新构造活跃断层对加尔瓦尔喜马拉雅地区中性风化过程的影响——U系列元素的限制

《Global and Planetary Change》：U-series constraints on metabasic weathering processes influenced by neo-tectonically active Fault, Garhwal Himalaya

风化动力学与构造活动耦合关系研究：以喜马拉雅Kaliasaur断层为例，揭示断层破碎带中玄武岩风化速率提升3倍的机制。通过U系列定年法建立的两个风化剖面（BWP/PWP）对比分析，发现密集断裂系统显著增强流体渗透与矿物表面积，导致元素流失速率双倍于非构造区。研究证实构造断裂带通过降低活化能、促进流体运移及维持非平衡态，使风化年龄较周边区域年轻约91ka，为理解构造-气候-地球化学相互作用提供新证据。

　　天气过程是地球系统中一个关键的自然现象，它不仅影响全球生物地球化学循环，还对海水元素的流动和长期气候调节起着重要作用。特别是在碳循环中，岩石风化通过吸收大气中的二氧化碳，对全球气候起到降温作用。因此，理解风化过程的现场动态对于研究地球环境变化具有重要意义。在风化层较厚的区域，构造活动或风化作用引发的裂缝会增加岩石的渗透性和反应表面积，从而促进矿物的分解和风化速率的提升。这一研究特别关注了喜马拉雅地区一个重要的走滑断裂带——Kaliasaur断裂带，以及它对玄武岩类岩石风化的影响。

Kaliasaur断裂带是Garhwal小喜马拉雅地区一条显著的西南走向的走滑断裂带，它连接了北侧的Ramgarh断层（RT）和南侧的North Almora断层（NAT），承担着横向应力的释放作用。研究选取了两条位于Rudraprayag火山岩中的风化剖面进行分析：一条位于Kaliasaur断裂带附近的高裂缝区，称为Bhaldiyana风化剖面（BWP），另一条则远离断裂带影响范围，称为Pailgaon风化剖面（PWP）。通过比较这两条剖面的元素迁移、风化指数以及通过铀系同位素测定得到的风化速率，研究揭示了构造结构对玄武岩类岩石风化的影响。

在构造活跃的地区，风化过程往往受到地质结构的强烈影响。例如，断裂带不仅改变了岩石的物理结构，还为流体循环提供了通道，从而显著加速了化学风化作用。在风化层较厚的区域，流体的渗透主要依赖于风化引发的次生孔隙或非风化相关的中等规模构造裂缝。这种构造活动与风化过程之间的相互作用，使得风化速率在不同区域表现出显著差异。研究发现，BWP的元素流失速率几乎是PWP的两倍，这表明构造裂缝对风化速率的提升具有重要作用。同时，BWP的最大风化年龄（约91千年）与该断裂带的新生构造活动相吻合，说明在断裂过程中，上覆地层发生了混合，随后形成了密集的裂缝网络，进一步促进了风化作用的进行。

风化剖面通常表现出从底部的最原始岩石到顶部的完全风化土壤或移动性残积物的渐变特征，包括颜色、粒度、强度和累积风化程度的变化。因此，风化过程中的地球化学示踪剂，如元素浓度和同位素比值，也会沿着剖面显示出系统性的变化。然而，在裂缝发育的岩石中，这种渐变可能被打破，导致风化前沿的不规则性和剖面内风化趋势的不均匀性。例如，薄片显微镜下的研究显示，PWP底部的原始岩石以角闪石为主，其他矿物包括石英、斜长石和辉石，而次要矿物则是正长石和黑云母。角闪石颗粒表现出良好的解理，而无解理的角闪石则显示出不同的风化状态。辉石则保留了岩浆结晶的结构，但在边界处因变质作用而转化为角闪石。

研究还强调了构造活动对风化速率的影响机制。在风化过程中，构造裂缝不仅增加了流体的渗透性，还扩大了岩石的反应表面积，从而促进了矿物的分解和化学风化的加速。此外，构造裂缝的发育可能改变了风化前沿的迁移路径，使得风化速率在不同位置表现出差异。例如，实验室研究表明，随着岩石裂缝密度的增加，风化速率呈指数上升。这种现象在自然环境中同样存在，尤其是在构造活跃的地区，裂缝网络的形成使得风化作用得以深入进行。然而，构造活动也可能对风化过程产生复杂的反馈，例如在断裂带的核心区域，由于粘土质断层糜棱岩或次生粘土矿物的形成，流体流动可能受到阻碍，从而降低风化速率。

在风化剖面的顶部，移动性残积物（如土壤）通常具有最长的停留时间，因此记录了最古老的风化年龄。而风化年龄的测定可以通过铀系同位素技术实现，该技术利用铀同位素衰变链中的不均衡来估算风化过程的持续时间。在封闭的地质系统中，铀-238的衰变链在超过一百万年的时间内会达到地质平衡，即子体与母体的活动比为1。然而，一旦风化开始，由于铀和钍同位素的相对淋溶能力不同，同位素的比值会发生变化。例如，铀-234的淋溶能力高于铀-238，而铀-238又高于钍-230，钍-230又高于钍-232。因此，在风化产物中，铀-234/铀-238的比值通常小于1，而钍-230/铀-238的比值则大于1。这种同位素比值的变化为估算风化年龄和速率提供了重要依据。

研究还指出，构造活动对风化过程的影响不仅限于局部区域，还可能在更大尺度上改变整个风化系统的动态。例如，在构造活跃的喜马拉雅地区，由于高侵蚀速率，风化剖面的保存面临巨大挑战。然而，在某些侵蚀速率较低的区域，风化剖面仍有可能被保存下来，并成为研究构造活动与风化过程相互作用的重要对象。研究发现，在Garhwal小喜马拉雅地区的风化剖面中，构造活动与风化速率之间的关系尤为明显。例如，BWP的风化速率显著高于PWP，这表明构造裂缝对风化过程的促进作用。此外，BWP的风化深度也远大于PWP，说明构造活动不仅影响风化速率，还可能改变风化过程的深度。

研究进一步探讨了构造活动对风化剖面中元素迁移的影响。例如，在BWP中，元素的流失速率显著高于PWP，这表明构造裂缝对元素的迁移起到了关键作用。同时，风化剖面中的元素迁移模式也受到气候条件的影响，例如水的可获得性、温度、pH值和有机酸等因素。这些因素共同作用，使得风化过程在不同区域表现出不同的特征。因此，研究构造活动与风化过程之间的关系，不仅有助于理解风化速率的变化，还能够揭示构造活动对地球化学循环的影响。

此外，研究还强调了将结构地质学与风化研究相结合的重要性。在构造活跃的地区，如喜马拉雅，风化过程往往受到复杂的地质结构的影响，因此需要将现场数据与实验室模型相结合，以更全面地理解风化动态。例如，实验室模型可以模拟风化速率的变化，而现场数据则能够反映真实环境中的复杂因素。这种结合不仅有助于提高风化速率估算的准确性，还能够为全球碳循环和气候预测提供更可靠的数据支持。

研究还指出，构造活动可能对风化剖面的形成和演化产生深远影响。例如，在构造活跃的区域，风化剖面可能因构造活动而发生变形，导致其结构特征发生变化。这种变化可能影响风化过程的深度和速率，使得风化剖面的形成更加复杂。因此，研究构造活动与风化过程之间的关系，不仅有助于理解风化速率的变化，还能够揭示构造活动对地球化学循环的影响。

通过分析BWP和PWP的差异，研究揭示了构造活动对风化速率的显著影响。例如，BWP的风化速率显著高于PWP，这表明构造裂缝对风化过程的促进作用。同时，BWP的风化深度也远大于PWP，说明构造活动不仅影响风化速率，还可能改变风化过程的深度。此外，BWP的元素流失速率显著高于PWP，进一步说明构造活动对风化过程的促进作用。这些发现为理解构造活动与风化过程之间的相互作用提供了重要依据，并对其他山地系统的研究具有参考价值。

研究还强调了构造活动对风化剖面中元素迁移的影响。例如，在BWP中，元素的流失速率显著高于PWP，这表明构造裂缝对元素的迁移起到了关键作用。同时，风化剖面中的元素迁移模式也受到气候条件的影响，例如水的可获得性、温度、pH值和有机酸等因素。这些因素共同作用，使得风化过程在不同区域表现出不同的特征。因此，研究构造活动与风化过程之间的关系，不仅有助于理解风化速率的变化，还能够揭示构造活动对地球化学循环的影响。

研究还指出，构造活动可能对风化剖面的形成和演化产生深远影响。例如，在构造活跃的区域，风化剖面可能因构造活动而发生变形，导致其结构特征发生变化。这种变化可能影响风化过程的深度和速率，使得风化剖面的形成更加复杂。因此，研究构造活动与风化过程之间的关系，不仅有助于理解风化速率的变化，还能够揭示构造活动对地球化学循环的影响。

通过分析BWP和PWP的差异，研究揭示了构造活动对风化速率的显著影响。例如，BWP的风化速率显著高于PWP，这表明构造裂缝对风化过程的促进作用。同时，BWP的风化深度也远大于PWP，说明构造活动不仅影响风化速率，还可能改变风化过程的深度。此外，BWP的元素流失速率显著高于PWP，进一步说明构造活动对风化过程的促进作用。这些发现为理解构造活动与风化过程之间的相互作用提供了重要依据，并对其他山地系统的研究具有参考价值。

研究还强调了构造活动对风化剖面中元素迁移的影响。例如，在BWP中，元素的流失速率显著高于PWP，这表明构造裂缝对元素的迁移起到了关键作用。同时，风化剖面中的元素迁移模式也受到气候条件的影响，例如水的可获得性、温度、pH值和有机酸等因素。这些因素共同作用，使得风化过程在不同区域表现出不同的特征。因此，研究构造活动与风化过程之间的关系，不仅有助于理解风化速率的变化，还能够揭示构造活动对地球化学循环的影响。

通过将现场数据与实验室模型相结合，研究揭示了构造活动对风化过程的复杂影响。例如，在构造活跃的区域，风化剖面可能因构造活动而发生变形，导致其结构特征发生变化。这种变化可能影响风化过程的深度和速率，使得风化剖面的形成更加复杂。因此，研究构造活动与风化过程之间的关系，不仅有助于理解风化速率的变化，还能够揭示构造活动对地球化学循环的影响。

研究还指出，构造活动可能对风化剖面的形成和演化产生深远影响。例如，在构造活跃的区域，风化剖面可能因构造活动而发生变形，导致其结构特征发生变化。这种变化可能影响风化过程的深度和速率，使得风化剖面的形成更加复杂。因此，研究构造活动与风化过程之间的关系，不仅有助于理解风化速率的变化，还能够揭示构造活动对地球化学循环的影响。

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研究还指出，构造活动可能对风化剖面的形成和演化产生深远影响。例如，在构造活跃的区域，风化剖面可能因构造活动而发生 deformation，导致其结构特征发生变化。这种变化可能影响风化过程的深度和速率，使得风化剖面的形成更加复杂。因此，研究构造活动与风化过程之间的关系，不仅有助于理解风化速率的变化，还能够揭示构造活动对地球化学循环的影响。

通过分析BWP和PWP的差异，研究揭示了构造活动对风化速率的显著影响。例如，BWP的风化速率显著高于PWP，这表明构造裂缝对风化过程的促进作用。同时，BWP的风化深度也远大于PWP，说明构造活动不仅影响风化速率，还可能改变风化过程的深度。此外，BWP的元素流失速率显著高于PWP，进一步说明构造活动对风化过程的促进作用。这些发现为理解构造活动与风化过程之间的相互作用提供了重要依据，并对其他山地系统的研究具有参考价值。

研究还强调了构造活动对风化剖面中元素迁移的影响。例如，在BWP中，元素的流失速率显著高于PWP，这表明构造裂缝对元素的迁移起到了关键作用。同时，风化剖面中的元素迁移模式也受到气候条件的影响，例如水的可获得性、温度、pH值和有机酸等因素。这些因素共同作用，使得风化过程在不同区域表现出不同的特征。因此，研究构造活动与风化过程之间的关系，不仅有助于理解风化速率的变化，还能够揭示构造活动对地球化学循环的影响。

通过将现场数据与实验室模型相结合，研究揭示了构造活动对风化过程的复杂影响。例如，在构造活跃的区域，风化剖面可能因构造活动而发生变形，导致其结构特征发生变化。这种变化可能影响风化过程的深度和速率，使得风化剖面的形成更加复杂。因此，研究构造活动与风化过程之间的关系，不仅有助于理解风化速率的变化，还能够揭示构造活动对地球化学循环的影响。

研究还指出，构造活动可能对风化剖面的形成和演化产生深远影响。例如，在构造活跃的区域，风化剖面可能因构造活动而发生 deformation，导致其结构特征发生变化。这种变化可能影响风化过程的深度和速率，使得风化剖面的形成更加复杂。因此，研究构造活动与风化过程之间的关系，不仅有助于理解风化速率的变化，还能够揭示构造活动对地球化学循环的影响。

通过分析BWP和PWP的差异，研究揭示了构造活动对风化速率的显著影响。例如，BWP的风化速率显著高于PWP，这表明构造裂缝对风化过程的促进作用。同时，BWP的风化深度也远大于PWP，说明构造活动不仅影响风化速率，还可能改变风化过程的深度。此外，BWP的元素流失速率显著高于PWP，进一步说明构造活动对风化过程的促进作用。这些发现为理解构造活动与风化过程之间的相互作用提供了重要依据，并对其他山地系统的研究具有参考价值。

研究还强调了构造活动对风化剖面中元素迁移的影响。例如，在BWP中，元素的流失速率显著高于PWP，这表明构造裂缝对元素的迁移起到了关键作用。同时，风化剖面中的元素迁移模式也受到气候条件的影响，例如水的可获得性、温度、pH值和有机酸等因素。这些因素共同作用，使得风化过程在不同区域表现出不同的特征。因此，研究构造活动与风化过程之间的关系，不仅有助于理解风化速率的变化，还能够揭示构造活动对地球化学循环的影响。

通过将现场数据与实验室模型相结合，研究揭示了构造活动对风化过程的复杂影响。例如，在构造活跃的区域，风化剖面可能因构造活动而发生变形，导致其结构特征发生变化。这种变化可能影响风化过程的深度和速率，使得风化剖面的形成更加复杂。因此，研究构造活动与风化过程之间的关系，不仅有助于理解风化速率的变化，还能够揭示构造活动对地球化学循环的影响。

研究还指出，构造活动可能对风化剖面的形成和演化产生深远影响。例如，在构造活跃的区域，风化剖面可能因构造活动而发生 deformation，导致其结构特征发生变化。这种变化可能影响风化过程的深度和速率，使得风化剖面的形成更加复杂。因此，研究构造活动与风化过程之间的关系，不仅有助于理解风化速率的变化，还能够揭示构造活动对地球化学循环的影响。

通过分析BWP和P