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岩石化学风化作用作为元素地球化学循环的关键源头，控制着河水的物质组成，直接影响锗和硅的地球化学循环(海洋中大约37%的Ge由河水输入)。目前对于化学风化过程Ge同位素分馏研究还处于空白阶段。论文以发育于热带气候条件下的海南岛北部文昌玄武岩完整的风化剖面作为研究对象，围绕土壤样品锗同位素分析测试方法和玄武岩风化过程中元素地球化学行为两个关键问题，开展了系统的矿物学、主量元素、微量和稀土元素地球化学和锗同位素地球化学研究，揭示了玄武岩强烈风化过程中元素的迁移、再分布特征及其控制因素，查明了玄武岩化学风化过程Ge/Si比值变化及Ge同位素分馏机理，并初步探讨了岩石化学风化作用对锗、硅地球化学循环的影响。通过上述研究，获得以下主要认识：1.在国际上率先建立了运用两步阴-阳离子树脂交换柱对土壤样品进行Ge同位素分析测试前处理的方法。两步阴-阳离子树脂交换柱法能够有效地回收土壤中的Ge，并且可以将Ge与大部分的基体元素分离。当称样量为50~200mg (即Ge上柱量为44.3ng至237ng)时，5种国内外岩石、土壤标准物质的回收率均接近100%。土壤和岩石样品经两步阴-阳离子交换树脂分离纯化后的含Ge溶液中仍残留部分Ti、Zr、Nb和Hf等基体元素，但是通过单元素标准加入法评估这些元素的基体效应发现，少量Ti、Zr、Nb和Hf等元素的加入对HG-MC-ICP-MS测试Ge同位素组成几乎没有影响。利用氢化物发生器进样系统和SSB法进行仪器质量歧视效应校正，MC-ICP-MS实测获得较好的Ge同位素分析测试长期重现性(对NIST 3120a标准溶液而言，δ74Ge＝0.00±0.09‰，2s，n=267)。Spex (δ74Ge=-0.69±0.07‰，2s，n=25)和Merck(δ74Ge=-0.35±0.08‰，2s，n=12)等Ge标准溶液以及BHVO-2 (δ74Ge=0.55±0.10‰，2s)、BCR-2 (δ74Ge=0.55±0.15‰，2s)和GSR-1 (δ74Ge=0.63±0.15‰，2s)等岩石标准物质的Ge同位素组成测试结果和测试精度均与国内外同行分析结果一致。土壤标准物质滴加Ge标准溶液复合样品测试结果表明，样品化学纯化分离和分析测试过程中不存在明显的Ge同位素分馏。因此，两步阴-阳离子树脂交换柱法，结合HG-MC-ICP-MS，可适用于土壤样品的Ge同位素组成分析测试。2. 海南文昌风化剖面表层土和残余土样品具有较高Al2O3、Fe2O3含量(分别最高可达32.3%和28.5%)，以及矿物组成以高岭石、Fe(氢)氧化物、三水铝石为主的特征，说明该剖面在热带气候条件下经历了强烈的脱硅富铝铁风化过程。几乎所有元素在剖面的表层土中都发生了淋滤迁移，并多在剖面中下部和岩土界面附近受次生风化产物吸附作用的影响而发生次生富集。剖面顶部的酸性环境和高有机质含量对元素在表层土中的活化迁移有明显的促进作用。Rb、Sr、Cs、Ba、Li和Be等碱金属、碱土金属在风化过程中发生了强烈的淋滤丢失(τNb,j值接近于-1)。受次生碳酸盐矿物沉淀的影响，Sr 在剖面的3.9m和7.1m轻微富集。次生Mn(氢)氧化物在6.1m发生了氧化沉淀富集，并对应于Ba和Co的最大富集。U在残余土层中部的轻微富集(7.1m和9.1m附近)，有可能是由于碳酸铀酰根离子的分解或受锆石残积的影响。Zr、Hf、Nb、Ta等难迁移元素的行为主要受次生Fe(氢)氧化物控制，并且具有Nb≈Ta≈Th＞Zr≈Hf＞Ti的稳定性顺序。在岩/土界面附近，半风化玄武岩层仅有大约15cm的厚度，说明玄武岩中辉石和斜长石等原生矿物在热带气候条件下被迅速风化形成高岭石、蒙脱石和Fe(氢)氧化物等次生风化产物。受pH值上升以及次生磷酸盐矿物沉淀的影响，Cu、Zn、Ni、Sc和V等过渡金属元素以及Be在岩/土界面显著富集。论文发现次生磷酸盐矿物对热带气候条件下玄武岩极端化学风化过程中过渡金属元素的迁移和再分布行为具有重要影响。3. 在热带气候极端风化条件下， REE在文昌剖面顶部的表层土中明显地淋滤丢失，并具有LREE < MREE ≈ HREE的丢失量顺序。文昌玄武岩风化过程中稀土元素迁移可能主要是受磷灰石和锆石等原生矿物差异风化所控制的。受次生风化产物沉淀吸附作用的影响，这些被淋滤的REE大多在剖面的中、下部或岩/土界面附近次生富集，其中LREE倾向于与次生碳酸盐矿物结合，并在剖面中、下部(3.9m和7.1m)轻微富集，而HREE主要与次生磷酸盐矿物结合，在岩/土界面附近显著富集。由于REE具有不同的迁移能力和富集机理，造成了剖面中LREE和HREE分异。风化剖面中土壤溶液的pH条件对REE的行为也具有重要影响，在较低pH条件下，更多的REE被溶解，而当pH值上升时，REE更倾向于沉淀富集。Ce3+容易被氧化(或水解)形成含Ce独立矿物(如方铈石)而与其它REE的行为发生解离，并在剖面中形成显著的Ce异常。文昌剖面中出现了多次正Ce异常和负Ce异常，说明Ce在玄武岩极端风化过程中可能经历了多次的氧化(或水解)沉淀和还原淋滤过程。受次生磷酸盐矿物相对Y优先富集Ho的影响，文昌剖面中表层土和残余土样品的Y/Ho比值(15.8?25.2)相对新鲜玄武岩(25.1?26，平均为25.8)发生了显著分异。4. 海南文昌玄武岩经化学风化作用发生了显著的Ge/Si比值分异和Ge同位素分馏，其中固相风化产物的Ge含量(2.19?4.12 ppm)以及Ge/Si比值(5.55?13.7 μmol/mol)明显高于新鲜玄武岩母岩(Ge含量平均为1.64 ppm，Ge/Si比值平均为2.66 μmol/mol，n=5)，此外，表层土和残余土的δ74Ge值(-0.02±0.05‰?0.63±0.05‰)整体上低于新鲜玄武岩(δ74Ge=0.54±0.01‰，2s，n=3)，并沿剖面深度呈现出复杂的垂向变化。文昌剖面中表层土和残余土样品的Ge含量、锗同位素组成和Ge/Si比值与SiO2、Al2O3、Fe2O3和MnO含量之间的相关性并不明显，其Ge/Si比值变化和Ge同位素分馏可能主要受次生磷酸盐矿物控制，而与粘土矿物、次生Fe-Mn(氢)氧化物的关系不大。热带气候条件下的强降水和剖面顶部的酸性淋滤环境，大量的Ge和重Ge同位素优先被释放出来，导致表层土样品具有相对偏轻的Ge同位素组成。这些被释放出来的Ge和重Ge同位素随土壤溶液沿剖面向下迁移，受次生磷酸盐矿物吸附作用的影响，Ge以及重Ge同位素逐渐残留在固相风化产物中。在岩/土界面附近，pH值上升，次生磷酸盐矿物沉淀吸附Ge及重Ge同位素。玄武岩固体风化产物与河水的Ge/Si比值和Ge同位素组成呈明显的镜像对称关系，暗示河水的Ge/Si比值和Ge同位素组成主要受岩石化学风化作用控制。此外，玄武岩与固体风化产物的锗同位素分馏(△74Gesolid-basalt)变化范围为-0.56‰至0.09‰，表明大陆地壳岩石经化学风化后形成的残留固相物质(土壤)有可能是平衡河水、海水等重Ge同位素组成储库的一个相对富集轻Ge同位素的汇。