化学风化作用是稀土元素（REE）活化、迁移和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尤为关键。近年来，钕（Nd）及其稳定同位素在表生地球化学过程中的行为引起广泛关注，研究表明其在指示风化过程与矿床成因方面具有重要潜力。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亦有待系统阐释。

针对上述科学问题，国科大博士毕业生、中国科学院广州地球化学研究所博士后雒恺与马金龙正高级工程师、韦刚健研究员等合作，以广东佛冈花岗岩风化剖面为研究对象，系统分析了全岩及不同化学相态提取物的稳定Nd同位素组成（δ¹⁴⁶Nd），揭示了花岗岩风化过程中稳定Nd同位素的分馏行为与机制，并评估了Nd风化通量对稀土成矿过程的影响。文章主要结论如下：

全岩样品中Nd含量在23.4～175 μg，Nd迁移率（τ_Nd,Ti）变化范围为-47.3％～787％，表明风化层中Nd总体呈富集状态，仅在表层0～2 m有少量浸出（图1）。全岩δ¹⁴⁶Nd值介于0.063‰～0.117‰，其中Nd富集层位与δ¹⁴⁶Nd峰值区间高度吻合，指示同位素分馏与元素富集之间存在耦合关系（图1）。土壤化学提取物结果显示，可交换相、结晶Fe（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值存在差异：可交换相偏重（-0.039‰～0.061‰）、残余相偏轻（-0.099‰～-0.036‰）、结晶Fe（氢）氧化物与全岩样品相近（-0.079‰～-0.017‰），这一结果表明，不同地球化学相态在Nd同位素分馏中扮演着不同角色。

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。而在结晶Fe（氢）氧化物中，轻Nd同位素占主导，其吸附机制涉及结构扭曲与内圈络合作用，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，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、从而引起的稳定Nd同位素分馏为-0.004‰～0.002‰（图2）。Nd通量的变化反映了风化过程中元素的淋失与累积动态，正值指示Nd的富集，与稀土成矿过程密切相关。进一步估算表明，富含稀土元素的花岗岩风化形成具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，燕山期花岗岩不仅提供了成矿物质基础，其特有的地球化学属性（如高稀土含量、易风化矿物组成等）也直接控制了矿床的规模与品质（图3）。

本研究系统揭示了花岗岩风化过程中稳定Nd同位素的分馏行为与机制，明确了不同地球化学相态对稳定Nd同位素组成的影响，反映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。该项成果不仅深化了对稀土元素表生地球化学行为的理解，也为风化淋积型稀土矿的成因机制与找矿预测提供了同位素地球化学依据。

国科大博士毕业生雒恺（现中国科学院广州地球化学研究所博士后）为该论文第一作者；国科大博士生导师、中国科学院广州地球化学研究所正高级工程师马金龙为通讯作者，国科大博士生导师、中国科学院广州地球化学研究所研究员韦刚健为主要合作者。相关成果近期发表于国际知名地学期刊Geochimica et Cosmochimica Acta。该项研究受到国家重点研发计划（2022YFF0800501）的资助。

论文链接：https://doi.org/10.1016/j.gca.2025.10.004

图1 花岗岩风化剖面全岩样品中（a）Nd浓度和（b）Nd迁移率（τ_Nd,Ti）的变化；（c）全岩样品和不同化学提取相态的δ¹⁴⁶Nd值；（d）不同化学提取相态中Nd的比例

图2 花岗岩风化剖面中τ_Nd,Ti与（a）Nd元素通量（Nd_Flux）以及（b）Nd同位素通量（δ¹⁴⁶Nd_Flux）的关；化学蚀变指数（CIA）与（c）Nd_Flux和（d）δ¹⁴⁶Nd_Flux的关系。黑色五角星代表未风化基岩，红色圆点代表Nd积累量显著的样本，编号为TT-5、TT-6、TT-8和TT-9

图3 风化淋积型稀土矿床形成示意图