【摘 要】風(fēng)化產(chǎn)物中許多微量元素含量通常比其母巖高1-2數(shù)量級，這種由于風(fēng)化造成的元素富集常常和礦化富集不易區(qū)分。為了定量描述風(fēng)化過程中元素行為，我們選擇豫西熊耳山地區(qū)的一個安山巖風(fēng)化剖面進(jìn)行研究。根據(jù)元素含量和WIG指數(shù)之間的指數(shù)關(guān)系定量描述了風(fēng)化剖面中12種微量元素的風(fēng)化行為，并可以把它看作相同母巖不同風(fēng)化程度下的背景值。

【關(guān)鍵詞】風(fēng)化過程；元素行為；地球化學(xué)異常識別

前言：

巖石及其所包含的礦物質(zhì)在大氣圈、水圈和生物圈的作用下所發(fā)生的各種復(fù)雜的量變和質(zhì)變過程的綜合，稱為風(fēng)化作用。風(fēng)化作用是一個持續(xù)演化的過程，巖石及其碎屑在長期的化學(xué)、物理、生物條件作用下發(fā)生破碎，不穩(wěn)定的礦物發(fā)生分解，其中可溶性物質(zhì)易于被水帶走而流失，難溶物質(zhì)則殘留在原地形成風(fēng)化殼。風(fēng)化殼是風(fēng)化作用的產(chǎn)物，是由各種礦物體系、化學(xué)體系、生物體系組成的綜合體系，能夠直接記錄地球多圈層演化的信息。由于風(fēng)化程度不同，風(fēng)化殼在物理特征上應(yīng)表現(xiàn)為由地表向下粒度逐漸變粗并過渡為基巖；在化學(xué)特征方面，由于化學(xué)性質(zhì)的差異，各元素在風(fēng)化過程中發(fā)生分異，會在不同位置出現(xiàn)出現(xiàn)元素的富集或虧損現(xiàn)象。風(fēng)化殼中不同風(fēng)化階段的產(chǎn)物，在一定程度上決定了其所包含的母巖地球化學(xué)信息。

一.研究現(xiàn)狀

1.1風(fēng)化與元素行為

風(fēng)化作用是一個持續(xù)演化的進(jìn)程，巖石及其碎屑在長期的物理、化學(xué)、生物條件作用下發(fā)生破碎，不穩(wěn)定的礦物發(fā)生分解，因此巖石的風(fēng)化程度不同，其所含礦物和元素含量也會存在差異。

1.2地球化學(xué)異常下限

地球化學(xué)異常下限是根據(jù)背景值和標(biāo)準(zhǔn)離差按一定置信度所確定的異常起始值，是分辨地球化學(xué)背景與異常的一個量值界限。從這個數(shù)值起，所有的高含量都可認(rèn)為是地球化學(xué)異常，低于這個數(shù)值的所有含量則基本認(rèn)為屬于地球化學(xué)背景的范圍。

勘查地球化學(xué)的一個基本問題就是確定地球化學(xué)異常下限，這也是將勘查地球化學(xué)應(yīng)用于礦產(chǎn)勘查時決定成敗的一個關(guān)鍵性環(huán)節(jié)。隨著人們對地球化學(xué)數(shù)據(jù)分布特征認(rèn)識的不斷加深和計算機(jī)技術(shù)的迅猛發(fā)展，新的計算地球化學(xué)異常下限的方法也不斷出現(xiàn)，但由于地質(zhì)背景復(fù)雜，成礦模式多種多樣，至今仍然沒有發(fā)展出一種普遍適用的地球化學(xué)異常下限計算方法，每種計算方法都有各自的優(yōu)勢，同時又都存在假設(shè)條件的制約和使用的局限性。

長期以來，在實(shí)際工作中人們主要使用經(jīng)典的統(tǒng)計學(xué)方法，通過計算地球化學(xué)數(shù)據(jù)的均值、中位數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)離差等統(tǒng)計學(xué)參數(shù)對異常進(jìn)行篩選和評價。傳統(tǒng)統(tǒng)計學(xué)方法以在自然界中常量元素接近正態(tài)分布，微量元素接近對數(shù)正態(tài)分布為前提，但是由于自然界中元素的地球化學(xué)遷移以及遷移期間體系和環(huán)境之間存在物質(zhì)和能量的交換，所以實(shí)際工作當(dāng)中基本沒有完全理想的滿足主量氧化物正態(tài)分布、微量元素對數(shù)正態(tài)分布的數(shù)據(jù)，需要剔除原始數(shù)據(jù)中的特異值（特高值或特低值），對數(shù)據(jù)進(jìn)行一定的處理，直到數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布為止。

由于使用這種方法所確定的地球化學(xué)異常下限只是由背景數(shù)據(jù)確定的，而非所有數(shù)據(jù)，所以在度量地球化學(xué)景觀區(qū)背景數(shù)據(jù)時使用傳統(tǒng)統(tǒng)計學(xué)方法效果是比較理想的，但由于在前期數(shù)據(jù)處理過程中造成了部分?jǐn)?shù)據(jù)缺失，因此比較容易漏失弱小異常。為了使地球化學(xué)數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布或?qū)?shù)正態(tài)分布的假設(shè)條件，發(fā)展出了許多種數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換方法，比如對數(shù)正態(tài)變換、平方根變換等。但實(shí)踐證明，有些數(shù)據(jù)即使經(jīng)過變換處理，也不能服從正態(tài)分布。

二.巖風(fēng)化過程中元素行為

2.1稀土配分曲線

基于風(fēng)化殼剖面研究元素在風(fēng)化過程中的地球化學(xué)行為，首先要保證所研究的樣品是由同一母巖風(fēng)化而形成的，盡量避免外來物質(zhì)的干擾。稀土元素配分曲線為探討風(fēng)化產(chǎn)物的物質(zhì)來源提供了示蹤技術(shù)。

2.2風(fēng)化程度及風(fēng)化指數(shù)

巖石的風(fēng)化作用包括物理風(fēng)化、化學(xué)風(fēng)化和生物風(fēng)化三種類型，三者不是單一孤立而是統(tǒng)一的。物理風(fēng)化僅使巖石破碎解體，粒度變細(xì)，但化學(xué)成分應(yīng)基本不變。物理風(fēng)化主要是巖石受溫度的影響不均勻的脹縮而產(chǎn)生破碎。

最初的研究認(rèn)為礦物的物理風(fēng)化是由表及里逐漸進(jìn)行的，但隨著研究的深入和研究方法的日趨先進(jìn)，發(fā)現(xiàn)礦物的物理風(fēng)化是由礦物的棱角、裂紋、節(jié)理和解理等薄弱部位開始而使礦物逐漸斷裂分解的。巖石的化學(xué)風(fēng)化過程包括多種類型的化學(xué)反應(yīng)，如水解、氧化、離子交換、水化等，可以使巖石的化學(xué)成分、礦物成分發(fā)生改變。生物風(fēng)化兼具物理風(fēng)化和化學(xué)風(fēng)化的特點(diǎn)，生物活動既可以使巖石產(chǎn)生機(jī)械破壞，其分泌的有機(jī)酸等又可改變巖石的化學(xué)成分。

由巖石風(fēng)風(fēng)化形成土壤及其其他風(fēng)化產(chǎn)物的過程是非常復(fù)雜的，受多種因素影響。巖石的風(fēng)化產(chǎn)物按其性質(zhì)和成因可以分為原生礦物和次生礦物兩類。原生礦物是母巖物理風(fēng)化破碎而形成的碎屑物質(zhì)，它們的種類和數(shù)量隨母巖巖性、風(fēng)化程度的不同而不同。

次生礦物是化學(xué)風(fēng)化過程中形成的礦物，種類較多。土壤中的原生礦物大多為化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的礦物，如石英等，主要組成土壤的砂和粉砂部分；次生礦物中最重要和數(shù)量最多的是粘土礦物，如高嶺石類、蒙脫石類、伊利石類等，具有較強(qiáng)的離子吸附性，是土壤中粘粒和無機(jī)膠體的主要組成部分。其他的次生礦物主要有鐵、鋁的氧化物類和簡單的礦物質(zhì)鹽類等。巖石中元素抗風(fēng)化能力存在較大差異，風(fēng)化過程中的活動性較強(qiáng)的元素如Ca、Mg、K、Na等易溶于流體，易于隨流體發(fā)生遷移并被帶出風(fēng)化殼，而相對活動性較弱或惰性的元素，如Si、Al、Fe、Mn、Ti等，則容易殘留在風(fēng)化殼中并因其他元素的流失而發(fā)生相對富集。風(fēng)化程度是反映風(fēng)化特征的重要方面，而風(fēng)化指數(shù)則是衡量風(fēng)化程度的指標(biāo)?；瘜W(xué)風(fēng)化指數(shù)主要將元素劃分為活動元素和不活動元素，根據(jù)元素在巖石風(fēng)化過程中的淋失、遷移特性，一般利用活動元素和不活動元素的含量比值衡量巖石及其產(chǎn)物的風(fēng)化程度。

自二十世紀(jì)以來，眾多學(xué)者已提出過20余種風(fēng)化指數(shù)，大致可以分為：兩個以上化學(xué)成分比值相關(guān)的風(fēng)化率、相對于母巖的變化率和考慮多種變量的綜合指標(biāo)三種類型。在眾多的風(fēng)化指數(shù)中除LoI直接用質(zhì)量百分比表示樣品風(fēng)化程度外，其余的風(fēng)化指數(shù)均是以摩爾分?jǐn)?shù)比表示的。

2.3熱液成礦元素

隨著WIG風(fēng)化指數(shù)的減小，即樣品風(fēng)化程度的增強(qiáng)，除Mo、Zn、Cd變化趨勢較為復(fù)雜外，其它11項熱液成礦元素含量均表現(xiàn)出逐漸升高的趨勢。這表明隨著風(fēng)化程度的增強(qiáng)，熱液成礦元素W、Sn、Bi、Cu、Pb、Au、Ag、As、Sb、Hg等均發(fā)生明顯的富集，且元素含量富集通常達(dá)到一個數(shù)量級，其中Au、Ag甚至富集達(dá)到兩個數(shù)量級。

巖石的風(fēng)化產(chǎn)物按性質(zhì)和成因可分為原生礦物和次生礦物兩種。原生礦物是母巖機(jī)械風(fēng)化破碎而成的碎屑物質(zhì)，種類和數(shù)量隨母巖類型、風(fēng)化強(qiáng)度不同而存在差異；次生礦物是在化學(xué)風(fēng)化過程中形成的礦物，種類很多，其中數(shù)量最多和最為重要的是黏土礦物。

黏土礦物顆粒小，穩(wěn)定性高，具有離子代換吸收性能。不同巖性巖石的風(fēng)化特征存在很大的差異。當(dāng)WIG值較高即巖石風(fēng)化程度較弱時，與黑云母花崗巖相比，安山巖中大多數(shù)微量元素含量較高，但當(dāng)風(fēng)化進(jìn)行到一定程度后，安山巖和花崗巖具有相似的風(fēng)化行為，元素含量和WIG指數(shù)間的指數(shù)關(guān)系非常接近。在風(fēng)化的初期階段，花崗巖中大多數(shù)微量元素含量基本逐漸上升，而安山巖則有一個微弱的含量先下降后上升的過程，推測可能與安山巖的巖石結(jié)構(gòu)有關(guān)。在風(fēng)化的初級階段，物理風(fēng)化起主導(dǎo)作用，化學(xué)風(fēng)化處于次要地位，礦物由其棱角、裂紋、節(jié)理或解理等結(jié)構(gòu)薄弱部位開始分解、破碎。

花崗巖為侵入巖，礦物成分較為簡單，結(jié)晶程度高，結(jié)構(gòu)和構(gòu)造比較單一，礦物粒度大，容易形成黏土礦物吸附風(fēng)化過程中分離的元素，所以花崗巖風(fēng)化過程中大多數(shù)微量元素含量基本逐漸升高。安山巖為噴出巖，隱晶質(zhì)，礦物結(jié)晶較差，顆粒較細(xì)小，結(jié)構(gòu)致密，較難風(fēng)化。安山巖的風(fēng)化過程呈現(xiàn)雙階段性特點(diǎn)：在風(fēng)化的初期階段，巖石中黏土礦物含量較少，大多數(shù)微量元素的行為以淋濾為主，元素含量下降；隨著風(fēng)化程度的加深，黏土礦物含量逐漸增加，礦物風(fēng)化中分離的微

量元素被黏土礦物吸附，元素含量相對增加。前期階段相對于整個風(fēng)化過程所占比重較小，從風(fēng)化過程中元素的整體行為考慮可以認(rèn)為安山巖和花崗巖中大多數(shù)微量元素風(fēng)化行為是一致的。

結(jié)論：

通過研究山巖風(fēng)化剖面元素地球化學(xué)特征，并結(jié)合片麻巖、安山巖風(fēng)化土壤和水系沉積物粒級與元素含量的關(guān)系，取得了以下幾點(diǎn)認(rèn)識：在安山巖的風(fēng)化過程中，W、Sn、Bi、Cu、Pb、Au、Ag、As、Sb、Hg、Nb、Ta、Zr、Hf、Th、U、Li、B18項微量元素基本隨WIG風(fēng)化指數(shù)的減小亦即風(fēng)化程度的增強(qiáng)而富集，且含量富集通常達(dá)一個數(shù)量級；Zn、Sc、Y、F、Co、Ni、V、Cr、La9項元素在風(fēng)化過程中元素含量變化不大，并沒有表現(xiàn)出強(qiáng)烈的富集或虧損現(xiàn)象；Mo、Cd、Be、Rb、Ba含量隨WIG風(fēng)化指數(shù)變化情況較為復(fù)雜；Sr含量隨WIG風(fēng)化指數(shù)減小為降低。其中，W、Sn、Bi、Au、As、Sb、Zr、Hf、U、Li、Sr、La元素含量與WIG風(fēng)化指數(shù)具有較好的指數(shù)關(guān)系。

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