应用地球化学自学指导书.doc

应用地球化学自学指导书一、 课程适用专业总课时：面授学时：自学学时：适用专业：二、课程性质与目标1、课程地位、性质及任务 本课程是地质工程专业的一门专业基础课，它的任务是使学生了解地球化学及化探的对象、内容和研究方法。为进一步学习后续课程奠定基础。本大纲适用于地质工程专业 2、课程任务通过该课程的教学，以地球化学理论为指导,通过系统测量天然物质(如岩石、疏松覆盖物、水系沉积物、水、生物与空气)中成矿元素和指示元素的含量及其分布特征,研究其分散与变化规律,发现矿床的地球化学分散晕(异常),据此进行直接找矿或辅助地质勘探工作。地球化学探矿是在近代地球化学与微迹分析技术的推动下发展起来的。使学生能掌握矿产地质和环境地质中分析问题和解决问题的理论知识，能从事地球化学找矿与环境地球化学评价工作，并对本学科的国内外发展前沿有一定的了解。3、课程在本专业的定位与课程目标本课程是地质工程专业主要的专业基础课，是后续“矿床学”、“矿物岩石学”、“晶体光学”、“岩矿测试”、“找矿勘探”和“资源评价”等专业主干课程学习必需的理论基础，对于地质工程专业学生的学习具有不可替代的重要地位。通过本课程的学习，使学生能掌握矿产地质和环境地质中分析问题和解决问题的理论知识，为后续专业课程的学习奠定良好的理论和实践基础。能从事地球化学找矿与环境地球化学评价工作，并对本学科的国内外发展前沿有一定的了解，为社会需要提供合格人才。. 4、课程的重点、难点及解决办法本课程的重点是要掌握地球化学基础理论与新技术新方法，难点是怎样将学到的理论能很好的与实际联系。针对这些问题，在自学过程中，采取了以下措施：（1） 强化实际与理论相结合教学 每复习到一个理论问题，就例举一个在实际问题中该理论的应用实例，每复习完一章，再结合实际做2-3个练习题，全部课程自学完之后，再做一个结合性的大型练习(包括理论分析，数据处理和应用)，从而使学生能基本掌握所学的理论知识，并具有较强的动手能力。（2） 强化与科研实践相结合 结合科研项目，让学生参加科研实践，使学生的实践工作能力得以提高。（3）加强答疑与辅导 除了规定课堂答疑时间外，讲课教师公布办公地点和电话，学生可随时找教师答疑。三、知识模块顺序及对应的学时全部内容分为3部分。第一部分为基础理论，相当于原来的“地球化学”(大约也相当于国外的geochemistry)。针对工科类地质专业的学生在中学学习阶段对化学类知识掌握较少的情况，这部分内容侧重于基础知识的学习，以元素的迁移、富集和分散的地球化学机制为主线，以同位素地球化学的原理与应用以及三大类岩石的成矿地球化学为重点，对一些普通化学和热力学的基本理论和原理都做了较为详细的论述，这部分内容学时数为28学时。第二部分为方法部分，相当于原来的“地球化学找矿”(也相当于国外的“Applied geochemistry”)，主要讲述了一些化探方法的基本内容，但与原来的“地球化学找矿”课程内容相比，增加了环境地球化学勘查方面的内容。这部分内容学时数为1214学时。第三部分实习与练习，包括野外现场实习1次、实验室仪器观察与操作1次、大型课程练习1个。四、自学内容与指导上篇 通论理论与方法第一章 元素分布的基本规律1、 自学内容元素分布规律、元素的共生组合、元素的空间分布、元素含量的的概率分布2、 本章重点1）常量元素的分布特征2）微量元素的分布规律3）元素的亲和性4）元素的正常分布与异常分布的特征5）地球化学场的特征3、本章难点1）微量元素的分布规律2）地球化学场4、本章学习指导地壳的物质组成与元素丰度；地壳元素在应用地球化学研究中的作用；成矿元素的浓集系数及其意义。各类岩浆岩中化学元素的丰度；沉积岩中化学元素的丰度；地壳中元素的赋存形式及其研究方法。5、自学课时（4课时）第二章 原生地球化学环境与元素的原生分布1、自学内容地壳的物质组成与元素丰度；各类岩浆岩中化学元素的丰度；沉积岩中化学元素的丰度;地壳中元素的赋存形式。2、本章重点1）地壳的物质组成与元素丰度；2）地壳元素在应用地球化学研究中的作用；3）成矿元素的浓集系数及其意义；4）各类岩浆岩中化学元素的丰度；5）沉积岩中化学元素的丰度；6）地壳中元素的赋存形式及其研究方法。3、本章难点1）地壳的元素丰度测定模型；2）各类岩石类型元素平均含量的变化规律；3）地球中元素的赋存形式。4、本章学习指导名词解释：克拉克值、浓度克拉克值、浓集系数、类质同象地壳的结构与物质组成；地壳的元素丰度；地球元素丰度在应用地球化学研究中的作用；成矿元素浓集系数所代表的意义；各类岩浆岩中化学元素的含量规律；沉积岩中化学元素的丰度；元素的赋存形式；不同赋存形式的研究方法。5、自学课时（4课时）第三章 表生地球化学环境与元素的表生分布1、自学内容：表生地球化学作用的一般概念；风化与剥蚀；风化产物；表生带中元素的存在形式；表生带中元素的活动性；土壤及土壤中的元素分布；水圈中元素的分布2、本章重点1）表生地球化学作用与内生环境系统；2）风化的分类和影响风化因素；3）主要类型岩石的风化特点；4）特殊风化产物铁帽的作用； 5）风化的产物; 主要残余原生矿物，此生矿物，有机物；6）表生带中元素的存在形式及研究方法；7）表生带中元素的活动性，水迁移系数；8）常见表生环境活动性对比，元素活动性的分类；9）土壤及土壤中元素的分布，土壤剖面，成土过程，影响土壤形成的因素，10）土壤类型及分类，我国土壤及其分布特征；11）土壤中的元素分布；12）水圈中元素的分布；13）天然水及其化学成分特点，水化学成分的形成作用；14）海水中化学元素的丰度；15）河水中元素丰度，3、本章学习指导名词解释：原生环境、次生环境、铁帽、水迁移系数影响风化作用的因素： 内因（岩石的性质）: 组成岩石的矿物成分和性质;岩石的结构;岩石的构造 外因（岩石所处的环境条件）：区域性因素有地形、气候、植被和大地构造单元；局部性因素有岩性、微地形、小构造等。 岩石及矿石风化后产物: 残余的原生矿物，在表生环境中稳定存在的次生矿物及被循环水带走的可溶性物质。表生带中元素的存在形式（1）残余原生矿物及其中的混入物(包括类质同象、机械混入物和气液包裹体)。（2）次生矿物及其中的混入物。（3）呈有机分子状态。（4）被吸附的离子、分子。（5）自由离子、分子状态。土壤的分层：发育良好的理想土壤剖面分层A层淋溶层（A0垫基层A1腐殖层A2淋溶层）、B层淀积层、C层母质层、D层未风化基岩。A层B层构成真土层。土壤的形成顺序：首先形成C层和A层，然后逐渐演化出B层。成壤以后，元素在土壤中的正常分布的总规律：元素在土壤中的平均含量是不均匀的；不同元素风化的土壤中常量元素差异不大，但微量元素的富集特点明显不同；土壤中元素在不同土壤层中的分布是不同的。土壤中的粘土矿物、次生碳酸盐、铁锰氧化物、有机质是活动态金属的天然“富集剂”水圈中元素的分布4、自学课时（7课时）第四章 地球化学调查工作方法1. 自学内容工作设计；采样布局；样品采集；样品加工2. 本章重点1） 地球化学工作设计过程；2） 采样布局，采样单位，样品采集，采样的基本概念，矿产资源地球化学调查的采样布局，区域化探采样布局，化探普查采样布局，化探祥查德采样布局；3）环境及农业生态地球化学调查采样布局；4）水系沉积物的采样；5）土壤采样； 6）岩石采样；7）水样采集；8）气体样品采集。9）采样的编录。10）样品加工，样品加工方案；11）样品的组合。3、本章难点1）如何进行地球化学调查设计2）采样的布局3）样品的采集4、本章学习指导 地球化学调查分为三个阶段；化探详查测网1:5000 1:2000 线距 点距 区域化探主要的采样介质采用水系沉积物，在沟谷河流密度小的低缓地形区,也可用土壤样来代替。 土壤采样的三个基本问题 气体采样分为主动式和被动式采样. 地球化学样品的加工步骤. 采样单元：元素在地球化学场内分布是不均匀的，当把研究区按一定面积分割成若干足够小的单元时，可以近似把这一单元内元素看做是均匀分布的，这个最小单元叫做采样单元。 化探详查测网1:5000 1:2000 线距 点距5、自学课时（4课时）第五章 地球化学样品分析1、自学内容地球化学样品分析的特点和要求；分析误差及分析质量控制；主要分析方法及样品预处理。2、本章重点1） 地球化学药品分析，地球化学样品分析的特点及其要求常用的术语；2） 地球化学样品分析的特点，对分析技术的要求；3） 分析误差及分析质量控制，误差的性质，误差来源分析，分析质量监控；4） 主要分析方法及样品预处理，分析方法概述，化学分析方法，容量法，比色法，重量法，比浊法，仪器分析方法仪器分析法的原理，涉及原子外层价电子的仪器分析方法，涉及原子内层价电子的仪器分析方法。涉及原子核的仪器分析方法；5） 样品制备，样品分解，主要方法简介。3、 本章难点1） 分析误差及质量控制2） 常见样品的分解3） 主要的分析方法4） 常见地球化学分析的一些常用术语。4、 本章学习指导地球化学样品分析的一些常用术语：检出限、分析灵敏度、精确度、准确度、地球化学标准样；地球化学样品分析的特点；地球化学样品对分析技术的要求；误差的性质、误差来源分析、分析质量的监控；主要的分析方法：化学分析方法、仪器分析方法；样品的分解方法；常见的仪器分析方法a) 地球化学资料整理与信息提取1、 自学内容原始资料及质量评定；背景值与异常界限的确定；单变量数据处理；多变量数据处理；元素空间分布的数据处理；地球化学制图。2、 本章重点1） 地球化学资料整理与信息提取；2） 原始资料及质量评定，数据质量评定；3） 概率格纸图解法，计算法。4） 单变量数据处理，统计特征数单变量统计检验。5） 多变量数据处理，相关分析，聚类分析；6） 地球化学制图。原始性图件，基础性图件，综合性图件。3、 本章难点1） 地球化学资料原始资料信息的提取2） 地球化学资料的整理3） 地球化学资料的处理4、 本章自学指导原始资料的审核；数据质量的评定；背景值与异常值；背景值与异常值界限的确定：剖面图解法、直方图解法、概率格纸图解法、计算法；单变量数据处理；多变量数据处理；地球化学制图。5、自学课时（4课时）下篇 各论应用与实践第六章 金属矿产地球化学勘查1、 自学内容矿产地球化学勘查概述；岩石地球化学找矿；土壤地球化学找矿；水系沉积物地球化学找矿；水化学找矿；气体地球化学找矿；生物地球化学找矿；地球化学异常的解释与评价。2、 本章重点1） 金属矿产地球化学勘查；2） 矿产地球化学勘查概述，矿床周围的地球化学异常体系；3） 地球化学异常分类，描述地球化学异常的参数；4） 地球化学勘查的概念及基本原理，地球化学找矿方法分类，地球化学找矿的优势；5） 热液矿床原生晕的形成及影响因素，热液矿床原生晕的组份特征 热液矿床原生晕的形态特征 原生晕形态术语原生晕外部形态的类型 热液矿床浓度分带 热液矿床组份分带的一般特征 原生晕轴向分带研究方法。热液矿床原生晕的综合轴向分带序列及与横向分带、纵向分带关系。横向分带与纵向分带 原生晕分带性的原因 分散矿化的原生晕特点 多建造晕 岩浆矿床的原生晕 岩浆矿床原生晕的形成 岩浆矿床原生晕的特征，基性、超基性岩体含矿性的地球化学评价，沉积层控矿床原生晕的特点与类型6） 岩石地球化学找矿的应用 7） 土壤地球化学找矿 残坡积层中的同生碎屑异常 同生异常的形成作用 土壤残积异常的形成，同生异常的总金属量 土壤同生地球化学异常特征 土壤中的后生异常；上移水成异常 侧移水成异常 电化学迁移异常 后生异常的研究方法 土壤地球化学测量在找矿中的应用，区域找矿普查中确定成矿带 8） 检查区域水系沉积物地球化学异常，覆盖区化探找矿 水系沉积物地球化学找矿 水系沉积物异常的形成 分散流的发育特征 分散流中的指示元素 指示元素的存在形式 指示元素的组合指示元素按粒度的分布 水系沉积物测量在找矿中的应用 前提与一般程序 找矿实例 水化学找矿 水化学异常的基本概念水化学异常的形成 金属硫化物矿床的水化学异常特点 水化学异常特点及其评价问题 水文化学找矿的工作方法 采样点的布置 采集水样的方法和技术要求 采集水样时的观察和记录 水样的分析 水化学测量在找矿中的应用 9） 生物地球化学找矿，生物地球化学异常概念生物地球化学异常的基本特征 职务对金属元素的吸收，灰分在植物体内的含量，植物灰分中元素含量特征 影响植物吸收的因素 生物地球化学找矿工作方法 矿种和工区的选择 试验工作 取样方法样品加工与分析 异常的解释 地植物学异常指示植物指示植物群体特征 植物毒理及生态变异 ；10）地球化学异常的解释与评价 异恶常解释评价概况 异常解释评价的目的、任务 异常评价的一般程序和原则 评价的一般程序 不同级次异常评价的基本原则 异常评价的依据 异常解释评价的内容 异常评价的方法 地球化学模型对异常评价的意义异常的验证 11）油气地球化学勘查 油气与油气异常 油气化探的基本概念 与原理 油气藏的一般知识 烃的一般知识 石油天然气的形成 油气藏的概念 油气藏的类型 油气异常的形成 扩散作用 浮力作用 流体动力学作用 油气化探的主要方法 油气地球化学指标 以烃类为基础的化探方法 壤中烃气测量 水溶烃测量 土壤烃测量 非烃类指标的测量方法 土壤热释碳酸盐测量 卤素测量 汞气测量 油气化探异常的解释评价 地表油气异常的影响因素 不同油气源的影响 地下地质条件的影响 地表条件的影响 不同指标的影响 不同测试分析手段的影响 油气地表地球化学综合异常模式 地表化探异常模式的形成与演化。4、自学指导*背景值：无矿或未受矿化影响的天然产物（岩石土壤、水系沉积物、生物等）中某一特征元素的正常含量*背景上限：背景区某一特征指示元素含量的最高限度。*确定方法：1.图解法：长剖面法 直方图解法 概率格纸法2.计算法*化探样品特点: （1）采集样品数量大（2）分析项目多（3）样品性质多样（4）元素含量变化大*对测试方法要求: （1）要有较高的灵敏度。分析方法的灵敏度一般要达到克拉克值的水平，最好低于克拉克值。（2）具有足够的准确度和精确度。（3）能够同时测定多种元素。（4）测试方法要有较大的测程。（5）测定的速度快、效率高、成本低。（6）要求对元素的赋存状态、价态的分析。*异常圈定时应考虑的原则。仔细考察数据特征，合理确定各含量带的间隔；结合地质条件来勾画异常的规模大小和确定异常的形态产状；勾画异常范围时，应考虑异常源的可能存在范围；异常中可以包括个别非异常点。但与附近三点或五点的平均值应达到该带的异常数值。当数据起伏较大时，可采用三点或五点移动平均法压低起伏，然后再进行圈图。*矿异常特征 地质条件有利成矿；异常形态比较规则、连续性好；异常强度高、规模大；浓集中心明显、有渐变趋势；组分复杂、具有明显的分带性。*非矿异常 地质条件不利成矿；异常形态不规则、连续性差；异常强度低、规模小；浓集中心不明显、无明显渐变趋势；组分单一、分带不明显。*成晕元素在热液中的存在形式：异常元素在热液中有呈离子状态、原子状态或分子状态，但主要以络合物形式迁移，其络离子的主要形式有：硫氢化合 硫化物型 硫代硫酸盐型 卤化物型 碳酸盐型 硫酸盐型*成晕元素的迁移方式：（1）渗滤作用渗滤作用是热液在压力梯度的作用下，元素通过溶液沿岩石裂隙系统整体、自由流动而迁移的一种过程。（2）.扩散作用是指一个体系的不同部分内，如果某元素的浓度不同，则该元素的质点将自动从高浓度向低浓度处迁移，直到各处浓度相等为止。（3）气象运移作用指元素以气体状态逸散到近矿围岩中的作用。成晕元素沉淀机制有：过滤效应，热液与围岩的化学反应和成矿环境物理化学条件的改变。*地球化学背景:在化探中将无矿或未受矿化影响的天然产物(岩石、土壤、水系沉积物、生物等)中某一特征元素的正常含量(一般含量)称为背景。而将那些具有正常含量的地区称为背景区或正常区。*地球化学异常：天然物质中地球化学指标与周围背景有显著不同的现象。具有这种异常现象的地段就叫异常地段。*异常的分类：1）.根据异常形成作用的不同 分为：原生地球化学异常在成岩成矿作用下形成的异常。次生地球化学异常在岩石、矿石的表生破坏作用下，有关元素迁移而形成的异常。*根据异常物质与赋存它的介质之间的相对时间关系，分为：同生地球化学异常（异常物质与赋存介质同时形成的地球化学异常）。后生地球化学异常（介质形成后，异常物质进入而形成的的球化学异常。）*根据异常与成矿作用的关系，分为：矿异常（矿体异常）其形成与工业矿体有关；矿化异常其形成与非工业矿化有关；非矿异常其形成与矿无关。*根据异常所赋存的介质不同，分为：岩石地球化学异常；土壤地球化学异常；水系沉积物地球化学异常；水文地球化学异常；气体地球化学异常；生物地球化学异常。根据异常的规模，可分为：地球化学省。区域性异常。局部异常。*指示元素:指天然物质中能够提供找矿信息和成因指示的化学元素。分类：根据指示元素在成矿成晕过程中的作用不同，可分为：成矿元素（直接指示元素）：如Cu、Pb、Zn、W、Sn、Mo、Au等。伴生元素（间接指示元素）：如Ag、As、Hg、In、Cd、Ga、Ge、Co、Bi等。矿化剂元素（运矿元素）：如F、Cl、Br、I、S、B等。控矿元素：如K、Na、Ca、Mg等。根据指示元素的空间分布与矿体的关系，还可以分为近矿（程）指示元素和远矿（程）指示元素。*用哪些参数来描述原生晕的内部结构？1.连续性2.均匀性3.渐变性4.异常峰值5.平均异常强度6.异常衬度（清晰度）7.线金属量8.面金属量9.元素含量的标准离差（S）和变异系（V）：*原生晕外部形态特征分哪四类，其地质意义如何？ 原生晕外部形态，主要是指异常在平面和剖面是所反映的轮廓特征。原生晕形态多样，归纳为四类：1.线状：异常形态在平面上表现为线状分布。异常长度远大于异常宽度。在剖面上表现为为异常峰值明显，变化梯度大，异常清晰，但上下盘晕不发育。若成矿作用以充填作用为主，并主要受简单的相互隔离的裂隙系统控制，往往呈线状异常。2.带状：异常的长度明显大于宽度，但其长宽比小于线状异常。异常规模较大，峰值不甚明显。带状异常主要受密集的构造裂隙，断层，破碎带及含矿层位的控制。3.等轴状：晕在三度空间上发育程度相近，内部连续性好，异常值变化均匀。等轴状异常往往是由含矿岩体或巢状，囊状的热液矿体所引起。4.不规则状：多数热液矿床原生晕具有复杂的不规则形状。反映出异常形成时，受多组不同方向，不同形态或不同性质构造的联合控制。*原生晕分带性及其研究原生晕分带性的意义及方法。原生晕的分带性是指原生晕的特征（如元素的空间分布、含量情况、面积大小等）在空间上的变化规律。浓度分带：指同一组分的含量（浓度）自矿化中心或异常中心向外有规律变化的现象。组分分带：指原生晕不同指示元素异常在空间上有规律的变化现象。研究原生晕分带性的意义: 研究成矿与成晕机理；研究矿体剥蚀深度和寻找盲矿体；指导勘探工程的布置。研究方法：直观对比法分带性衬度系数法分带指数法，金属量梯度法元素对比值组合指数法*异常检查的目的肯定异常是否存在；追索异常源；对异常面积、强度、浓集中心、分带特征等取得更详细的资料；更仔细研究异常赋存的地质环境和表生环境；提出验证工程和方法的建议。异常检查的方法现场踏勘重复取样加大采样深度或改变采样对象用原生晕检查土壤地化异常*油气异常的形成作用1扩散作用2浮力作用3流体动力学作用油气化探指标 直接指标：直接从油气藏中分散出来的烃类，主要是轻烃。有气态烃（C1-C2）水溶烃（C1-C2）固态烃 C22+（常用） 间接指标：类间接指标，是直接指标的派生物（C、甲烷菌、亚铁、FeS2）类间接指标（无机气体、放射性粒子、卤素、重金属、碱土金属等）*基岩地球化学测量：通过系统采集岩石样品，分析其中元素含量或其他地球化学特征，发现岩石地球化学异常，以达到矿产勘查等目的的地球化学勘查方法，简称岩石测量，测量的依据是岩石中广泛存在的地球化学背景和地球化学异常，局部的岩石地球化学异常称为原生晕，根据原生晕找矿，是岩石地球化学测量的主要内容适用条件：基岩露头好或工程暴露好的地区作用：检查、验证水系沉积物异常、圈定找矿目标，判断剥蚀程度、寻找盲矿体指导勘探工程利用多建造晕或叠加晕预测深部矿体*岩石地球化学找矿的应用：1、检查验证水系沉积物异常，圈定找矿目标；2、判断剥蚀程度，寻找盲矿体；3、知道勘察工程；4、利用多建