工程師、韋剛健研究員等合作，以廣東佛岡花崗巖風化剖面為研究對象，系統(tǒng)分析了全巖及不同化學(xué)相態(tài)提取物的穩(wěn)定Nd同位素組成（δ146Nd），揭示了花崗巖風化過程中穩(wěn)定Nd同位素的分餾行為與機制，并評估了Nd風化通量對稀土成礦過程的影響。文章主要結(jié)論如下：
（1）全巖樣品中Nd含量介于23.4–175 μg之間，Nd遷移率（τNd,Ti）變化范圍為-47.3%–787%，表明風化層中Nd總體呈富集狀態(tài)，僅在表層0–2米有少量浸出（圖1）。全巖δ146Nd值介于0.063‰–0.117‰，其中Nd富集層位與δ146Nd峰值區(qū)間高度吻合，指示同位素分餾與元素富集之間存在耦合關(guān)系（圖1）。土壤化學(xué)提取物結(jié)果顯示，可交換相、結(jié)晶Fe（氫）氧化物和殘余相中Nd含量分別為11.0–36.9 μg、1.67–12.4 μg和0.96–12.5 μg，占比分別為34.2%–66.4%、6.65%–18.8%以及1.69%–38.6%。各提取物的δ146Nd值存在差異：可交換相偏重（-0.039‰–0.061‰）、殘余相偏輕（-0.099‰–-0.036‰）、結(jié)晶Fe（氫）氧化物與全巖樣品相近（-0.079‰–-0.017‰），這一結(jié)果表明，不同地球化學(xué)相態(tài)在Nd同位素分餾中扮演著不同角色。
（2）可交換相中富集重Nd同位素，其主要通過陽離子交換與表面外圈絡(luò)合物吸附于高嶺石。而在結(jié)晶Fe（氫）氧化物中，輕Nd同位素占主導(dǎo)，其吸附機制涉及結(jié)構(gòu)扭曲與內(nèi)圈絡(luò)合作用，反映出不同相態(tài)對Nd同位素的選擇性吸附是導(dǎo)致同位素分餾的關(guān)鍵過程。
（3）基于風化通量定量化計算模型，估算出佛岡花崗巖風化過程中的Nd元素通量為-0.22–0.27 g/cm2/Myr、從而引起的穩(wěn)定Nd同位素分餾為-0.004–0.002‰（圖2）。Nd通量的變化反映了風化過程中元素的淋失與累積動態(tài)，正值指示Nd的富集，與稀土成礦過程密切相關(guān)。進一步估算表明，富含稀土元素的花崗巖風化形成具經(jīng)濟價值礦床所需時間約為13–70百萬年。這一時間范圍與華南地區(qū)燕山期（侏羅紀–白堊紀）高分異花崗巖的形成時代高度吻合。該期花崗巖以富含稀土礦物為特征，在新近紀溫暖濕潤氣候條件下經(jīng)歷強烈化學(xué)風化，促使稀土元素從原生礦物中釋放并發(fā)生次生富集。因此，燕山期花崗巖不僅提供了成礦物質(zhì)基礎(chǔ)，其特有的地球化學(xué)屬性（如高稀土含量、易風化礦物組成等）也直接控制了礦床的規(guī)模與品質(zhì)（圖3）。
?本研究系統(tǒng)揭示了花崗巖風化過程中穩(wěn)定Nd同位素的分餾行為與機制，明確了不同地球化學(xué)相態(tài)對穩(wěn)定Nd同位素組成的影響，反映了吸附機制與礦物載體對同位素行為的控制作用。Nd通量分析進一步證實花崗巖風化過程中Nd的富集是形成風化淋積型稀土礦床的關(guān)鍵。該項成果不僅深化了對稀土元素表生地球化學(xué)行為的理解，也為風化淋積型稀土礦的成因機制與找礦預(yù)測提供了同位素地球化學(xué)依據(jù)。
?雒愷為該論文第一作者，馬金龍正高級工程師為通訊作者，中國科學(xué)院廣州地球化學(xué)研究所韋剛健研究員為主要合作者。相關(guān)成果近期發(fā)表于國際知名地學(xué)期刊《Geochimica et Cosmochimica Acta》。該項研究受到國家重點研發(fā)計劃（2022YFF0800501）的資助。
?論文信息：Luo, K.（雒愷）, Wang, R.-J.（王日晶），Zhu, G.-H.（朱冠虹），He, X.-Y.（何昕悅），Wei, G.-J.（韋剛健），Ma, J.-L.（馬金龍）（2025）. Granite weathering and rare earth mineralization: Insights from stable neodymium isotope in tropical saprolites. Geochimica et Cosmochimica Acta, doi: 10.1016/j.gca.2025.10.004.
?論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.10.004
圖1. 花崗巖風化剖面全巖樣品中（a）Nd濃度和（b）Nd遷移率（τNd,Ti）的變化；（c）全巖樣品和不同化學(xué)提取相態(tài)的δ146Nd值；（d）不同化學(xué)提取相態(tài)中Nd的比例。
圖2. 花崗巖風化剖面中τNd,Ti與（a）Nd元素通量（NdFlux）以及（b）Nd同位素通量（δ146NdFlux）的關(guān)；化學(xué)蝕變指數(shù)（CIA）與（c）NdFlux和（d）δ146NdFlux的關(guān)系。黑色五角星代表未風化基巖，紅色圓點代表Nd積累量顯著的樣本，編號為TT-5、TT-6、TT-8和TT-9。
圖3. 風化淋積型稀土礦床形成示意圖
