城市环境地球化学调查研究方法综述.doc

城市环境地球化学调查研究方法综述 ADVANCEINEARTHSCIENCES Vol.10No.6Dec.,1995 Vol. 10No.6 574 Vol.10No.6 De.,1995 ?x.?ncaca?it?n?aaxnazaasex?ia.ai:xta?x?.?.aaaaan.?a?ts?na?arRxe)vaai2?az.wnaaz?t+zax?n ?iaazitnsrnaaa?x.xs?x?.?.?i-seseuaa?.xxaaa?tnne?az?aaa?itn)astaanweneaen.aan?av?si. ; Taylor IIli8T-1IitthWi1t&HillRWR1Iti4tI4Yi8R.teas.?zi:szs8. SunSS.Chemicalpositionandoriginoftheearthsprimitivemantle.GeochimCosmoshimActa?1982.46:1183 1188. DougauItHandDmitrievL.Mantleheterogetyfromtraceelements:MARtriplejunctionnear14N.EarthPlaSciLett.1988.88:2736. WhiteWM.HeterogeneityinthemantleevidenceIromisotopicstudiesofoceanicbasalIs.EOS.TracsactionAmericanGcopliyUmon?1982.63:51. DrunoHamelin,BernardDupreandAllergeCJ.PbSrNdisotopicdataofIndianOceanridges:newevidenceof3o8UAU lieterogctred.EarthPlaSciLett.1985/l986,76:288298. HartWK.CliemicaIandisotopicevidenceformixingbetweendepletedandeichedwantIe,northwesternUSA.GeochimCosmochimActa,198$,49:131144. Ringwoo?1AE.Compostionandpctrologyoftlieearthmantle.McCirawHilI,USA.1975,I95. WhiteRS.TheEartliscrustandIitliosphere.In:tJceanicandcontmentalIitliosphere:TheirSimilaritiesandDifler-ences(ed.byMRMenzies).GxfordUniversityPress.l99G,I10. ZindlerRandHartSR.CliemicaIgeodynannies.AnnualReviewsofEartliPIaSciLett,1986.1449314571. CircgoryRTaridTayIorHP.NonequilibriummetasomaticeffectsinupperwantIeinineralassembIages.ContribMmeraIPetrol,1987,93:124135. MenziesMRandHawkesworth.Mantleinatasomatwan.AcademiaPress.1987.17251. MenziesMR(eel.1.ContmentatMantle.GxlordUniversityPress.1990,IOOZ06. HawkeworthCJctaI.ContinentalwantIeIitliosphereandshalIowleveIeiclimentprocessesintlieEarthsman-tle.EartliPlaSciLett,1990,96:256268. FittonJCietaI.Dasicmagmatwritassociate?1withlateCenozoicezteusioninthewesternUnitedStates:pesi- L14Jtinnvariationinspaceandttrees.JourCieophyRes,1991,96:13693137II. IJD .HHQ(I)1(|.J1|I(?,1992,6:6668. 576 Vol.10 No.6 De?.,I995 I16JMerciesJG.Singlepyrozenegeothermomeryandgeobarometry.AmerJvIiner,1976?61178I:671678.C17)ONeilletal.TheOlivineOrthopyroxeneSpineloxygengeobarometery,thenicke2precipitetioncurveandthe oxygenfugacityoftheearthsuppermantle.JournalPrtrology?1987?11691191. C183PollackHN(IIChapmanDS.;1f|1(XJj)iI.|RJt|1(ID(?1983?5:917. C193MattioliGSetat.Uppermantleoxygenfugacityrecordedbyspinelthereofithes.Nature,1986?322:6080. REVIEWOFSTUDIESONMANTLEGEOCHEMISTRY WangYuejun HanYinwen IChiUniuersit?yofGeosciences?Wuhan 430074I ZhengHaifei tBeijingUtiiuersity?Betjing100871I Abstract Thispapersnanmarilyreviewstheprogressandprospectofmantlegeochemistryinthepasttwodecadesinstudying:11)Theaveragepositionofthewholeand/orregionalmantleintheEarth?12)Therelationshipbetweenmantleheterogeneityandregionaldistributionofdepositsinthecrust,(3)mantlemetasomatism,(4)chemicalgeodynainics,and(5)physicochemicalenvironmentoftheuppermantle. Keywords:Mantlegeochemistry?Mantlematasomatism,Mantlegeodynamics,Mantle physicochemistry. 中国地质调查局地质调查技术标准DDxx-01 多目标区域地球化学调查规范(1:250000) 中国地质调查局 xx年10月 I目次 ?1范 围?12规范性引用文 件?13术语和定 义?14总 则?25设计书的编 写?26土壤地球化学样品采集工作方 法?3 7近海海域沉积物地球化学样品采集工作方 法?8 8湖泊沉积物地球化学样品采集工作方 法?9 9水地球化学样品采集工作方 法?10 10样品 库?1211野外原始资料质量检 查?1212土壤地球化学样品分析测试质量要求及质量控 制?13 13水地球化学样品分析测试质量要求及质量控 制?19 14数据库与地球化学图编 制?20 15异常查 证?2416多目标区域地球化学调查报告的编 写?26 17附录A土壤地球化学采样记录卡（规范性附录）?28 18附录B水地球化学采样记录卡（规范性附录）?30 19附录C近岸海域沉积物、湖积物地球化学采样记录卡（规范性附录）?32 20附录D野外工作GPS定点及航迹监管要求（规范性附录）?34 21附录E质量检查记录表（资料性附录）?35 22附录F各省、市、自治区的编码（资料性附录）?41 23附录G标样质量监控图图式（规范性附录）?42 24附录H多目标区域地球化学调查报告封面、扉页格式（资料性附录）?43 25附录J地球化学图图式（资料性附录）?45 II多目标区域地球化学调查规范（1:250000）是针对我国第四系发育的平原、盆地、滩涂、 近岸海域、湖泊、湿地、草原、黄土高原及丘陵山地等地区开展的区域性、基础性资源与环境地 球化学调查工作而制定的。 以往国内外均未编制过该类调查工作的技术要求。 本规范的附录A附录D、附录G为规范性附录，附录E、附录F、附录H、附录J为资料性 附录。本规范由中国地质调查局提出和归口管理。 本规范由南京地质矿产所负责组织起草。 本规范起草人：奚小环任天祥陈国光张德存叶家瑜薛水根、顾金秋 本规范由中国地质调查局负责解释。 III1范围 本规范规定了多目标区域地球化学调查工作性质、目的任务、设计编写、方法技术、分析指标、样品测试、异常检查、质量管理、图件编制与成果报告编写等内容。 本规范适用于在我国陆地与近岸海域开展资源与环境调查中的区域性、基础性地球化学调查工作。 2规范性引用文件 下列文件中的条款通过本规范的引用而成为本规范的条款。凡注明日期的引用文件，其随后的修改单或修订版本均不适用于本规范，然而，鼓励根据本规范达成协议的各方研究是否 可使 用这些文件的最新版本。凡不注明日期的引用文件，其最新版本适用于本规范。GB969489地质矿产术语分类代码 GB/T14496-1993地球化学勘查术语 GB12999-1991水质采样样品保管和管理技术规定 GB17378-1998海洋监测规范 GB15618-1995土壤环境质量标准 DZ/T0130-xx地质矿产实验室测试质量管理规范 DZ/T0075-1993地球化学勘查图图示式、图例及用色标准 DZ/T0011-1991地球化学普查规范（150000） DZ/T0167-1995区域地球化学勘查规范(1200000) DZ/T0145-1994土壤地球化学测量规范 3术语和定义 下列术语和定义适用于本规范。 多目标区域地球化学调查Multi-purposeregionalgeochemicalsurvey 多目标区域地球化学调查是针对第四纪覆盖区开展的基础性调查工作，主要目标包括基础地质、资源潜力与生态环境等三大方面。调查工作按照1250000采样网度和采样密度，以系统开 展土壤地球化学测量（近岸海域沉积物地球化学测量和湖泊沉积物地球化学测量）为主，水地球 化学测量为辅，测定其中数十种无机和有机地球化学指标，编制地球化学图件及编写相应测区调 查报告。 区域水地球化学测量Regionalhydro-geochemicalmeasurement 区域水地球化学测量是按照1250000采样网度和采样密度，系统采集地表水和浅层地下水 样品，测定其中数十种无机和有机地球化学指标，编制地球化学图件及编写相应测区调查报告。 近岸海域沉积物地球化学测量Coastlinemarinesedimentgeochemicalmeasurement近岸海域沉积物地球化学测量是依照1250000采样网度和采样密度，系统采集近岸海域沉 积物样品，测定其中数十种无机和有机地球化学指标，编制地球化学图件及编写相应测区调查报 告。 湖泊沉积物地球化学测量Lacksedimentgeochemicalmeasurement 1湖泊沉积物地球化学测量是依照1250000采样网度和采样密度，系统采集湖泊沉积物样品，测定其中数十种无机和有机地球化学指标，编制地球化学图件及编写相应测区调查报告。生态地球化学ecosystemgeochemistry 生态地球化学是研究元素或化合物地球化学分布、分配特征及在地球系统中（岩石圈、土壤圈、水圈、大气圈和生物圈之间）循环过程和迁移转化条件、机理，并对其演化趋势进行预测 的科学。 生态地球化学预警Ecologicalgeochemicalforecast 生态地球化学预警是指运用生态地球化学方法理论，对生态地球化学环境进行风险预测，主 要针对有益与有害元素指标可能发生的变化趋势进行监测，对可能产生的生态安全提出警示。 土壤地球化学基准值Soilgeochemicalbaseline 土壤地球化学基准值是指第四纪地层未受人类作用的元素地球化学含量值。第四纪地层包括不同的沉积时代、沉积相或物源类型，存在元素地球化学含量差别，基准值是反映这些差别的系 列值。 4总则 4.1多目标区域地球化学调查属于基础性地质调查工作范畴，调查区域主要包括第四系发育的 平原、盆地、滩涂、近岸海域、湖泊、湿地、草原、黄土高原及丘陵山地等地区。 4.2多目标区域地球化学调查工作方法以区域土壤地球化学测量为主，辅以区域水地球化学测 量。工作比例尺按1250000国际分幅，工作区域按行政区划、经济区带或景观类型划分。 4.3多目标区域地球化学调查依据我国经济发展与地理地貌特点采取正确有效工作方法，一般 在东部和中部城市密集、水网发育等景观多样地区，采样密度相应较大；西部以草原为主地区， 景观单一，采样密度相应较小。 4.4多目标区域地球化学调查通过采集具有代表性样品，利用大型精密仪器测定其中数十种元 素及十几种有机物指标，要求样品分析具有较低检出限与较高精密度，以适应测区特点和调查需 求。 4.5多目标区域地球化学调查主要提供高精度、高质量地球化学数据，绘制各类地球化学图，查明元素地球化学分布、分配特征，对发现重要异常进行查证，为各个领域利用提供基础资料。 4.6多目标区域地球化学调查要求对基础地质、资源潜力与生态环境等方面进行论述；在生态 环境领域，还应依据元素分布特点，对主要元素成因、迁移转化特征及其影响进行科学评价 和预测。 4.7多目标区域地球化学调查具有为国土资源规划、管理、保护和利用，向社会公众发布地学 信息，促进社会经济可持续发展等多层面、多领域服务功能，是一项多目标的地质大调查。5设计书的编写 5.1设计书是开展多目标区域地球化学调查工作的依据，应由项目承担单位根据上级主管部门 下达的任务书编写。 5.2设计书编写前准备工作 5.2.1资料收集 2a.收集与测区有关的自然地理、区域地质、矿产资源、地球化学、地球物理、遥感、土壤类型、生态环境、地方病等基础资料。 b.收集与测区有关的农业生产、土地利用、城镇发展、工矿企业布局、以及规划等方面的 资料。 5.2.2根据测区不同类型疏松覆盖层、河流、浅层地下水、湖泊、滩涂、近岸海域沉积物分布情 况，研究和确定野外采样方法及采样点布局。 5.2.3实地踏勘 a.在收集资料和初步研究基础上，对测区进行实地踏勘，提出本测区切实可行的多目标区域地球化学调查工作实施方案。 b.对踏勘中发现的特殊技术问题，应进行必要的方法试验。 5.3设计书主要内容 5.3.1工作任务：包括任务、目的要求、选区依据、测区范围、工作量及技术要点等。 5.3.2调查区概况 a.自然地理、区域地质、矿产资源、地球化学、地球物理、遥感等情况概述； b.调查区经济发展、农业、土壤及生态环境问题简要评述； c.前人工作及研究程度评述。 5.3.3野外工作方法、技术及质量要求 a.拟采用的野外工作方法、样品加工处理方法； b.野外工作与样品加工的质量检查方法。 5.3.4样品测试分析方法与监控方案：包括拟测定的元素、指标，分析方法的选定，质量标准、 质量监控方法等。 5.3.5数据处理及编图方法。 5.3.6 5.3.7 5.3.8 5.3.9重要异常查证：包括拟采用的异常圈定、筛选方法，查证方法，查证程度等。实物工作量与预期成果。组织管理、人员、装备。经费预算。 5.3.10质量管理与技术保障措施。 5.3.11设计附图。 5.4设计书应提交主管部门审查后实施。在项目实施过程中，如有较大变化需要进行修改或补 充设计时，应提出书面报告，经原设计审查部门批准后实施。 6土壤地球化学样品采集工作方法 6.1土壤地球化学样品包括表层土壤和深层土壤两类样品。为避免玷污，两类样品采样不得混 采，不得一起加工处理。 6.2表层土壤样品采集工作方法 6.2.1表层土壤样品采样密度为1个点/km2。城区及周边地区，可加密到平均12个点/km2。滩 涂（含潮间带）一般采样密度为1个点/4km2。西部景观单一，以草原为主地区采样密度可放稀 为1个点/4km2。 36.2.2采样点布设 a.采样点要均匀分布，按采样格子布点。采样小格（1km2）中一般均应布点，点位尽量布置在格子中间部位。不得出现连续4个或4个以上的空白小格。 b.在江河水系发育地区，采集河漫滩与岸边土壤样品。 1.地球化学研究的基本问题： 元素（同位素）在地球及各子系统中的组成 元素的共生组合和存在形式 研究元素的迁移 研究元素（同位素）的行为 元素的地球化学演化 14.研究络合物稳定性的意义: 确定元素沉淀的分离和空间上的分带性。 天然水中存在各种元素的络合物，由于其稳定性不同，其迁移能力就有差异，这就导致元素迁移时被搬运的距离和沉淀先后的不同，为此，可造成元素沉淀的分离和空间上的分带性。 络合作用对元素迁移的影响。 K不稳愈大，络离子愈不稳定，电离能力愈强溶液中简单离子愈多，金属离子就会通过化学反应形成难溶的化合物立即沉淀。 致使地壳中某些性质相似元素的分离。 地壳中某些性质相似的元素紧密共生，但当它们形成络合物时，由于络合物不稳定常数的差别，导致它们彼此分离。 7.岩浆结晶过程和部分熔融过程的判别方法： 根据平衡部分熔融和分离结晶作用中微量元素分配的定量模型，可以对成岩过程进行鉴别。判别方法如下。 固液相分配系数高的相容元素：如Ni,Cr等，在分离结晶作用过程中它们的浓度变化很大，但在部分熔融过程中则变化缓慢； 固液相分配系数低的微量元素：如Ta、Th、La、Ce等，它们总分配系数很低，近于0，与0.20.5比较可忽略不计（称为超岩浆元素）。在部分熔融过程中这些元素浓度变化大，但在分离结晶作用过程中则变化缓慢； 固液相分配系数中等的微量元素，如HREE、Zr、Hf等，它们的总分配系数与1比较可忽略不计（称亲岩浆元素）。 对于平衡部分熔融： CHL=CHo,s/F和CML=CMo,s/(DMo+F) 式中：CHL为超岩浆元素在液相中的浓度，CML为亲岩浆元素在液相中的浓度； CHo,s，CMo,s，分别为它们在原始固相中的浓度。 F为熔体占母岩的质量分数，反映部分熔融的程度。 对于分离结晶作用：CHL=CHo,L/F CML=CMo,L/F CHL/CML=CHo,L/CMo,l=常数。 因此，当用CHL/CML对CHL作图时，即用某超岩浆元素（H）与亲岩浆元素（M）浓度比值对超岩浆元素浓度作图时，平衡部分熔融的轨迹为一条斜率为DHo/CMo的直线,而分离结晶作用的轨迹则构成一条水平线。 5.类质同象基本规律： （1）戈尔德施密特类质同象法则只是从相互置换的质点的电价、半径的角度来进行判断，因此该法则只适用于离子键化合物。 若两种离子电价相同、半径相似,则半径较小的离子优先进入晶格。因此，离子半径较小的元素集中于较早期结晶的矿物中，而较大离子半径的元素集中于较晚期结晶的矿物中。 若两种离子半径相似而电价不同,则较高价离子优先进入晶格,集中于较早期结晶的矿物中，称为“捕获”；而较低价离子集中于较晚期结晶的矿物中，称为“容许”。 若两种离子电价相同、半径相似(隐蔽法则),丰度高的主量元素形成独立矿物,丰度低的微量元素将按丰度比例进入主量元素的矿物晶格,即微量元素被主量元素所隐蔽。 （2）林伍德补充总结的类质同象规律: 当阳离子的离子键成分不同时,电负性小的离子优先进入晶格,形成较强的、离子键成分较多的键.(键强较高)的键，它们优先被结合进入矿物晶格。 6.太阳系元素的丰度特征： H和He是丰度最高的两种元素。这两种元素的原子几乎占了太阳中全部原子数目的98。 Li、Be和B具有很低的丰度，属于强亏损的元素（核子结合能低，形成后易分解），而O和Fe呈现明显的峰，它们是过剩元素（核子结合能最高，核子稳定） 原子序数较低时，元素丰度随原子序数增大呈指数递减，而在原子序数较大的范围内（Z45）各元素丰度值很相近。 原子序数为偶数的元素其丰度大大高于相邻原子序数为奇数的元素。具有偶数质子数（A）或偶数中子数（N）的核素丰度总是高于具有奇数A或N的核素，即奇偶规律。 四倍规则：质量数为4的倍数（即粒子质量的倍数）的核素或同位素具有较高丰度。 原子序数(质子数)或中子数是“幻数”的元素丰度高 稀土元素Ce与Eu异常产生的原因？ Eu分配系数的研究表明：不同矿物具有不同的REE分配系数，斜长石对Eu的分配系数远远大于其它REE；因此，各类岩浆岩中Eu异常的发生常与斜长石的结晶有关。例如：在部分熔融过程中，残余相中大量斜长石的存在，使熔体中产生了明显的正铕异常。在分离结晶过程中，由于斜长石的大量晶出而导致残余焙体中形成明显的负铕异常。碱性花岗岩(A型花岗岩)起源于深源，经部分熔融、分离结晶等复杂成岩过程后，最终将形成具明显负铕异常的“V”字型模式曲线。 Ce它反映Ce异常的程度。Ce也是变价元素，在一般情况下呈Ce3+出现，这时它与其它REE的性质相似共同迁移。 在氧化条件下，部分可变为Ce4,因其离子电位与其他REE差别较大而发生分离； 在岩石风化过程中，Ce4在弱酸性条件下极易发生水解而停留于原地，致使淋出的溶液中贫Ce，产生Ce负异常; 海水强烈亏损Ce（在海水中，Ce的停留时间最短，仅为50年，而其它REE为200一400年）；海洋褐色粘土为中度负铈异常，而锰质结核则为明显的正铈异常。