在国家重点研发计划等项目资助下，中国科学院广州地球化学研究所正高级工程师马金龙、研究员韦刚健带领的团队，系统揭示了花岗岩风化过程中稳定钕（Nd）同位素的分馏行为与稀土成矿的内在机制。相关成果近日发表于《地球化学与宇宙化学学报》（Geochimica et Cosmochimica Acta）。

风化淋积型稀土矿床形成示意图。研究团队供图

化学风化作用是稀土元素（REE）活化、迁移并最终富集成矿的关键地质过程。在风化淋积型稀土矿床的形成机制中，稀土元素在化学风化过程中的迁移与富集行为至关重要。近年来，Nd及其稳定同位素在表生地球化学过程中的行为受到广泛关注，众多研究表明其在指示风化过程和矿床成因方面具有巨大潜力。然而，花岗岩风化过程中稳定Nd同位素的分馏机制尚不明确，其对风化淋积型稀土矿床形成的指示意义也有待系统阐释。

针对上述问题，研究团队选取广东佛冈花岗岩风化剖面作为研究对象，对全岩及不同化学相态提取物的稳定Nd同位素组成（δ¹⁴⁶Nd）进行了系统分析，揭示了花岗岩风化过程中稳定Nd同位素的分馏机制，并评估了Nd风化通量对稀土成矿过程的影响。

数据结果显示，风化剖面全岩样品中Nd含量处于23.4-175μg之间，Nd迁移率（τ_Nd,Ti）变化范围为-47.3%-787%，研究结果表明风化层中Nd总体呈富集态势，仅在表层0-2米处有少量浸出。全岩样品的δ¹⁴⁶Nd值介于-0.063‰-0.117‰，其中Nd富集层位与δ¹⁴⁶Nd峰值区间高度重合，有力指示了同位素分馏与元素富集之间存在紧密的耦合关系。

风化产物化学分相提取分析结果表明，不同化学相态中Nd含量及占比差异显著。可交换相、活性Fe氧化物/氢氧化物和残余相中Nd含量分别为11.0-36.9 μg、1.67-12.4 μg和0.96-12.5 μg，占比分别为34.2%-66.4%、6.65%-18.8%以及1.69%-38.6%。各提取物的δ¹⁴⁶Nd值也存在明显差异：可交换相偏重，范围在0.026‰-0.061‰；残余相偏轻，范围为-0.083‰-0.036‰；结晶Fe氧化物范围是 -0.079‰-0.009‰。这一结果充分表明，不同地球化学相态在Nd同位素分馏过程中扮演着不同角色。

进一步研究发现，可交换相中富集重Nd同位素，其主要通过阳离子交换与表面外圈络合物吸附于高岭石表面。而在结晶Fe氧化物中，轻Nd同位素占据主导地位，其吸附机制涉及结构扭曲与内圈络合作用。这反映出不同相态对Nd同位素的选择性吸附是导致同位素分馏的关键过程。

基于风化通量定量化计算模型，研究团队估算出佛冈花岗岩风化过程中的Nd元素通量为 -0.22-0.27 g/cm²/Myr，由此引起的稳定Nd同位素分馏为-0.004-0.002‰。Nd通量的变化真实反映了风化过程中元素的淋失与累积动态，其中正值指示Nd的富集，与稀土成矿过程紧密相关。进一步估算表明，富含稀土元素的花岗岩风化形成具有经济价值矿床所需时间约为13-70百万年。这一时间范围与华南地区燕山期（侏罗纪-白垩纪）高分异花岗岩的形成时代高度吻合。该期花岗岩以富含稀土矿物为显著特征，在新近纪温暖湿润气候条件下经历强烈化学风化，促使稀土元素从原生矿物中释放并发生次生富集。因此，燕山期花岗岩不仅为稀土成矿提供了物质基础，其特有的地球化学属性（如高稀土含量、易风化矿物组成等）也直接决定了矿床的规模与品质。

该研究明确了不同地球化学相态对稳定Nd同位素组成的影响，揭示了吸附机制与矿物载体对同位素行为的控制作用。Nd通量分析进一步证实，花岗岩风化过程中Nd的富集是形成风化淋积型稀土矿床的关键因素。

该项成果不仅深化了人们对稀土元素表生地球化学行为的认识，也为风化淋积型稀土矿的成因机制研究和找矿预测提供了重要的同位素地球化学依据。

相关论文信息：https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.10.004