花岗岩风化过程中稳定钕同位素分馏机制及其对稀土成矿的指示意义

本研究首次系统报道花岗岩风化剖面中稳定Nd同位素（δ146Nd）的分馏行为，揭示黏土矿物与铁（氢）氧化物对Nd同位素的选择性吸附机制，建立Nd元素通量与同位素通量计算模型，为风化壳型稀土矿床（REE deposits）的形成机制提供定量化地球化学示踪新指标。

　　

Highlight

本研究通过分析花岗岩风化剖面的稳定钕同位素（δ¹⁴⁶Nd），揭示了风化过程中Nd的迁移规律与同位素分馏机制，为理解稀土元素（REE）的表生循环和风化壳型稀土矿床成因提供了关键地球化学约束。

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Study Area and Samples

研究区佛冈花岗岩基是南岭地区规模最大的岩体，出露面积约6000 km²，锆石U-Pb年龄为165–155 Ma。岩性以中粗粒斑状黑云母花岗岩为主，属于高钾钙碱性系列，主要矿物包括石英、钾长石、斜长石和黑云母。

Analytical Methods

前人对该风化剖面已开展矿物学和地球化学研究（Wang et al., 2018b）。本次实验在中国科学院广州地球化学研究所深地过程与资源重点实验室完成，采用连续提取法分离不同赋存形态的Nd，并通过多接收器电感耦合等离子体质谱（MC-ICP-MS）测定δ¹⁴⁶Nd值。

Nd Concentrations and δ¹⁴⁶Nd Values in Bulk Saprolites

未风化基岩的Nd浓度为58.0–68.0 μg/g，而风化壳中Nd浓度变化范围显著（23.4–175 μg/g）。δ¹⁴⁶Nd值在风化壳中呈现系统性分馏（-0.063‰至0.117‰），且与¹⁴³Nd/¹⁴⁴Nd比值变化趋势一致。

Discussion

风化过程中，高岭石表面通过内层/外层络合作用选择性吸附轻/重Nd同位素，导致δ¹⁴⁶Nd值分异。铁氧化物中，水铁矿偏好吸附重Nd同位素，而赤铁矿与针铁矿富集轻同位素。Nd通量计算显示，正通量区与稀土富集段高度吻合，证实持续风化驱动的Nd再活化是稀土成矿的关键。

Conclusions

花岗岩风化剖面中Nd的活化与稳定同位素分馏受黏土矿物和铁氧化物吸附机制控制。δ¹⁴⁶Nd可作为稀土富集过程的高灵敏度示踪剂，通量模型为表生环境下稀土成矿动力学竞争机制提供了量化框架。