基于微量元素岩性地球化学基因的构建与检验

2021-11-06刘宁强龚庆杰严桃桃

现代地质 2021年5期

黎介，刘宁强，龚庆杰，吴轩，严桃桃

(1.中国地质大学(北京)地球科学与资源学院，北京 100083；2.中国地质调查局发展研究中心，北京 100037；3.自然资源部地球化学探测重点实验室，中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所，河北廊坊 065000)

0 引言

基因这一生物学术语最早由中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所谢学锦院士引入到地球化学领域[1-2]，他认为化学元素是地球的基因，而地球化学图可以被看作是基因图谱。这一术语也被2016年5月12日成立的联合国教科文组织全球尺度地球化学国际研究中心所采用[3-4]。关于基因术语的这一认识可以称为地球化学基因的萌芽阶段。2015年有色金属矿产地质调查中心张远飞等[5]提出了地球化学元素序结构的概念，进而于2016年将其明确为地球化学元素基因谱曲线[6]，即对区域化探扫面计划所分析的39项元素的含量数据进行预处理、模式识别分类与排序而得到的蛛网图。这一认识借鉴了元素排序蛛网图的思路，但尚未提出基因编码及其属性的相关概念，因此可将这一认识称为地球化学基因的孕育阶段。围绕土壤物证样品溯源的研究目的，严桃桃等[7]提出了地球化学基因的概念，并给出了地球化学基因的构建步骤、编码技术、相似度计算等方法技术，进而构建了岩性地球化学基因(随后被命名为LG02)，基于岩石风化剖面提出了遗传性与继承性的检验、相似基因的判别标准，进而将其应用于地质样品溯源研究。随后，李睿堃等[3]提出了金矿化地球化学基因(MGAu)，龚庆杰等提出了钨矿化地球化学基因(MGW)[8]和稀土元素基因(REEG01和REEG02)以及一种新的岩性地球化学基因(LG01)[9]。这些成果标志着地球化学基因的概念及其技术方法已经初步形成，因此可将这些认识称为地球化学基因的初创阶段。因此，地球化学基因是近几年提出的一种新的地球化学示踪技术，其实质类似微量元素蛛网图和稀土元素配分曲线的定量表征，其研究主要集中在不同种类基因的构建、完善及其检验等方面，其潜在应用价值尚未得到充分体现。

针对LG02岩性地球化学基因，目前在豫西熊耳山地区[7,10]、云南富宁尾洞地区[11]、北京房山周口店地区[11]、安徽池州花园巩地区[12]、广东清远连阳岩体出露区[13]、河北涞源王安镇地区[14]进行了基因稳定性检验与应用研究。针对LG02岩性地球化学基因和金矿化地球化学基因(MGAu)，目前在云南勐海临沧岩体出露区[15]和北京怀柔云蒙山地区[4]进行了基因稳定性检验和联合应用研究。针对LG02岩性地球化学基因、金矿化地球化学基因(MGAu)和钨矿化地球化学基因(MGW)，龚庆杰等[8]在江西赣州铁山垅地区结合风化剖面及区域化探水系沉积物进行了基因的稳定性检验和初步应用研究。上述结果表明，在大部分地区岩性地球化学基因LG02和矿化基因MGAu、MGW均表现出良好的稳定性(具有良好的遗传性和继承性)，但由于受母岩成分不均一、不同源样品混合、风化程度差异等因素的影响，部分地区的样品表现出明显的基因变异性特征。

为了获得不受风化程度差异影响的更稳定的岩性地球化学基因，龚庆杰等[9]提出了一种新的岩性地球化学基因LG01，即在岩性基因LG02基础上采用Mn和Pb替换了原来的La和Y并重新排序，使理想酸性岩(以中国酸性岩丰度数据组成的虚拟样品)的基因编码为10202020202，理想基性岩的基因编码为12020202020，即中国酸性岩与基性岩的基因谱线呈近似镜像对称，二者的基因相似度为0。基于这一特征，利用LG01的酸性相似度(相对于10202020202基因的相似度)可对样品进行成分分类和物源示踪。经广东连阳花岗岩体和佛冈花岗岩体、海南海口玄武岩、北京房山花岗闪长岩体上的 4 条风化剖面样品检验，发现LG01 岩性基因不仅可以较好地进行成分分类和物源示踪，而且相对于 LG02 岩性基因具有更好的稳定性，即LG01岩性基因基本消除因风化程度差异而引起的变异性。在风化、搬运与沉积过程中，地质样品的主量成分可能会受到风成沙(如石英、长石等)、生物体(如硅质、钙质壳体及其软组织等)等介质的加入而发生明显改变，由于LG01基因中涉及SiO2和P(或P2O5)的含量数据，这可能导致LG01基因发生改变，从而影响LG01基因对风化产物或沉积物的物源示踪效果。在这些具有较单一成分物质的加入(或对原体系稀释)的过程中，相对不活动的微量元素之间的相互关系应保持不变，从而基于相对不活动微量元素构建的岩性地球化学基因在风化、搬运与沉积过程中可能保持较好的稳定性。为避免风成沙、生物体等介质的加入而影响风化产物或沉积物样品的物源示踪效果，本文拟构建一种基于微量元素的岩性地球化学基因。

本文首先基于地球化学基因的构建方法提出一种微量元素岩性地球化学基因并将其编号为LG03，然后选择前人报道[7,9-11]的10个风化剖面(或风化柱样)来检验LG03和LG01岩性基因的稳定性(遗传性和继承性)，最后讨论在成分分类和物源示踪方面两种岩性基因的可行性及其潜在应用领域。

1 样品数据

1.1 元素丰度数据

基于中国酸性岩、中性岩、基性岩、土壤、水系沉积物5种介质的元素丰度数据[16]以及上陆壳(Upper Continental Crust，UCC)元素丰度数据[17]，严桃桃等[7]提出了LG02岩性地球化学基因，李睿堃等[3,18]提出了金矿化地球化学基因，龚庆杰等提出了钨矿化地球化学基因[8]和LG01岩性地球化学基因及REEG01与REEG02稀土元素基因[9]。本文也选择这些丰度数据作为典型样品(以元素丰度值所表征的虚拟样品)来构建基于微量元素的岩性地球化学基因。

1.2 风化剖面数据

为检验新构建的岩性地球化学基因的稳定性(遗传性与继承性)，本文选择前人报道的10个风化剖面(或风化柱样)样品作为检验实例。这10个风化剖面包含4个花岗岩风化剖面、4个玄武岩风化剖面和2个花岗闪长岩风化剖面，其中2个花岗岩风化剖面、1个玄武岩风化剖面和1个花岗闪长岩风化剖面的LG01岩性基因已在文献[9]中讨论，但此处再次将这4个风化剖面样品的LG01基因相似度给出以便与新构建的LG03基因进行对比。本文选择的10个风化剖面的基本信息简述如下。

广东连阳花岗岩风化剖面(LY18D06)和佛冈花岗岩风化柱样(TT)均位于广东省清远市，地处亚热带季风气候区。连阳花岗岩风化剖面LY18D06(E112°04′26.8″，N24°09′40.0″)高度约25 m，从风化剖面顶部0 m至底部25 m基岩处按照样品风化程度差异依次采集29件样品[19]。佛冈花岗岩风化柱样TT(E113°30′14.4″，N23°42′28.8″)深度约40 m，从柱样上部2 m处至底部基岩按照不同间隔依次采集35件样品，即钻井柱样2 m以上未取样品[20]。这些样品的详细信息可参考文献[9,19-20]。

胶东玲珑花岗岩风化剖面(201)、昆嵛山花岗岩风化剖面(JD05)、蓬莱玄武岩风化剖面(PL09)、招虎山花岗闪长岩风化剖面(JD10)均位于胶东半岛，地处暖温带半湿润海洋季风气候区。玲珑花岗岩风化剖面Z01(E120°09′10.7″，N37°24′20.5″)高度约7 m，从风化剖面顶部0.25 m处至底部7 m处按照不同间隔依次采集11件样品[21]。昆嵛山花岗岩风化剖面JD05(E121°43′09.0″，N36°55′15.5″)高度约15 m，从风化剖面顶部1 m处至底部15 m处按照不同间隔依次采集13件样品[22]。蓬莱玄武岩风化剖面PL09(E120°40′40.6″，N37°45′04.2″)高度约5.4 m，从风化剖面顶部0.2 m 处至底部5.4 m处按照不同间隔依次采集9件样品[22]。招虎山花岗闪长岩风化剖面JD10(E121°12′38.6″，N36°52′30.0″)高度约14 m，从风化剖面顶部0.3 m处至底部13.5 m处按照不同间隔依次采集15件样品[22]。这些样品的详细信息可参考文献[21-22]。

海南海口玄武岩风化剖面(HK06)、南阳玄武岩风化剖面(NY)、蓬莱玄武岩风化剖面(PL)均位于海南省文昌市，地处热带季风气候区。海口玄武岩风化剖面HK06(E110°38′42.6″，N19°34′44.4″，文献[23]给出准确坐标)高度约7 m，从风化剖面顶部0.5 m处至底部4.5 m处按照不同间隔依次采集19件剖面样品和附近2件基岩样品[24]，本文将剖面底部2件基岩样品的深度分别记为6 m和7 m。南阳玄武岩风化剖面NY(E110°38′35″，N19°34′37″)高度约9.6 m，从风化顶部0.2 m处至底部9.6 m按照不同间隔依次采集32件剖面样品和附近1件基岩样品[25]，此处将剖面底部新鲜基岩样品深度记为12 m。蓬莱玄武岩风化剖面PL(E110°31′58″，N19°30′08″)高度约3.4m，从风化顶部0.1 m处至底部3.4 m按照不同间隔依次采集17件剖面样品和附近1件基岩样品[25]，此处将剖面底部基岩样品深度记为6.5 m。这些样品的详细信息可参考文献[23-25]。

北京房山花岗闪长岩风化剖面(ZKD2)位于北京市房山区，地处暖温带半湿润大陆季风气候区。房山花岗闪长岩风化剖面ZKD2(E115°56′45″，N39°42′28″)高度约7 m，从风化剖面顶部0.3 m处至底部7 m处按照不同间隔依次采集20件样品，剖面样品的详细信息可参考文献[9,26]。

2 基因的构建

2.1 构建步骤

依据严桃桃等[7]、李睿堃等[3]和龚庆杰等[9]关于地球化学基因的构建方法，可以划分为5个步骤：元素的选择、参考值的确定、基因谱线与编码、相似度的计算和元素排序的调整。此处按照这5个步骤来构建基于微量元素的岩性地球化学基因。

第1步，元素的选择：基于LG01岩性地球化学基因中的11种元素，首先排除主量成分如SiO2、Al2O3、TFe2O3、Ti(或TiO2)、P(或P2O5)、Mn(或MnO)计6种，则剩余Zr、Th、U、Pb、Nb这5种元素。为了使构建的岩性基因链长度仍为11且含有6种在酸性岩中相对富集和5种在基性岩中相对富集的元素，此处选择对区分酸性岩和基性岩比较敏感且在风化过程中相对不活动的元素La，即将Zr、Th、U、Pb、Nb、La这6种元素视为在风化过程中相对不活动且在酸性岩中相对富集的元素(暂不考虑中性岩的划分)。尽管V、Cr、Co、Ni这4种元素在风化过程中可能发生活动，但它们在基性岩风化产物中的含量明显高于其在酸性岩风化产物中的含量[26]，因此在区分岩性方面也可视为相对不活动元素。为了选择既可有效区分酸性岩与基性岩，又在风化过程中相对不活动且不受常见矿化与蚀变影响的元素，此处又选择上文曾排除的主量成分Ti(或TiO2)，即将V、Cr、Co、Ni、Ti这5种元素视为在风化过程中相对不活动且在基性岩中相对富集的元素。

第2步，参考值的确定：在选择的11种元素中，其中Zr、Th、U、Pb、Nb、Ti这6种元素的标准化参考值仍采用龚庆杰等[9]给出的参考值。这里需要确定V、Cr、Co、Ni、La这5种元素的标准化参考值。基于迟清华和鄢明才[16]所汇编的酸性岩和基性岩元素丰度数据，依据可以较好区分酸性岩与基性岩的原则来确定元素的标准化参考值，其结果如表1所示。

表1 岩性地球化学基因的元素序列及其标准化参考值Table 1 Elemental sequence and its standardized reference values of the geochemical lithogenes

第3步，基因谱线与编码：在进行基因谱线绘制前首先对元素进行初步排序。针对6种在酸性岩中相对富集的元素依据其标准化数据在酸性岩中从小到大的顺序排列，则结果为Nb、Zr、La、Pb、U、Th。针对5种在基性岩中相对富集的元素依据其标准化数据在酸性岩中从大到小的顺序排列，则结果为Ti、V、Ni、Co、Cr。将5种在基性岩中富集的元素依次插入到上述在酸性岩中富集的6种元素排序的间隔中，则形成初始元素序列：Nb、Ti、Zr、V、La、Ni、Pb、Co、U、Cr、Th。然后绘制初始序列的基因谱线(类似微量元素蛛网图)，进而采用严桃桃等[7]所提出的三值法(编码取 0、1、2 三种值)依据基因谱线降、平、升的变化趋势进行编码，形成初步的基因编码[9]。

第4步，相似度计算：采用距离法计算两个基因之间的相似度。即设链长为11的两个基因的总距离为20(第1位编码不参与计算)，将两个基因同一位置上的编码进行差值距离计算并依次累加获得累加值，然后用20减去这一累加值后再除以20即可获得两个基因的相似度(以百分数形式表示)。

第5步，元素排序的调整：为有效区分酸性岩和基性岩使其基因相似度差异最大，可对第3步中的初始元素序列进行反复调整。本文首先将Ni与Cr的位置进行互换，再将V与Cr的位置进行互换后形成最终序列，Nb→Ti→Zr→Cr→La→V→Pb→Co→U→Ni→Th。此处将新构建的这一基于微量元素的岩性地球化学基因编号为LG03，其元素序列及标准化参考值如表1所示。

2.2 基因编码及相似度

依据微量元素岩性地球化学基因LG03的构建方法，中国5种介质(由元素丰度数据[16]构建的虚拟样品)及上陆壳(UCC，由元素丰度数据[17]构建的虚拟样品)的LG03基因谱线图如图1所示，其LG03基因编码及相互之间的基因相似度如表2所示。

图1 中国5种介质及上陆壳的基因谱线Fig.1 Spectral lines of geochemical lithogene LG03 of 5 geological materials in China and upper continental crust

表2 中国5种介质及上陆壳的LG03基因编码及其相互间的基因相似度(%)Table 2 LG03 gene codes of 5 geological materials in China and UCC with their mutual similarities (%)

由表2和图1(a)可知，中国酸性岩的LG03基因为10202020202，而中国基性岩的LG03基因为12020202020，二者基因谱线呈近似镜像对称，二者基因相似度为0，可以有效区分彼此。此外，中国中性岩的LG03基因为12111101111，与中国酸性岩和基性岩的相似度分别为40%和60%。这表明LG03岩性基因不仅可以有效地区分酸性岩和基性岩，而且兼顾了对中性岩的区分且形成便于记忆的岩性基因编码。这些特征与基于主量和微量元素混合构建的LG01岩性基因特征均相似。

由表2和图1(b)可知，中国土壤和水系沉积物二者的LG03基因相同且与中国酸性岩的相似度高达 95%。如果采用基因相似度≥80%作为样品之间具有相似基因的判别标准[7]，则中国酸性岩、土壤和水系沉积物3种介质具有相似的LG03岩性基因。这些特征与LG01岩性基因特征也相似。

在LG03基因中，上陆壳与中国土壤和水系沉积物的基因相似度为80%，与中国酸性岩的相似度为75%；但在LG01基因中，上陆壳与中国土壤和水系沉积物的基因相似度为85%，与中国酸性岩的相似度为95%。在这一点上，LG03与LG01基因存在一定的差异。

综上所述，基于微量元素构建的LG03岩性基因与基于主量和微量元素混合构建的LG01岩性基因在特征上基本相似，即二者不仅可以有效地区分酸性岩和基性岩，而且兼顾了对中性岩的区分，同时又形成便于记忆的基因编码，对中国土壤和水系沉积物的判定也相一致。

3 基因的检验

本文基因的检验主要是指岩石风化过程中基因稳定性的检验，即对基因遗传性与继承性的检验。遗传性是指以母体(此处为新鲜基岩)为参照对象时子体(此处为岩石风化产物)具有与其母体相似的基因，而继承性则是指以子体(此处为风化剖面顶部样品)为参照对象时母体具有与其子体相似的基因，即遗传性与继承性二者实质类似，只是参照对象不同[9]。为评价基因的相似性，此处仍采用基因相似度≥80%作为样品之间具有相似基因的判别标准[7]。

3.1 花岗岩风化剖面

本文选择的4个花岗岩风化剖面分别为广东连阳花岗岩风化剖面LY18D06、佛冈花岗岩风化柱样TT和山东胶东玲珑花岗岩风化剖面Z01、昆嵛山花岗岩风化剖面JD05。首先依据剖面样品的元素含量数据采用GGC(Geochemical Gene Coding)软件[9]计算出每件样品的LG03和LG01基因编码，然后针对每个风化剖面分别计算其样品相对于剖面底部新鲜基岩和剖面顶部风化样品的基因相似度。花岗岩风化剖面的基因相似度计算结果如图2所示，图中将相对于剖面底部新鲜基岩的基因相似度图示为遗传性基因相似度，而将相对于剖面顶部风化样品的基因相似度图示为继承性基因相似度。

图2 花岗岩风化剖面中的基因相似度Fig.2 Similarities of geochemical genes in weathering profiles developed over granitic intrusions

在广东连阳LY18D06剖面中所有样品的基因相似度均为100%(图2(a)和(b))。这表明整个剖面样品具有相同的LG03基因和相同的LG01基因，即LG03基因和LG01基因在该风化剖面中均具有极好(即基因相似度为100%)的遗传性和继承性。

在广东佛冈TT剖面中：(1)针对LG03基因，其遗传性基因相似度除剖面中部1个样品外其他值均≥80%，其继承性基因相似度均≥85%(图2(c))。(2)针对LG01基因，其遗传性基因相似度均≥80%，其继承性基因相似度均≥90%(图2(d))。这表明LG03基因和LG01基因在该风化柱样中均具有良好(基因相似度均≥80%)的遗传性和继承性。

在胶东玲珑Z01剖面中所有样品的基因相似度均≥95%(图2(e)和(f))，且剖面底部新鲜基岩样品与顶部风化样品具有相同的LG03基因和相同的LG01基因，即LG03基因和LG01基因在该风化剖面中均具有很好(基因相似度≥90%)的遗传性和继承性。

在胶东昆嵛山JD05剖面中：(1)针对LG03基因，其遗传性基因相似度均≥95%，其继承性基因相似度均≥90%(图2(g))。(2)针对LG01基因，其遗传性基因相似度均≥85%，其继承性基因相似度均≥80%(图2(h))。这表明在该风化剖面中LG03基因具有很好的遗传性和继承性，LG01基因具有良好的遗传性和继承性。

综上所述，在4个花岗岩风化剖面中，除1个样品外每个剖面中样品的遗传性和继承性基因相似度均≥80%，分别从遗传性和继承性的角度来看每个剖面中的样品均具有相似的LG03基因和LG01基因，这表明在这些花岗岩风化过程中LG03和LG01岩性地球化学基因均显示出良好的遗传性和继承性特征，即在花岗岩风化过程中LG03和LG01岩性地球化学基因均保持稳定。

3.2 玄武岩风化剖面

本文选择的4个玄武岩风化剖面分别为海南文昌市编号为HK06、NY、PL的玄武岩风化剖面和胶东蓬莱玄武岩风化剖面PL09。同样首先依据剖面样品的元素含量数据采用GGC小软件计算出每件样品的LG03和LG01基因编码，然后针对每个风化剖面分别计算其样品相对于剖面底部新鲜基岩和剖面顶部风化样品的基因相似度。玄武岩风化剖面的基因相似度计算结果如图3所示，其图例意义与图2中相同。

在海南HK06剖面中：(1)针对LG03基因，其遗传性基因相似度均≥85%，其继承性基因相似度均≥80%(图3(a))。(2)针对LG01基因，其遗传性基因相似度均≥85%，其继承性基因相似度均≥80%(图3(b))。这表明在该风化剖面中LG03基因和LG01基因均具有良好的遗传性和继承性。

在海南NY剖面中所有样品的基因相似度均≥90%(图3(c)和(d))，且剖面底部新鲜基岩样品与顶部风化样品具有相同的LG03基因和相同的LG01基因，即LG03基因和LG01基因在该风化剖面中均具有很好的遗传性和继承性。

在海南PL剖面中：(1)针对LG03基因，其遗传性基因相似度均≥90%，其继承性基因相似度均≥85%(图3(e))。(2)针对LG01基因，其遗传性和继承性基因的相似度均≥85%(图3(f))。这表明在该风化剖面中LG03基因和LG01基因均具有良好的遗传性和继承性。

图3 玄武岩风化剖面中的基因相似度Fig.3 Similarities of geochemical genes in weathering profiles formed on basaltic strata

在胶东PL09剖面中：(1)针对LG03基因，其遗传性基因相似度均≥95%，其继承性基因相似度均≥90%(图2(g))。(2)针对LG01基因，其遗传性和继承性基因的相似度均≥80%(图2(h))。这表明在该风化剖面中LG03基因具有很好的遗传性和继承性，LG01基因具有良好的遗传性和继承性。

综上所述，在4个玄武岩风化剖面中，每个剖面中样品的遗传性和继承性基因相似度均≥80%(即具有相似的基因)，这表明在这些玄武岩风化过程中LG03和LG01岩性地球化学基因均显示出良好的遗传性和继承性特征，即保持基因稳定。

3.3 花岗闪长岩风化剖面

本文选择的2个花岗闪长岩风化剖面分别为北京房山花岗闪长岩风化剖面ZKD2和胶东招虎山花岗闪长岩风化剖面JD10。同样首先计算出每件样品的LG03和LG01基因编码，然后针对每个风化剖面分别计算其遗传性和继承性的基因相似度，结果如图4所示。

图4 花岗闪长岩风化剖面中的基因相似度Fig.4 Similarities of geochemical genes in weathering profiles developed on granodioritic intrusions

在北京房山ZKD2剖面中：(1)针对LG03基因，其遗传性基因相似度均≥90%，其继承性基因相似度均≥95%(图4(a))。这表明在该风化剖面中LG03基因具有很好的遗传性和继承性。(2)针对LG01基因，其遗传性基因相似度变化范围为70%～100%，除顶部2件样品外，其余样品的遗传性基因相似度均≥80%，这表明在该风化剖面中除顶部2件样品外LG01基因表现出良好的遗传性，但在顶部样品中出现变异性(即顶部样品的基因与底部母岩基因不相似)。另一方面，剖面样品继承性基因相似度变化范围为65%～100%，除顶部3件样品和中部有2件样品外，其余样品的继承性基因相似度均<80%(图4(b))。这表明该风化剖面顶部样品的基因与其母岩样品的基因不相似，即LG01基因在该风化剖面中不具有稳定的继承性。

在胶东JD10剖面中：(1)针对LG03基因，其遗传性和继承性基因相似度均≥95%(图4(c))，这表明在该风化剖面中LG03基因具有很好的遗传性和继承性。(2)针对LG01基因，其遗传性基因相似度变化范围为65%～100%，其继承性基因相似度变化范围为55%～100%(图4(d))，这表明LG01基因在该风化剖面中不具有稳定的遗传性和继承性。

综上所述，在2个花岗闪长岩风化剖面中，针对LG03岩性基因每个剖面中样品的遗传性和继承性基因相似度均≥90%，这表明在这些花岗闪长岩风化过程中LG03岩性地球化学基因显示出很好的遗传性和继承性特征，即保持基因稳定。但对于LG01基因而言，剖面中许多样品的遗传性和继承性基因相似度<80%，即LG01基因在花岗闪长岩风化剖面中不具有稳定的遗传性和继承性。

4 讨论

4.1 风化过程基因稳定性的比较

在上述基因检验中主要针对LG03和LG01基因各自稳定性进行分析，此处针对二者在风化剖面中的稳定性(即遗传性和继承性)进行比较。依据图2—图4中基因相似度变化情况将10个风化剖面的基因稳定性特征列于表3中。为定性描述稳定性特征，将基因相似度均为100%的称为极好，≥90%称为很好，≥80%称为良好，而将基性相似度<80%称为不稳定。

表3 风化剖面中岩性地球化学基因LG03和LG01稳定性比较Table 3 Comparison of steady property of geochemical lithogenes of LG03 and LG01 in weathering profiles

针对花岗岩风化剖面，在LY18D06、Z01剖面中LG03和LG01基因的稳定性(遗传性与继承性)相同，在TT剖面中LG01相对于LG03更稳定，而在JD05剖面中LG03相对于LG01更稳定。因此基于花岗岩风化剖面可以认为LG03和LG01基因的稳定性基本相同。针对玄武岩风化剖面，在HK06、NY剖面中LG03和LG01基因的稳定性相同，而在PL和PL09剖面中LG03相对于LG01更稳定。因此基于玄武岩风化剖面可以认为LG03相对于LG01基因更稳定。针对2个花岗闪长岩风化剖面，LG03基因均具有很好的稳定性，但LG01基因均不稳定(或表现出明显的变异性)，因此基于花岗闪长岩风化剖面可以认为LG03相对于LG01基因更稳定。

综上所述，本文构建的基于微量元素的岩性地球化学基因LG03相对于基于主量和微量元素混合构建的LG01岩性基因更稳定。

4.2 成分分类与物源示踪

龚庆杰等[9]依据LG01岩性基因的特征提出利用LG01基因的酸性相似度可以对岩石、土壤、水系沉积物样品进行成分分类。酸性相似度是指样品相对于中国理想酸性岩的基因相似度，而中国理想酸性岩是由中国酸性岩元素丰度[16]构建的虚拟样品，其LG01和LG03基因的编码均为10202020202。依据龚庆杰等[9]基于基因相似度的分类方案，将酸性相似度≥80%的介质划为类酸性成分，将酸性相似度≤20%的介质划为类基性成分，将酸性相似度介于20%～80%之间的划为类中性成分。按照这一方案，分别计算风化剖面中每件样品的LG03和LG01基因酸性相似度，其结果如图5所示。

图5 风化剖面中的岩性地球化学基因酸性相似度Fig.5 Acidic similarities of geochemical lithogenes in weathering profiles

在4个花岗岩风化剖面中LG03基因的酸性相似度均≥85%、LG01基因的酸性相似度均≥80%(图5(a)—(d))。按照酸性相似度≥80%作为划分类酸性成分的标准，则这4个风化剖面中的样品均属于类酸性成分，这与岩石学中对其母岩样品的划分相一致，而对于风化产物来说则可基于LG03和LG01基因的酸性相似度对其进行母岩或原岩的物源示踪判别。

在4个玄武岩风化剖面中LG03和LG01基因的酸性相似度均≤20%(图5(e)—(h))。按照酸性相似度≤20%作为划分类基性成分的标准，则这4个风化剖面中的样品均属于类基性成分，这与岩石学中对其母岩样品的划分相一致，同样对于风化产物来说可利用LG03和LG01基因的酸性相似度对其进行母岩(或原岩)的物源示踪判别。

在2个花岗闪长岩风化剖面中：(1)LG03基因的酸性相似度均≥85%(图5(i)和(j))，按照酸性相似度≥80%作为划分类酸性成分的标准，则这2个风化剖面中的样品均属于类酸性成分，这与岩石学中对其母岩样品的划分相一致。(2)LG01基因的酸性相似度在北京房山ZKD2剖面中介于55%～85%之间，且大部分<80%(图5(i))；在胶东招虎山JD10剖面中介于60%～100%之间，除3个样品的值明显<80%外其余样品的酸性相似度均≥85%(图5(j))。这表明若利用LG01岩性基因进行成分分类和物源示踪时对基于花岗闪长岩的风化产物可能会存在误判。

综上所述，基于LG03基因的酸性相似度可以对本文讨论的花岗岩、玄武岩和花岗闪长岩计10个风化剖面样品进行成分分类和物源示踪判别。基于LG01基因的酸性相似度可以对本文讨论的花岗岩和玄武岩计8个风化剖面样品进行成分分类和物源示踪判别，但对2个花岗闪长岩剖面中的样品在分类和物源示踪判别上并不一致。即在成分分类方面同一剖面中部分样品被划分为类酸性成分而另一部分样品被划分成类中性成分，在物源示踪判别方面会认为一部分样品的母岩属于类酸性成分而另一部分样品的母岩属于类中性成分。这种LG03和LG01基因在成分分类和物源示踪方面的差异与上文关于二者稳定性的认识相一致，即LG03相对于LG01更稳定(或LG01相对于LG03更敏感)的特性可使LG03基因在成分分类和物源示踪方面更稳健。

构建LG03基因的目的是为了弥补LG01基因在对混染样品(如受风成沙、生物体等介质加入)物源示踪方面的不足，即采用微量元素构建基因以消除主量成分SiO2、P2O5(或P)等受风成沙、生物体等介质的影响，以便对风化产物进行更好的源岩或母岩示踪，而不是对LG01基因在成分分类方面的改变。

在JD10胶东招虎山花岗闪长岩风化剖面中，LG01基因的酸性相似度变化范围为60%～100%(图5(j))，在15件样品中有3件样品的酸性相似度<80%，这表明剖面中大部分样品属于类酸性成分，少数属于类中性成分，整体可称为类中酸性成分[9]。针对剖面底部母岩和顶部风化产物而言，其LG01基因酸性相似度均≥80%，应划分为类酸性成分，而基于LG03基因的酸性相似度则整个剖面样品均应属于类酸性成分。由于LG01基因相对于LG03基因更敏感(或LG03基因更稳定)，假设该风化剖面原岩成分存在有一定程度的不均一性[27-28](如剖面中3件具有低LG01酸性相似度值的风化产物对应的原岩)，这可能引起LG01基因的明显改变，但又不足以使LG03基因也发生明显改变。

在ZKD2北京房山花岗闪长岩风化剖面中，LG01基因的酸性相似度变化范围为55%～85%(图5(i))，在20件样品中有3件样品的酸性相似度≥80%，这表明剖面中大部分样品属于类中性成分，少数属于类酸性成分，整体也可称为类中酸性成分[9]。针对剖面底部母岩和顶部风化产物而言，其LG01基因酸性相似度均<80%，应划分为类中性成分，而基于LG03基因的酸性相似度则整个剖面样品均应属于类酸性成分，二者划分结果不一致。由于缺乏对该剖面底部新鲜基岩的岩石学观测，此处基于底部基岩样品的岩石地球化学成分数据，计算去掉烧失量后岩石中SiO2的含量为62.8%、Na2O+K2O含量为8.01%，如果采用侵入岩的TAS分类图解[29]投点则该样品位于石英二长岩区域且靠近二长岩区域。结合北京房山岩体的岩性划分[30-32]，推测该剖面底部基岩样品为石英闪长岩，在岩石学划分上应属于中性岩，这与LG01岩性地球化学基因的划分相一致。即在LG03和LG01基因酸性相似度划分不一致时，倾向于认可基于主量和微量元素混合构建的LG01岩性基因的划分结果，而LG03岩性地球化学基因则是从微量元素的角度进一步加以约束。针对该剖面中3件样品的LG01基因酸性相似度≥80%，这也可能是原岩成分存在有一定程度的不均一性从而引起LG01基因发生明显的改变，但又不足以使LG03基因也发生明显改变(仍保持类酸性成分的微量元素特征)。

综上所述，在成分分类方面当利用LG01和LG03的酸性相似度划分结果不一致时应以基于主量和微量元素混合构建的LG01岩性基因划分结果为准，同时由于LG03基因在遗传性、继承性和物源示踪方面更稳定故也可利用微量元素岩性地球化学基因LG03的划分结果加以约束。