雅鲁藏布江表层沉积物中的稀土元素外文翻译资料

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雅鲁藏布江表层沉积物中的稀土元素

(雅鲁藏布江)沉积物，南部青藏高原

Chaoliu Li，Shichang Kang，Qianggong Zhang，Feiyue Wang

摘要：雅鲁藏布江（TY）是雅鲁藏布江河流在西藏地区部分的河流段。它每年向印度恒河平原输送大量的沉积物，从而对该平原的第四纪环境演化有着巨大的贡献。从YT中采集了18个表面沉积物样品，分析了稀土元素(REEs)的组成成分，分别为lt;63 mm和lt;20 mm分段。结果表明，其沉积物主要来源于拉萨岩层。在整条YT河中沉积物的稀土元素含量是相似的，与上大陆地壳相比，轻、重稀土含量丰富，但其稀土元素的浓度高于其下游——雅鲁藏布江。该沉积物的平均粒径为粗粒(123.8 mm)。晶粒大小对YT沉积物的REE浓度影响较大。与散装样本和lt;20 mm分段相比，沉积物中小于63mm的沉积物具有较高的稀土元素浓度和不同的稀土元素，这是由于锆石、单氮铁矿和褐石富含稀土元素。沉积物中酸碱含量相对较低，表明沉积物中大多数稀土元素是由于该地区物理风化作用的优势而发生在稳定矿物中。

1. 介绍

目前，恒河-雅鲁藏布江每年将1109吨泥沙输送到海洋中，在世界河流中排名第一位(Milliman和Syvitski，1992；Ramesh 等人，2000)。这些沉积物为印度恒河平原的形成提供了材料，这是世界上最大的第四纪冲积沉积地区之一，也是气候和构造变化的重要档案(Benn和Owen，2002)。

在河流沉积物中，稀土元素(REEs)被广泛应用于水生环境中，如大陆地壳的化学演化、流域和沉积物来源的风化过程(例如，Goldstein 和Jacobsen，1988；Holser，1997；Nesbitt 等人，1990；Vital 等人,1999； Kumar 等人，2007)。在恒河—雅鲁藏布江的沉积环境中进行了大量的研究(例如Martin和Meybeck，1979；Ramesh 等人，2000；Egashira 等人， 2004； Tripathi 等人，2007)。然而，他们中的大多数研究都集中在喜马拉雅山脉南部。在雅鲁藏布江上游在青藏高原被称为雅鲁藏布(YT)，其沉积物中稀土元素的成分很少(例如，Singh和 France-Lanord，2002；Garzanti 等人，2004； Hren 等人，2007)。它流经南部青藏高原，是恒河—雅鲁藏布江地区(Singh和frane - lanord, 2002)的主要水源和沉积物来源，每年向恒河—布拉马普特拉河流域排放约150km³的水量和恒河—雅鲁藏布江盆地运送沉积物2.4*10⁷吨(Ding 等人，2001)。

在此，我们报告了在YT的表面沉积物中稀土元素的浓度、形态和分布规律。我们认为，在YT盆地的沉积物中，关于稀土元素的行为的背景资料对于更好地了解YT盆地的风化过程和恒河—雅鲁藏布江盆地的演化历史具有重要意义。

1. 区域设置

TY起源于海拔5200米的杰马央宗冰川。在西藏-喜马拉雅山脉(图1)，它通常在中国南部的青藏高原上流动，但在南迦巴瓦峰山(海拔7782米)附近突然转向，向南流入印度，整个流域被称为雅鲁藏布江。从源头到中印边界的长度为2057公里，平均倾斜率为2.6permil;，流域面积为2.4*10⁵m²(Guan 等人，1984)。在印度—雅鲁藏布江的缝合处，YT的排水渠道长达1300公里的，通过古生代到始新世沉积岩的侵蚀，再与岩缝的深成岩和火山岩相结合。深层岩岩体是喜马拉雅的岩基(辉长岩和闪长岩)，紧邻着印度雅鲁藏布江合缝处和向北的花岗带(拉萨岩层)(Taylor 和 McLennan，1985；Xu, 1985；Debon，1986)。YT盆地的降水主要发生在印度季风引起的6—9月。从它的下部向上延伸，由于季风的减弱(Ding 等人，2001)和喜马拉雅的强降雨负效应(Hren等人，2007)，年降水量从5000毫米急剧下降到310毫米。在印度和欧亚板块之间，强季风降水和岩石快速抬升的作用(Burg 等人，1998)以及冰川侵蚀(Zeitler 等人，2001)的综合效应下，导致了YT盆地的强风化作用(Sarin 等人，1989；Galy和France-Lanord， 2001)，这种情况特别是在喜马拉雅山脉东部会更明显(Hren 等人，2007)。

图1 雅鲁藏布江的采样点

1. 材料和方法

在2006年10月至2007年6月，一共收集了18个表层沉积物样本。分别沿着从YT上游到YT峡谷长1587公里的部分(图1)。这些大体积沉积物样品都是被塑料铲采样的，从上3厘米到5厘米的河床，水深小于50厘米。仔细地挑选采样地点，以尽量减少可能人类活动产生的不利影响。不均匀分布的采样点主要是由于地形地貌障碍的原因(如深峡谷)。这些样品被保存在塑料袋子里，并在几天内运到实验室，在分析之前风干。为了研究YT沉积物的源材料，在YT(图1)的北岸也收集了11个表层土样。

通过对10% H₂O₂和0.1 M HCl 进行预处理后，用激光粒度仪(S3500， Microtrac，USA)测定了沉积物粒度分布(Yang 等人，2002)。

沉积物中稀土元素浓度在青藏高原研究所进行，由电感耦合等离子质谱(ICP-MS)(X-7；热电偶型，美国)测定。风干后的样品经磨研后由200目尼龙筛网筛出。为了研究元素浓度对粒径的依赖性，分别用吸移和筛分法分离出小于20mm和lt;63 mm的粒径分段。所有样品在处理前，在105^。C中加热小于24小时。大约20毫克的加热样品最初放置在一个有高浓度的1ml HNO₃ (CMOS，JT. Baker，美国)和高浓度的1ml HF (BVIII，北京化学试剂研究所，中国)的高压聚四氟乙烯消化容器中。随后，对容器进行超声波震荡处理20分钟。然后将样本在190^。C的烘箱烘烤小于24小时，冷却后，溶液在150^。C的热板上烘干，在剩余的残渣中加入HNO₃，并用150^。C的温度加热至24小时。最后，铟和铑作为内部标准加入，并使用Milli-Q溶液将其稀释至50毫升的水。溶解后没有残留的粒子(暗矿物)是可见的，因此本研究中使用的取样和分析方法代表了样品中总REE浓度。在每个溶解批次中，还使用试剂空白来检查样品的处理过程。参考样品GSS-1 (P.R. China)用于分析的质量控制，其回收率从90%到106%不等。ICP-MS测量值的RSD小于5%。此外，还分析了除稀土元素以外的痕量元素的浓度，并将在其他地方报道。

另外，在室温下，分别用2 M HCl和0.5 M HNO₃分别浸出2 M HCl和0.5 M HNO₃，以提取溶解物(Yang 等人，2002)。用ICP-MS分析了溶解物中的稀土元素，并采用了类似的方法。

4. 结果

4.1. 粒度分布

YT沉积物的平均粒径在30.5 ~ 234.5 mm之间，平均值为123.8 mm，这个值要比其他的较大河流的平均粒径要大得多(Yang 等人，2002)。大多数沉积物样品都会显示相类似的粒径分布模式(在补充材料中列出)。其中最大粒径的沉积物是在Y9和Y14样品中发现的，它们的平均粒径比其他的大，而在细颗粒的耗损方面则小于20毫米。根据采集样本地点的现场观测资料，这两个部位的水流速度较高，可以冲走大量的细粒。

图2 雅鲁藏布江盆地和西藏的构造单元和主要岩石类型的地质图

（1990年由中英地质考察队修改）

4.2 稀土组成成份

除去最上游的位置采样点Y1，YT的沉积物似乎具有相对一致的REE组成成分(图3a)，这可能是由于沉积物的混合以及可供选择吸收的时间有限(Murray 等人，1992)。Y1独特的REE配分模式可能是由于它的源头位置造成的，这反映了当地小型流域的地质和水文情况，这与其他人的观点相一致(Goldstein和Jacobsen, 1988；Ramesh 等人，2000)。

图3 上地壳（UCC）标准化REE的配分模式（a.大体积采样品）

（b.lt;20mm分段的YT沉积物）（c.lt;63mm分段的YT沉积物）

在补充材料中列出了来自于YT的大量沉积物的REE浓度，这跟它们在地壳中平均丰度具有相同的顺序，但在粒度效应的影响下，在大范围内也存在着差异。例如，La和Yb分别为16.5-58.6 mg/g和1.11-3.73 mg/g。在大体积沉积物中，轻稀土(LREEs，La-Eu)和重稀土(HREEs，Gd-Lu)的平均值分别为159 mg/g和15.5 mg/g。沉积物中LREE/HREE的比值范围为8.03-14.9，这表明与HREEs相比，LREE在大块的积沉积物中更富集。Ce/Ce*的平均值和Eu/Eu*的平均值分别为1.07和0.66，(Ce/Ce*和Eu/Eu*的公式在补充材料中显示)。这与上陆壳(UCC)—标准化模式的河流沉积物相比几乎是线性的，表现出富集的LREEs和中等程度的REEs (MREEs，Sm-Dy)(图4)。

图4 YT大体积的沉积物平均REE浓度的UCC标准化配分模式

在图3b和c中分别显示了lt; 20mm和lt;63 mm分段UCC标准化后的REE配分模式。在沉积过程中，由于母岩性的有效混合机制，每个分段中的REE配分模式通常是相似的(McLennan, 1989)。然而，lt;63 mm分段的REE浓度要高于lt;20 mm分段以及大体积沉积物，并揭示出不同的LREE配分模式和Eu负异常(图3c)。在lt;20mm的分段中(图3b)，Y1独特的REE配分模式与大体积沉淀物相一致，这与上面提到的原因相同。Y9和Y14位点在lt;63 mm分段中具有较高的REE浓度和极端的Eu负异常情况，这可能是由于这两个站点中少于20 mm的颗粒造成的。

4.3 可溶酸性REEs

可溶酸性稀土元素在稀土元素浓度中占比为13.8-24.9%，而MREEs比LREEs和HREEs更容易被酸溶解(图5和图6)。在YT沉积物中的可溶解稀土元素比率要比长江(20-43%)低得多(Yang 等人，2002)。但这并不意外，因为在YT沉积物中以物理风化过程为主导影响下，YT沉积物中大多数的稀土元素是作为抗性矿物存在的(Caggianelli等人，1992)。因而与其他青藏高原上的河流沉积物一样，YT沉积物强烈地继承了源区内风化产物的REE特征(Borges等人，2008)。

图5 所有YT沉积物中的稀土元素可溶解部分和残余部分的平均浓度

图6 UCC标准化后的REE可溶解部分和残余分布模式的平均值浓度

请注意，是MREE富含可溶解部分

5.讨论

5.1. YT沉积物中对稀土元素的控制因素。

5.1.1.粒度的影响

一般来说，稀土元素的浓度与粒径大小密切相关。稀土元素富集于粘土和粉砂中，但在细砂中亏损(Vital等人，1999)。我们的研究表明，平均粒径和REE浓度是具有紧密的负相关关系(图7)，表明较小粒径的沉积物中含有较高的REE浓度比例。因此，粒径似乎是控制YT沉积物中稀土元素浓度的主要因素之一。

图7 YT大体积沉积物平均REE浓度和粒度分布之间的线性关系

请注意，Y9和Y14的样本在此期间不包括在内

5.1.2. 重矿物的影响

在这项研究中发现一个有趣的现象，在YT沉积物中lt; 63 mm分段的REE浓度高于lt; 20mm分段(图8)。我们假设这个“不正常”粒度效应主要是由于富集REE的重矿物的存在，尽管这些重矿物占河流沉积物比例较低，但在REEs中它们占有相当大的比例(yang等人，2002)。因此在YT沉积物中，lt; 63mm分段中存在的重矿物比例要比在lt;20mm分段高。这类矿物包括锆石、磷灰石、独居石和褐帘石，其中，由于独居石、褐帘石和锆石的稀土元素浓度较高，则可能是最有可能的开采候选矿物(Gromet和Silver，1983)。这一现象也存在于青藏高原的其他河流中。在以往的研究中，在西藏东部的河流沉积物中，还发现了一些富含LREE的样品，并发现了显著的Eu负异常，有了解释出富集稀土元素这类矿物的贡献，例如独居石、褐帘石和锆石等(Borges等人，2008)。

图8 YT沉积物中不同粒径的UCC标准化REE配分模式

请注意，Y9和Y14的样品由于其不寻常的粒度分布而被排除在外

为了验证这个假设，如图所示，三种不同分段YT沉积物的多元素之间的比较(图9)。一般来说，Cu、Zn、Rb、Cs和Sn等元素与粘土矿物相关联，而Y、Zr、Hf和Th等元素则与重矿物有关(Vital等人，1999)。此外，某些元素只存在于特定类型的矿物中。例如，大部分的Th存在于独居石(Gromet和Silver，1983)和褐石 (Hermann，2002)。Zr主要存在于锆石(Hermann，2002)。因此，这些元素的浓度很容易通过相关的重矿物来解释。很明显，除了Y、Zr、Hf、Ta、Th和U以外，许多微量元素的浓度随着粒径的变小都有上升趋

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