勘查地球化学辅导材料

一、概念1、勘查地球化学国内外的一些学者对地球化学找矿下过各种定义，其中比较有代表性的西方国家的定义是:“地球化学找矿是基于系统地测定天然物质的一种或数种化学性质的任何矿产勘查方法。”(H·E·Hawkes等，1962)。苏联学者认为，地球化学找矿是根据基岩及覆盖层中、地下水及地表水流中、植物中和壤中、气中的含矿物质不明显的微观分散晕以发现矿床的一种找矿方法(B·q·克拉斯尼科夫，1955)。我们认为，地球化学找矿是一种以地球化学异常作为主要研究对象，以矿产普查为主要目的，并兼顾其它基础地质研究的系统的地球化学调查，她实际上是一门工程学。目前，全球以矿产勘查为主要目的的传统化探正在渐渐减弱，而以环境和农业等多目标地球化学调查日益活跃。表明学科与社会需求已较好地结合。2、地球化学指标地球化学指标是一切能提供找矿信息或一般地质信息的、能直接或间接测定的地球化学变量。地球化学指标包括参数性与非参数性两大类，前者测量结果可用数字表示，而后者只能定性地用有无、大小、强弱、深浅等描述。3、地球化学异常地球化学异常，则是地质体中地球化学指标与周围背景有显著不同的现象。需要了解异常是相对正常或背景比较而言。有关地球化学异常概念的形成，有一个发展过程。1936年，H·M·萨弗罗诺夫首先提出了矿床分散晕的概念。所谓矿床分散晕是指矿体周围或附近所存在的与成矿有关的特征元素的高含量带。这只是当时的认识，我们知道异常不仅仅只有正异常同时还有负异常。4、地球化学障在水溶液中迁移的元素，一部分可以随着溶液的迁移从周围介质中吸取新的物质而不断升高，直到饱和变成稳定为止;另一部分则随地表水或地下水从一种环境进入另一种条件极为不同的新环境时，水中的某些元素因环境的变化而发生沉淀。这种转变在空间上表现为一个狭窄的地带，苏联的A·N·彼列尔曼把它称为地球化学障。在地球化学障上，化学元素溶液中的迁移受阻，对于溶液中的元素来说地球化学障就是沉淀障。根据引起沉的原因将地球化学障分为氧化障、还原障、酸性障、碱性障、水解障、吸附障及蒸发障等。不同元素在不同障上沉淀析出而引起表生地球化学分异。例如，铁在氧化障析出，铀在还原障上析出。化合物的水解用与溶液的pH值有关。在pH值变化处，即二种不同pH值的水汇合处，产生水解障。5、上移水成异常水溶液中的元素，通过毛细管上升及植物根系吸收而向上运动，在地表土壤或其他覆盖物中形成地球化学异常。异常与下伏异常源空间位置对应。6、水系沉积物异常在表生带内的一切地球化学异常，在地下水及地表水的冲刷与溶解下;使原来集中的元素沿水系发生分散，在水系沉积物分布的狭长地带内形成的异常，叫做水系沉积物异常，前苏联称其为分散流。7、地植物异常由于植物吸收了大量微量元素导致生物的个体或群体的生态特征发生变异，甚至出现特殊的种属以至植物区系。其形成的异常叫做地植物学异常。地植物学异常代表了强烈的生物地球化学异常，但它以生物的生态变化表现出来，因此不必取样化验，凭肉眼观察就能识别。论述题一、试述后生地球化学异常的主要形成机理。答：后生异常可以发育在任何介质中。形成异常的物质通常已经在活动相（水溶液、气体、植物体及大气搬运的质点）中迁移了或远或近的距离，而在异常地点沉积下来。在所有迁移的动力中，水溶液是最主要的。1、上移水成异常：在水溶液中的元素，可以通过毛细管上升及植物根系吸收而向上运动，这是淋滤作用的对立面。土壤水分毛细上升的高度与其结构有关，溶液通过土壤毛细管上升的速度是相当快的，由毛细作用输送到地表的金属，由于水分的蒸发而沉淀，由此形成的后生异常一般使位移减少。2、侧移水成异常：金属元素被地下水深解并随着迁移很远的距离，在某种沉淀障上析出，这就形成了侧移的水成异常。在山区，地下水的运动可以分成三个带，潜水面以上为渗透带，第二带为流动带，地下水主要以水平运动为主，向汇水盆地的低洼处流动。在潜水面以下一定深度处，地下水处于大体停滞的状态，运动缓慢，化学反应也接近平衡，此带称为饱和带。识别侧移水成异常除了根据其位置而外，更主要的是依靠异常中元素的冷提取率。侧移水成异常与止移水成异常相反，不能用来指示矿体的确切位置。但它能反映整个地下水源区矿化情况，在普查时能发挥很大作用。3、电化学迁移异常：在电场作用下，阳离子向阴极移动，而阴离子向阳极移动。这是一个普通的电化学现象。在自然界，正在氧化中的硫化矿体或石墨质岩石甚至下渗中的地下水都能够产生电场。因此处在水溶液中的离子将在自然电场的驱使下运动，成为一个后生异常的动力。自然电场会随着硫化矿石彻底氧化而消失。但是，作为在它活动期间积累结果的元素分布模式将保留下来。二、简述分散流的发育特征。答：为了合理地解释水系沉积物测量结果及正确的布置采样工作，必须了解矿床分散流发育的规律。1、一级水系中的分散流：假设在水系中任取一点，该点以上的汇水面积中包含几个地质单元，每一单元占据的面积，成矿元素含量及剥蚀分别为Si、Ci及Δh。则每年流经该点的总体积为ΣSiΔhi，包含在其中的成矿元素总量为ΣCiSiΔhi。因此，该元素在该点的冲积物中的平均含量将为Cx=ΣCiSiΔhi/ΣSiΔhi（公式一）。实际上这就是面积加权的平均值。由公式一可知，在区域化探中，分散流的含量就代表了它的汇水盆地中的各地质单元的平均含量。2、多级水系中的分散流：当水系有支流汇入时，如果该支流内没有矿化，则相当于汇水面积增加了一块，而进入沉积物的金属量不变，这就导致分散流中的金属含量呈阶梯状递减。当然实际情况比较复杂，由于无矿岸土的混入或矿化支沟的汇入，使分散流中的含量呈跳跃式变化。但总的递减规律是明确的，最后消失在背景起伏这中。消失点离原生矿化（土壤异常）的距离叫分散流的延伸长度。这一长度受许多因素的影响，如异常源被剥蚀的规模、汇水盆地的形状、异常源出露地点相对于河谷的位置、观察方法等等。3、分散流的富集系数：在推导公式一、二时，没有考虑金属元素富集和淋失等化学迁移的因素，所以需引入一个系数q，将公式一推导为Cx=qΣCiSiΔhi/ΣSiΔhi，这里的q被称为分散流的富集系数。引起q值的变化的原因主要是公式中作了均匀剥蚀及完全混匀的假设。实际上河谷不同地段坡度有变化，局部平缓处成了堆积的场所，而来自取样点近处坡上的物质比远处有更大的影响，此外，重力分选与工作方法的偏差都能影响q值。4、矿体形态与位置的影响：矿体的形态及其相对于水系的位置对分散流的形成有很大的影响，最有利于分散流形成的是矿体位于分水岭地段，且直接受到割切，此时分散流呈现出明显的峰值。由于Sx及Sa可以十分接近，峰值含水量很高，最不利于分散流形成的条件是矿床位于较大水系附近的沟口，因为Sx与Sa的比值很大，使分散流的含量很低，很容易漏掉异常。5、河谷横断面中的含量的要布：完整的河谷横断面通常包括一个或数个阶地、河漫滩及河床。阶地中的物质，代表上游已被剥蚀的部分；河漫滩及河床内的最新沉积物是现代剥蚀的物质，才具有现实找矿意义。根据河床中水流的情况，可以分出无水道，单水道及多水道三种类型。不论何种类型，总可识别出一个主水道，、或干涸的主水道。在主水道中的现代活动性沉积物就是水系沉积物取样的对象。垂直于河道的剖面观察表明，如果上游有正在受到剥蚀的矿床，则在有水或干涸水道中心的金属元素含量较高，而河漫滩部分较低；如果矿床已经剥蚀完了，则在早期河床沉积物中可能保存高含量。6、含量随时间的变化：分散流中金属元素含量在地质时期中的长期变化，显然反映了剥蚀盆地中割切水平的不同。此外还有随年份、季节的而变。三、简述影响植物对元素吸收的主要因素。答：影响植物元素吸收的主要因素如下列：1、植物的种属：假如不同的植物生长在完全一样的营养液中它们灰份中各元素的含量并不相同。这部分含量叫种属含量，是由植物本身特点决定的。2、植物的器官：同一株植物的不同器官司所含金属量也不相同。3、植物器官的年龄：同一器官在它的生长发育期及凋谢期含量不同。4、器官的健康状况，植物感染了疾病，生理功能发生变化，这种变化对微量元素含量的影响还无人系统地研究过。5、土壤的PH值：土壤PH值一方面决定了土壤中某些元素的淋滤或沉积，另一方面决定了是否为植物所吸收。6、植物的根系：深根系植物与浅根系植物从不同深度上吸收水份与养料。因此，反映在灰份中的含量有不同的意义。7、样品的取向：植物的地面部分，需要阳光照射，因此生长在阴暗和阳坡的植物，其发育特点不同，甚至在同一株植物上，方位不同也会产生差异。8、植物器官内元素的分布：利用精细的分析或用放射性示踪原子，可以发现元素在器官中的分布是不均匀的。9、地下水状况：因为植物生长离不开不，根据植物获得水分的方式，可以分成旱生，湿生，水生三大类。10、互促互斥元素的存在：当土壤中有许多共存元素时，有些元素能互相促进植物的吸收，而有些则相反。上面列举了10个方面的影响因素，归纳起来，不外乎植物本身及环境两大类。四、影响岩石地球化学形成的主要因素1、构造因素断裂、破碎带、接触带、地层层理、不整合面、岩石的节理、片理和孔隙等构造空间即是含矿溶液迁移的通道，又是成矿物质沉淀成矿的有利场所，也是矿床原生晕形成的主要空间部位。构造对成矿成晕的控制不仅是一个被动因素，也是造成系统内部变化因素，是热液迁移运动的驱动力之一。2、岩性因素（1）围岩的物理、化学性质对热液迁移的影响化学反应的发生。（2）岩中矿物成分对蚀变类型有决定性影响，控制着原生晕中的元素组合。如由铁镁矿的岩石常常发生绿泥石化，微斜长石往往蚀变为绢云母。不同的蚀变矿物之间有着物理化学性能，如元素组成、吸附性能等，形成不同的元素组合。（3）石的孔隙度和连通性。孔隙度大且连通性好，才有利于热液迁移、孔隙度小、连通性差，则不利于热液迁移和渗透，容易形成隔挡层。3、矿液的性质热液中成矿元素的浓度，元素的迁移形式，热液体系的温度、压力等特征影响原生地球化学异常的形成。规模大的热液矿床总是形成规模较大的原生异常，这可用热液中成矿物质浓度较高或成矿作用时间长来解释。五、土壤中微量元素存在形式1、原生矿物及其中的原生混入物(包括类质同象、机械混人物、气液包裹体)。物理风化的产物，形成碎屑异常的元素主要以这种形式存在。2、次生矿物及其中的次生混入物微量元素在土壤中重要存在形式。除了各种枯土矿物外，对金属来说主要是碳酸盐、硫酸盐、砷酸盐、磷及各种氧化物与氢氧化物。此外，还可能有少量次生硅酸盐和次生石英。3、被吸附的离子及分子这一形式可能是土壤中大多数不能形成独立矿物的微量元主要存在形式。存在于土壤中的大量粘土矿物及胶体是吸附与离子交换形式存在的基础。4、有机分子状态存在土壤中腐植质对金属离子具有强的络合或螯合作用，在富含腐植质的森林土壤中可成为金属元素的重要存在形式。5、自由离子或自由分子状态存在于土壤水分申的溶解物及土壤孔隙中的气体分子。这部分物质与土壤固体颗粒的联系最弱，因而其活动性最大。如土壤气汞、水可提取部分金属离子等。六、天然水的水化学类型天然水的按矿化度进行划分：矿化度－水中所含各种离子、分子及化合物的总量，以g/L表示。1、淡水型：总矿化度1g/L,水呈中性或弱碱性。2、重碳酸盐型：总矿化度0.3～4g/L,水呈中性或弱碱性，其中HCO3-含量占优势。3、磷酸盐型水：总矿化度1～10g/L,水呈酸性或弱酸性，含有一定量的SO42-。4、氯化物型：总矿化度高,一般大于5g/L,水呈中性或弱碱性，含有大量NaCl。