中国沙漠的同位素分区特征

中国沙漠的同位素分区特征中国沙漠的同位素分区特征第36卷第5期2007年9月膨砧fGEoCHn们_CAVo1.36,No.5,516—524Sept..2Oo7中国沙漠的同位素分区特征饶文波4,李高军3,季峻峰3杨杰东,2陈骏3,(1.南京大学现代分析中心,江苏南京210093;2.南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室,江苏南京210093;3.南京大学地球科学系,江苏南京210093;4.河海大学科学研究院同位素水文研究所,江苏南京210098)摘要:系统采集了中国lO个主要沙漠或沙地(塔克拉玛干沙漠,巴丹吉林沙漠,腾格里沙漠,柴达木沙漠,毛乌素沙漠,库布齐沙漠,古尔班通古特沙漠,浑善达克沙地,科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地)样品,并在黄土高原西峰,环县和洛川剖面采集了马兰黄土(L1)样品.通过选择合适的粒级和样品处理方法,对样品酸不溶物进行了Nd和Sr同位素组成的测定.测定结果表明,中国10个沙漠或沙地的Nd同位素组成a(O)的变化范围大,为一1.2一一17.2.根据Nd同位素组成范围,l0个沙漠或沙地的s酣(0)从高到低可以分为4个区域:AI:古尔班通古特沙漠和呼伦贝尔沙地(一1.2,一4.0);A2:浑善达克沙地和科尔沁沙地(一4.4一一7.0);B:塔克拉玛干沙漠,柴达木沙漠,巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠(一7.4一一11.7);c:毛乌素沙漠和库布齐沙漠(一11.8一一17.2).中国沙漠Nd同位素组成的分区性与中国北方的大地构造和山脉分布密切相关,并表明中国沙漠具有近源性,即沙漠物质主要来源于其邻近周围的山脉和基底岩石的风化侵蚀.通过对比,黄土高原黄土Nd和sr同位素组成与柴达木沙漠和阿拉善高原的沙漠(腾格里和巴丹吉林沙漠)相同,而与其他沙漠不同.塔克拉玛干沙漠碳同位素组成为0.19%o,0.629'00;柴达木沙漠,巴丹吉林沙漠和黄土高原马兰黄土碳同位素组成都落在1.20‰,2.40‰之内.黄土高原马兰黄土碳同位素组成与柴达木沙漠和巴丹吉林沙漠相类似,而与塔克拉玛干沙漠不同.本次研究为Liueta1.(1996)的推论,即黄土高原黄土物质最终来源于青藏高原东北缘,提供了一个有力的同位素证据.关键词:沙漠;黄土;Nd同位素;黄土高原;青藏高原中图分类号:P597文献标识码:A文章编号:0379—1726(2007)05—0516—09IsotopicpartitioncharacteristicsofChinesedesertsYANGJie—dong',CHENJun,RAOWen-be4,LIGao-jun3andJIJun—feng1.CenterofModemAnalysis,NanjingUniversity,Nanying210093,Ch/na;2.StateKeyLaboratoryfoTMineralDepositsResearch,N?|Unieemity,Nanjing210093,China;3.DepartmentofEachSciences,NanfingUniversity,咖210093,China;4.1mtit~eofhe.pcHydrology,ResearchAcademyofHohaiUniversity,?Canting210098,ChinaAbstract:NdandSrisotopiccompositionsoftenChinesedeserts(theTaklimakanDesert,theGurbantttnggtitDesert,theQaidamDesert,theBadainJaranDesert,theTenggerDesert,theHobqDesert,theManUsDesert,theOnqinDagasandyland,theHorqinsandyland,andtheHunlunBuirsandyland)andL1loessofthreesectionsintheLoessPlateauhavebeinvestigatedbyselectingsuitablegrainsizeandsampletreatmentmethod.TheresultsshowthatthechangerangeofeNd(O)valuesofthetendesertsisgreat,from一1.2to一17.2.AndtheireNd(O)valuesarecharacterizedbylocalchange.BasedonNdisotopiccompositions,thetendesertscanbedividedintofourregions:(1)theGurbantiinggUtDesertandtheHunhnBuirsandyland(一1.2一一4.0),(2)theOnqinDagasandylandandtheHorqinsandyland(一4.4_一一7.0),(3)theTaklimakanDesert,theQaidamDesert,theBadainJaranDesertandtheTenggerDesert(一7.4一一11.7),and(4)theHobqDesertandtheManUsDesert(一11.8一一17.2).ThelocalcharacteristicsoftheNdandSrisotopesoftheChinesedesertsisrelatedtothedistributionofmountainrangesandtectonics.andthesourcematerialsmaybederivedfromsituweatheringof收稿日期(Received):2006—12—31;改回日期(Revised):2007—04—28;接受日期(Accepted):2007—05—25基金项目:国家自然科学基金(4033loo1,40473009)作者简介:杨杰东(1944一),男,教授,博士生导师,同位素地球化学和同位素地质年代学专业.女通讯作者(Correspondingauthor):YANGJie—dong,E—mail:jdyang@nju.edu.ell,Tel:+86—25—83592703GeochimicaIVo1.36INo.5lPP.516—524ISept.,2007第5期杨杰东等:中国沙漠的同位索分区特征517rocksaroundthemountains.TheNdandSrisotopiccompositionsoftheloessonthecentralLoessPlateauareidenticaltothoseoftheBadainJaranDesert,theTenggerDesertandtheQaidamDesert.ThisimpliesthattheloessonthecentralLoessPlateau,theBadainJaranDesertandtheTenggerDeserthassamesourceregion,i.e.northeasternpartoftheXizang—QinghaiPlateauwheretheQaidamDesertislocated.Keywords:desert;loess,Ndisotope;LoessPlateau;Xizang—QinghaiPlateau0引言我国是沙漠分布最广的国家之一.从西北,华北到东北西部形成一条弧形沙漠带,南北宽600km,东西长4000km,面积达70多万km2.我国北方分布的沙漠,以贺兰山为界,西有塔克拉玛干沙漠,古尔班通古特沙漠,柴达木沙漠,巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠,东有库布齐沙漠,毛乌素沙漠,浑善达克沙地,科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地n】.这些沙漠物质可能来自河湖相沉积物,来自各种基岩的风化,还可能来自上风方向的其他沙漠.其形成机制可能有冰川研磨,霜冻,盐化,风蚀,河流冲刷,构造剥蚀和化学风化等.这些来源不同,形成机制各异的物质在沙漠区聚集混合以后,其较细的颗粒组分可能又被冷空气流带到其下风方向堆积成厚度不等的黄土【2】.中国沙漠的形成和演化,既与大地构造隆升有关,又与气候变化和大气环流方式密切相关,而且对我国经济发展和环境治理有重要影响.近年来,利用同位素示踪手段,对我国沙漠的研究有了一定的进展【3】,但多集中于塔克拉玛干沙漠,而对其他沙漠的同位素地球化学研究非常薄弱.对各个沙漠进行同位素特征的研究是重要的基础性的工作之一,通过它,可以对揭示物质的成因机制,确定物质的源区,追踪来源物质的迁移路径,了解沙漠的形成和演化等方面提供新的认识,并可能对重建过去大气环流的演变历史具有重要的科学意义.本研究拟通过选择合适的样品和样品处理方法,对我国10个主要沙漠或沙地(塔克拉玛干沙漠,巴丹吉林沙漠,腾格里沙漠,柴达木沙漠,毛乌素沙漠,库布齐沙漠,古尔班通古特沙漠,浑善达克沙地,科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地)的沙样,以及对黄土高原西峰,环县和洛川剖面马兰黄土(L)样品的酸不溶物进行Sr—Nd同位素组成测定,并探讨Sr-Nd同位素组成与大地构造的关系,以及对黄土高原黄土源区的可能意义.1采样位置在我国10个主要沙漠或沙地进行了采样,它们是:位于塔里木盆地的塔克拉玛干沙漠,位于准噶尔盆地的古尔班通古特沙漠,位于阿拉善高原的巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠,位于青藏高原东北缘柴达木沙漠,位于鄂尔多斯高原的毛乌素沙漠和库布齐沙漠,以及位于内蒙古东部的浑善达克沙地,科尔沁沙地和呼伦贝尔沙地(图1).沙漠样品采样深度约为地表以下20cm.在黄土高原西峰,环县和洛JJI剖面采集了马兰黄土(L.)样品.对沙漠,沙地和黄土高原黄土的采样位置见图1.2样品选择和实验方法2.1沙漠样品粒级选择由于黄土高原黄土的粒级绝大部分在<75m范围,所以对所测定的沙漠样品的粒级也选择在<75,剔除粗颗粒部分(>75m).因此,本次对沙漠或沙地样品测定的同位素组成反映的是沙漠<75m部分的特征.2-2Sr和Nd同位素测定样品的处理方法黄土中的sr主要赋存在两类矿物中.一类是来自源区的碎屑矿物,例如云母,长石,粘土矿物和白云石;另一类是方解石.黄土中的方解石已被证明主要是在成壤阶段中形成的次生矿物,因此其sr同位素组成反映化学风化和成壤作用的信息【7引.所以,采用全岩样品来测定sr同位素组成,必然包含方解石所载有的化学风化和成壤作用的信息,不能反映源物质特征.对黄土样品进行的一系列酸淋洗实验[9-101已证明,用弱醋酸(0.5mol/L)淋洗,可以有效地去除黄土中的方解石,而对云母,粘土矿物,长石和自云石等碎屑矿物结构的破坏程度可以忽略.这样,酸淋洗后不溶部分的sr同位素组成代表原风尘物质的信息.YANG,lie—dongeta1.:IsotopicpartitioncharacteristicsofChinesedeserts518膨砧让2007年l图1中国10个沙漠或沙地和黄土高原西峰,环县,洛川剖面的采样位置以及Nd同位素组成测定值Fig.1SamplinglocationsanddeterminedNd(0)valuesoftenChinesedesertsandsendylandsandtheXifeng,HuatLxianandLuochu.anprofilesiIlChineseLoessPlateau研究已经证明,黄土样品的Nd同位素组成不受风化作用,成壤作用和冬季风粒度分选作用的影响[1卜】,具有最好的源区物质指示意义.因此,对沙漠沙(<75m)和马兰黄土样品,用0.5mol/L醋酸淋洗后,进行Sr和Nd同位素组成测定.2.3黄土高原黄土样品的选择本次采集的地表沙漠沙一般认为是在几万年内形成的(例如,Sun[H和Yangeta1.[15).黄土高原马兰黄土(L)是末次冰期形成的.因此,本次测定的马兰黄土样品在形成时代,粒级分布和所处的东亚季风环境等方面都与本次研究的沙漠样品相近.本次实验采用酸不溶物部分,尽可能消除风化作用和成壤作用的影响,以便最可能接近源物质的特征.2.4沙漠和黄土样品的Sr.Nd同位素实验方法将采集的沙漠样品轻轻敲碎后,用湿筛法和离心法去除>75m部分.对沙漠样晶<75部分和敲碎后的黄土样品,用0.5mol/L醋酸浸泡4h,将酸不溶物烘干,研磨至200目,分为两份,分别供Nd和Sr同位素测定.sr和Nd的分离采用标准离子交换方法.Sr和Nd同位素比值在南京大学现代分析中心VG354表面热电离同位素质谱仪上测定.本次实验中对NBS987标样测定值为St/.Sr=0.710340?0.000040(标准化值Sr/键Sr=0.1194);对LaJ0l1a标样测定值为"Nd/Nd=0.511840?0.000008(标准化值"Nd/Nd=0.7219).化学分析空白:对Sr是<1ng,对Nd是<60Pg.2.5白云石的鉴定和C.o同位素实验方法将沙漠和黄土样品用玛瑙钵研磨至200目以下,在南京大学现代分析中心D/MAX—RA型x射线衍射仪中测量矿物组成(Cu靶,电压为40kV,电流为80mA).先在每个沙漠选取部分样品进行全角度扫描,在确定主要矿物为石英,钾长石,斜长石,方解石和白云石后,集中对26.一31.5.区域进行慢速测量.为区别白云石和方解石,对样品进行醋酸(0.5mol/L,4h)和热盐酸(3mol/L,80oC,1h)溶解处理.方解石可以在醋酸和盐酸中完全溶解,而白云石不能,只能在盐酸中完全溶解【9】.对比醋酸和盐酸溶解前后的X射线衍射图谱,可以确定20为29.45.处的峰为方解石104面的衍射峰,20为30.95.处的峰为白云石104面的衍射峰.对于含有白云石的沙漠和黄土样品,用0.5mol/L醋酸浸泡4h完全溶解方解石,溶解后的样品中只剩下白云石.白云石的同位素分析采用磷酸法.将醋酸溶解后的残余物用玛瑙钵研磨至200目以下,然后与100%磷酸在75?的恒温水浴槽中反应2h以上,反应释放的COz用液氮冷阱收集,收集的气体在MAT251质谱仪中测定C一0同位素比值.C—O同位素比值用相对于PDB标准的千分数艿C和埔O表示.分析方法的标准偏差为0.2%o.GeochimicalVo1.36lNo.5IPP.516—524ISept.,2007第5期杨杰东等:中国沙漠的同位素分区特征519C:鄂尔多斯高原(毛乌素沙漠和库布齐沙漠)3结果和讨论(一11.8,一17.2).10个沙漠样品和黄土高原马兰黄土样品酸不溶物盯St/.Sr和143Nd/甜Nd的测定结果见表1.3.1中国沙漠Nd同位素特征的分区性从表1可以看出,我国沙漠的Nd同位素组成a(0)的变化范围大,为一1.2一一l7.2.根据(0)变化范围,10个沙漠或沙地从高到低可以分为A1,A2,B和C四个区域(图2).A1:古尔班通古特沙漠和呼伦贝尔沙地(一1.2一一4.0);A2:浑善达克沙地和科尔沁沙地(一4.4,一7.0);B:塔克拉玛干沙漠,柴达木沙漠和阿拉善高原(巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠)(一7.4,一11.7);在图2中,A1,A2,B和C四个区域Nd同位素组成8~d(0)范围从高到低,而Sr同位素组成范围从低到高,Nd和Sr同位素组成大体上呈负相关关系.但是在每两个区域之间,Sr同位素组成都有一部分重叠,表明与Nd同位素相比,sr同位素的分区性差一些.这是因为,虽然样品经过了酸处理去除了碳酸盐,但是在风化淋滤作用下,硅酸盐矿物中的st(特别是放射成因Sr)有一些丢失,使得sr同位素比值发生了变化.但是硅酸盐矿物中的Nd同位素却非常抗化学风化,Nd同位素组成没有变化,因此Nd同位素可以很好地应用于沙漠沙的物源区的示踪.3.2同位素特征分区性与大地构造格局中国10个沙漠或沙地Nd同位素组成的分区性与中国北方的地块构造,缝合带和造山作用形成表1中国沙漠沙和黄土高原马兰黄土(LI)采样位置和样品酸不溶物Sr/新Sr和".Nd/Nd测定结果Table1SamplinglocationsofdesertsandintenChinesedesertsandsandylandsandL1loessinChineseLoessPlateau.andthedeterminedSrandNdisotopiccompositionsfortheacid—insolubleresiduesofsamples(<75m)YANGJie—dongeta1.:Isotopicpartitioncharacteristicso/Chinesedeserts520膨销fe2007年环县150西峰5洛川.2l07.32l07.6O109.6036.6235.7835.85k黄土LI黄土LI黄土O.718277?90.718417?240.718258----.14O.5O.5O.536?64?26?一9.7—9.2一lO.0注:sr同位素标准化值St/Sr=0.1194;Nd同位素标准化值Nd/Nd=0.7219.标准偏差为?2.Nd(O)=【('43Nd/'44Nd)一pk/(14Nd/~Nd)caon一1】×104,(43Nd/44Nd)cHuR=0.512638.Note:Srisotopicratioswerenormalizedto86St/..Sr=O.1194.NdisotopicratiosweTenormalizedto.46Nd/44Nd=0.7219.StandardelTOrS:?20I?.GeochimicaIVo1.36INo.5lpp.516,524lSept.,2007第5期杨杰东等:中国沙漠的同位索分区特征521图2中国lO个沙漠或沙地Nd,Sr同位素分区和黄土高原马兰黄土Nd,Sr同位素组成范围Fig.2Rangesof8Nd(O)andSr/SSSrvaluesoffortenChinesedesertsandsandylandsandLlloessinChineseLoessPlateau的山脉分布有关(图1).中国大陆是由一些小板块(或陆块;minicontinent)和众多微板块(或地块;microntinent)及其间的褶皱带(造山带)组合而成,这些板块和地块被称为古中华板块群,它们通过多次碰撞和聚合最终形成中国复式大陆(compositecontinent)n).在中国北方,有华北板块(或中朝板块),塔里木板块,柴达木地块,阿拉善地块,准格尔地块等.古亚洲洋的演化可以分为元古亚洲洋(800Ma封闭),早古亚洲洋(500Ma封闭)和晚古亚洲洋(300Ma封闭)三个阶段.到了石炭纪晚期,随着古亚洲洋的封闭,古中华板块群与西伯利亚,俄罗斯地台相连,成为古亚欧大陆的一部分n.天山一阴山一大兴安岭造山带就是由中国板块(华北板块和塔里木板块)与西伯利亚板块碰撞形成,它包含原初古洋壳物质,并广泛分布有喷发性玄武岩.同位素A1区的古尔班通古特沙漠和呼伦贝尔沙地位于天山一阴山一大兴安岭造山带上,因此具有最高的8(0)值和最低的盯Sr/Sr比值;同位素A2区(浑善达克沙地和科尔沁沙地)位于该缝合带附近,也具有较高的8d(0)值和较低的盯Sr/嘶Sr比值.同位素c区的毛乌素沙漠和库布齐沙漠所处的鄂尔多斯高原位于华北板块之上.华北板块是在元古宙和震旦纪形成的中国境内时代最古老的稳定板块,因而同位素c区具有最低的(0)值和较高的0sr/Sr比值.同位素B区的塔克拉玛干沙漠,柴达木沙漠,巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠分别位于塔里木板块,柴达木板块和阿拉善板块之上.这三种板块具有新元古代变质基底,但广泛分布有古生代造山带,在早二叠世也曾发生大规模的玄武岩喷发,致使它们具有中等的8Nd(O)值和.sr/跖sr比值.在众多板块和地块聚合形成中国复式大陆期间曾发生多次碰撞而引起强烈的造山作用,致使在这些板块和地块周边分布高山或山脉.天山和阿尔泰山包围了位于准噶尔地块之上的古尔班通古特沙漠,昆仑山和天山等包围位于塔里木板块之上的塔克拉玛干沙漠,昆仑山,阿尔金山和祁连山包围位于柴达木地块之上的柴达木沙漠,祁连山,贺兰山,北山和戈壁阿尔泰山包围位于阿拉善地块之上的巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠,贺兰山,阴山和吕梁山包围位于华北板块之上的鄂尔多斯高原的毛乌素沙漠和库布齐沙漠,大兴安岭,阴山和燕山分别将浑善达克沙地和科尔沁沙地与周围隔开,并与呼伦贝尔沙地相分离.YANGJie—dongeta1.:IsotopicpartitioncharacteristicsofChinesedeserts膨弦让孥2007年3.3中国沙漠物质的近源性本次研究揭示的我国各个沙漠的Nd和sr同位素组成不尽相同,都有其特征性,表明这些沙漠物质主要不是从很远处搬运过来的,而是具有近源性.古尔班通古特沙漠和呼伦贝尔沙地具有最高的Nd同位索组成和最低的盯Sr/.Sr比值,这清楚表明其物质只可能主要来源于原初古洋壳物质,以及广泛分布有喷发性玄武岩的天山一北山一阴山一大兴安岭造山带及其附近地区的岩石.柴达木沙漠位于柴达木盆地之中,位于青藏高原之上的柴达木沙漠物质很明显只可能来源于柴达木盆地周边的昆仑山,阿尔金山和祁连山.本次研究证明,位于青藏高原的东北缘以北的巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠的Nd和sr同位素组成与柴达木沙漠一致,这意味着巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠物质很可能与柴达木沙漠一样也来自相邻的青藏高原东北缘.鄂尔多斯高原的毛乌素沙漠和库布齐沙漠具有最低的Nd同位素组成和较高的.Sr/.Sr比值,这也清楚表明其物质来源主要是这两个沙漠所在的古老的华北板块基底物质.另外,Changeta1.[3通过同位素,元素和矿物学研究也证明了塔克拉玛干沙漠的沙物质主要来源于塔里木盆地南面的昆仑山和北面的天山.以上都表明,我国各个沙漠物质都是来源于其邻近周围的山脉和所处板块基底岩石.3.4同位素特征分区对黄土高原黄土物源区的意义对黄土高原黄土物源区通常通过两条途径进行研究:一条途径是通过野外观察或研究现代风尘来探讨黄土源区;另一条途径是直接对黄土高原黄土进行研究,特别是通过同位素手段进行研究.Liuet.f1引对塔克拉玛干沙漠,古尔班通古特沙漠,中国东北和黄土高原样品进行了Nd,Sr和ce同位素测定,认为塔克拉玛干沙漠可能是黄土高原黄土的一个源区.Galleteta1.[191和Jahneta1.分别对黄土高原洛川和西峰,吉县剖面进行了Nd—Sr同位素和REE的研究,得出距今0.80Ma以来黄土高原黄土来自一个均一的源区的结论.但是,黄土高原风尘堆积至少在距今7Ma之前就开始了,他们研究的时间跨度太短.Sun[卜采集了塔里木盆地,准噶尔盆地,柴达木盆地和黄土高原黄土样品,使用sr同位素,化学和矿物学分析,并结合现代大气环流方向,得出结论:蒙古人民共和国南面的戈壁,以及邻近的中国黄土高原北边的戈壁和沙漠(巴丹吉林沙漠,腾格里沙漠,乌兰布和沙漠,库布齐沙漠和毛乌素沙漠)是中国黄土高原黄土的主要源区.但是,他没有提供Nd同位素的数据.最近,Hondaeta1.…采集了塔克拉玛干沙漠,古尔班通古特沙漠,腾格里沙漠和毛乌素沙漠以及一些地区的黄土样品,进行了Nd,sr同位素和元素的测定,得出结论:黄土高原黄土来自塔里木盆地.但是他们是用全岩样品测定sr同位素组成的.由上述介绍可以看出,目前对黄土高原黄土的源区或者是意见不一,或者是范围太大,因此有待进一步研究.但是大多数研究人员都认为黄土高原黄土是来源于沙漠和戈壁地区,所以对我国主要沙漠进行系统的Nd和sr同位素研究对于探讨黄土高原黄土源区具有重要意义.本次是首次对我国沙漠和黄土高原进行系统的Sr-Nd同位素研究.本次研究显示(图2),黄土高原马兰黄土酸不溶物的—a(0)值落在阿拉善高原沙漠(腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠),柴达木沙漠和塔克拉玛干沙漠范围内,而与古尔班通古特沙漠,呼伦贝尔沙地,毛乌素沙漠,库布齐沙漠,浑善达克沙地和科尔沁沙地完全不同.由此,可以排除黄土高原马兰黄土物源区与古尔班通古特沙漠,呼伦贝尔沙地,毛乌素沙漠,库布齐沙漠,浑善达克沙地和科尔沁沙地有关.同时图2也显示,黄土高原马兰黄土酸不溶物的盯Sr/Sr比值落在阿拉善高原沙漠(腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠)和柴达木沙漠范围之内,而又与塔克拉玛干沙漠相差很大,这又排除了黄土高原马兰黄土的物源区与塔克拉玛干沙漠有关.因此,黄土高原马兰黄土与阿拉善高原沙漠(腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠)和柴达木沙漠的Sr-Nd同位素特征是一致的.在同位素B区内,塔克拉玛干沙漠不仅与阿拉善高原沙漠(腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠)和柴达木沙漠的.Sr/.Sr比值范围有区别,而且其白云石的碳同位素组成也不同.从X射线衍射分析结果得知,只有青藏高原北缘的几个沙漠,即塔克拉玛干沙漠,柴达木沙漠和巴丹吉林沙漠,测到了白云石的存在.在黄土高原黄土一古土壤剖面中,马兰黄土层位含有大量的白云石,全新世古土壤层位基本检测不到白云石的存在.沙漠和黄土中方解石的C一0同位素组成容易GeochimicalVoL36INo.5IPP.516,524lSepa,2007第5期杨杰东等:中国沙漠的同位素分区特征受后期风化或成壤作用的影响而改变.但是,白云石一般被认为是一种典型的碎屑矿物,而且其碳同位素组成不易受地表风化作用影响而改变.一般说来,碎屑碳酸盐矿物的碳同位素组成偏正,而次生碳酸盐矿物的碳同位素组成偏负.本次白云石碳同位素组成的测定结果列于表2.表2显示,塔克拉玛干沙漠,柴达木沙漠,巴丹吉林沙漠和黄土高原黄土马兰黄土的碳同位素组成为0.19%o,2.4%0,都落在古代海相碳酸盐范围内,表明它们来源于源区的海相碳酸盐岩地层.沙漠和黄土中白云石的碳同位素特征同样具有明显的区域特征(图3).塔克拉玛干沙漠碳同位素值在0.19%o,0.62%o之间;柴达木沙漠,巴丹吉林沙漠和黄土高原马兰黄土碳同位素值都落在1.20%0,2.40%0范围内.黄土高原马兰黄土碳同位素值与柴达木沙漠和巴丹吉林沙漠的相类似,而与塔克拉玛干沙漠的不同.在野外可以观察到,青藏高原东北缘的隆起,以及其后的风化剥蚀和冰川作用,在祁连山北侧形成了连续大面积的冲积扇沉积以及丰富的河湖相沉积,腾格里和巴丹吉林沙漠紧邻祁连山的北侧.IJueta1.【,曾对沿青藏高原北缘的第四纪砾石沉积进行了研究,认为从上新世到早更新世青藏高原加速抬升,在中更新世高度已达到4000,5000m,这促进了环境干旱化,内陆湖泊消失或缩小,山麓冲积扇沉积扩展.这些沉积物由巨大的山麓戈壁砾石平原组成.随着风速的增强,细颗粒物质被搬运到远处,形成中国华北巨大的黄土沉积,剩下的部分就是目表2黄?高原黄土和青藏高原北缘各沙漠白云石的碳氧同位素组成(%o,H,B)Table2Carbonandoxygenisotopiccompositions(‰,PDB)ofloessinChineseLoessPlateauanddesertsandsaroundQinghai-XizangPlateau地区样号艿"C"0地区样号占C艿OI—OlO.62—7.11巴S一521.87—11.34IlK一020.46—8.40丹BJ一031.43—1O.?塔TK-030?44—9?85BJ-061.65—11?克TK一040.54—9.4l沙BJ-072.23—10.4,拉TK.05+1O.27—9.57漠BJ-082.40—10.52玛TK-060.35—10.19黄CX一4801.20—8.J沙TK-080.51—10.70土CX-7201.38—8.1f漠TK-100.19—9.68HX-s2st.5-8.7(TK—l10.57—6.46黄I-]X-4901.41—8.4fTK一12O.53—7.O9土ZJC一3801.34—8.9】柴达木CD一21.44—6.87沙漠CD一41.68—6.25一0苎图3黄土高原马兰黄土和青藏高原北缘各沙漠中自云石的碳氧同位素组成心.3CarbonandoxygenisotopiccompositionofloessinChineseLoessPlateauanddesertsandsaroundQinghai-XizangPlateau前的沙漠和戈壁.因此,腾格里沙漠和巴丹吉林沙漠物质很可能来源于青藏高原东北缘,是青藏高原东北缘的抬升和夷平形成的,而黄土高原黄土的最终物源区也可能是青藏高原东北缘.本次研究为Liueta/.『2.1的上述推论提供了一个有力的同位素证据.本次研究是初步的,还有待于做进一步的岩石学和矿物学工作.4结论系统采集了中国10个主要沙漠或沙地样品,以及在黄土高原西峰,环县和洛川剖面采集了马兰黄土样品.通过选择合适的粒级和样品处理方法,对样品酸不溶物进行了Nd和sr同位素组成的测定.测定结果表明,中国沙漠的Nd同位素组成swa(0)的变化范围较大,为一1.2,一17.2.根据Nd同位素比值范围,10个沙漠或沙地从高到低可以分为A1,A2,B和C四个区域.A1:古尔班通古特沙漠,呼伦贝尔沙地(一1.2,一4.0);A2:浑善达克沙地,科尔沁沙地(一4.4,一7.0);B:塔克拉玛干沙漠,柴达木沙漠,阿拉善高原(巴丹吉林沙漠和腾格里沙漠)(一7.4,一11.7);以及C:鄂尔多斯高原(毛乌素沙漠和库布齐沙漠)(一11.8,一17.2).中国沙漠Nd同位素比值的分区性与中国北方大地构造,以及由构造作用形成的山脉分布密切相关.塔克拉玛干沙漠碳同位素组成为0.19%o一0.62%0;柴达木沙漠,巴丹吉林沙漠和黄土高原马兰黄土碳同位素值都落在1.20%.,2.40%.范围内.黄土高原马兰黄土碳同位素组成与柴达木沙漠和巴丹吉林沙漠类似,而与塔克拉玛干沙漠不同.本次研究为LiuYANGJie—dongeta1.:IsotopicpartitioncharacteristicsofChinesedesertsJ戤fe2007年eta1.[23的推论,即黄土高原黄土物质最终来源于青藏高原东北缘提供了一个有力的同位素证据.本项研究得到国家自然科学基金(项目号:40331001和40473009)的资助.王苏民研究员,鹿化煜教授和盛雪芬副教授提供了部分样品;孙有斌博士,赵良博士和吴涛同志在样品采集过程中提供了帮助;实验室工作得到了南京大学现代分析中心李惠民和王银喜教授的热心帮助,在此一并深表感谢.参考文献(References):【1】YangXP,RostKT,LohmkaldF,ZhuZD,DodsonJ.TheevolutionofdrylandsinnorthernChinaandintheRepublicofMongoliasincetheLastGlacialMaximum[J】.QuaternInt,2004,l18一l19:69—85.【2】刘东生.黄土与环境【M】.北京:科学出版社,1985:1—358.LiuTung-sheng.LoessandEnvironment【M1.Beijing:SciencePress,1985:1—358(inChinese).f3】ChangQ,MishimaT,Yabukis,TakahashiY,ShimizuH.SrandNdisotoperatiosandREEabundancesofmorainesinthemolmtainareassurroundingtheTaklimakanDesert,NWChina[J1.GeochemJ,2000,34(6):407—427.【4】HaaoriY,SuzukiK,HondaM,ShimizuH.Re—OsisotopesystematicsofTaklimakanDesertsands,morainesandriversedimentsaroundtheTaldimakanDesert,andofTibetansoils[J1.GeochimCosmochimActa,2003,67(6):1203—1213.[5】QianYB,ZhouXJ,WuZB,LicS.Multi—sourcesofdesertsandsfortheJunggerBasin【J】.JAridEnviron,2003,53(2):241—256.【6】HondaM,ShimizuH.Geochemical,mineralogicalandsediment—dogicalstudiesontheTaklimakanDesertsands[J】.Sedimentology,1998,45(6):1125—1143.【7】孙建中,赵景波.黄土高原第四纪【M】.北京:科学出版社,1991:l一242.SunJian—zhong,ZhaoJing-bo.QuaternaryofLoessPlateau[M】.Beijing:SciencePress,1991:1—242(inChinese).【8】陈骏,仇纲,杨杰东.黄土碳酸盐sr同位素组成与原生和次生碳酸盐识别【J】.自然科学进展,1997,7(6):731—734.ChenJun,QinGang,YangIie—dong.TheSrisotopiccompositionofloesscarbonateanddiscriminationoftheprimaryandsecondarycarbonate【J].AdvNatSci,1997,7(6):731—734(inChinese).【9】盛雪芬,杨杰东,李春雷,陈骏,陶仙聪.黄土和沉积岩中分离方解石和白云石的方法实验【J】.岩矿测试,2000,l9(4):264—267.ShengXue-fen,YangJie—d0ng,LiChun-lei,ChenJIlrI,TaoXian—eong.Amethodforseparationofcalciteanddolomiteinloessandsedimentaryrocks【盯.RockMineralAnal,2000,19(4):264—267(inChinesewitllEnglishabstract).【l0】YangJD,ChenJ,TaoXC,LiCL,JiJF,ChenY.Srisotoperatiosofacid-leachedloessresiduesfromLuochuan,China:A【11】【121【131【141【151【161【17][181【19]【20]【2l】[221[231tracerofcontinentalweatheringintensityoverthepast2.5Ma【J】.GeochemJ,2001,35(6):403—412.HondaM,YabukiS,ShimiguH.GeochemicalandisotopicstudiesofaeoliansedimentsinChina【J】.Sedimentology,2004,51(2):211—230.杨杰东,陈骏,张兆峰,季峻峰,陈呖.距今7Ma以来甘肃灵台剖面Nd和sr同位素特征【J】.地球化学,2005,34(1):l一6.YangJie—dong,ChenJun,ZhangZhao—fong,JiJan—feng,ChenYang.Variationsin43Nd/44Ndand.Sr/SrofLingtaiprofileoverthepast7Ma【J】.Geochimica,2005,34(1):1—6(inChinesewithEnglishabstract).饶文波,杨杰东,陈骏,季峻峰,李高军.北方风尘中Sr-Nd同位素组成变化的影响因素探讨【J】.第四纪研究,2005,25(4):531—532.RaoWen—bo,YangJie—dong,ChenJun,JiJun-feng,LiGao-jun.InfluenceonSr-Ndisotopiccompositionsinco,andust,NorthChina【J】.QnatemSci,2005,25(4):531—532(inChin?