镁同位素示踪陆地水体水岩作用：研究进展与展望

摘要

镁（Mg）通常是陆地水体中的主量元素，多种水岩反应可能引起Mg同位素明显的质量分馏，因此Mg同位素具有示踪水岩反应的潜力。本文系统综述了硅酸盐、碳酸盐、蒸发盐和雨水端员的Mg同位素组成特征，指出硅酸盐具有较大δ²⁶Mg值，碳酸盐具有较小δ²⁶Mg值，各种蒸发盐δ²⁶Mg值变化范围较大，雨水δ²⁶Mg值则常受到局地环境的制约，这些端员的混合作用决定了水体的初始δ²⁶Mg值；黏土形成、碳酸盐沉淀、吸附和离子交换以及植物吸收等可去除水体中的Mg并产生Mg同位素分馏，其中，蒙脱石等黏土矿物形成、吸附以及植物吸收引起水体²⁶Mg贫化，绿泥石等黏土矿物形成、离子交换和碳酸盐沉淀引起水体²⁶Mg富集。地下水与河水的赋存环境和水岩反应时间差异也会影响水体δ²⁶Mg值，河水更新速度快，其Mg同位素组成主要受硅酸盐与碳酸盐矿物溶解、黏土形成、离子交换等过程控制；地下水更新速度慢，水岩反应也更加充分，其Mg同位素组成还可能受吸附作用控制。在径流距离较长的区域尺度含水层中，Mg同位素可以示踪碳酸盐岩和硅酸盐岩含水层流动路径上的多种水岩反应，水岩反应类型受矿物种类控制。本文对Mg同位素在水岩反应示踪方面的应用提出展望：（1）未来可考虑与K同位素联用，加强河水中吸附作用的识别；（2）加强不同岩性、不同尺度含水层中地下水Mg同位素沿流动路径的变化规律研究。

关键词

Mg同位素 / 水岩相互作用 / 河水 / 地下水 / 同位素分馏 / 吸附作用

基金资助

国家自然科学基金项目(42425206,42172270)