地质专业学员勘查地球化学讲座已排版

1、 地球化学勘查讲座主讲：郑天佑中国冶金地质总局西北地质勘查院2008年1月20日讲座提纲前言1第一部分 预备知识2一、微量元素的概念2二、什么是地球化学2三、元素分布分配的概念3四、元素结合规律5五、元素迁移、沉淀、富集的控制因素：12六、表生地球化学作用及其对元素迁移富集（分散）的影响15七、某些成矿及伴生元素的地球化学性质（元素地球化学）：18第二部分 地球化学勘查的理论与方法211 基本概念212 金属矿化探的原理及野外工作方法242.1 水系沉积物地球化学测量242.2 土壤地球化学测量292.3 岩屑地球化学测量332.4 岩石地球化学测量353不同找矿阶段化探找矿方法的选择403.

2、1区域调查（1：25万）和普查（1：5万）阶段403.2针对1：25万或1：5万区域资料的异常查证阶段403.3化探详查（1：10000或1：5000）阶段413.4深部找矿阶段414 样品分析加工的相关问题414.1 加工污染414.2 汞的损失与污染414.3 问题测试成果的识别424.4 关于组合样424.5 制样粒级434.6 测定元素的选择434.7 分析方法与试样称量445 资料整理中的几个问题455.1 基本地球化学参数的确定455.2 基本图件475.3 关于多元统计和数据处理486 异常查证与评价496.1 异常查证496.2 异常评价的一般研究要素516.3 水系沉积物异常

3、评价中的特殊问题546.4 土壤异常(次生晕)评价中的特殊问题556.5 岩屑异常评价中的特殊问题566.6 通过研究矿体原生晕进行深部预测中的特殊问题566.7 化探成果图的解读576.8异常查证中的野外记录587 异常验证注意点597.1 异常源位置要把握准597.2 考虑异常位移因素597.3 矿化的多中段尖灭再现或斜列式分布597.4 验证工程都要研究工程原生晕598其他598.1地调局的新异常分类598.2 历史资料上几种元素浓度表示法608.3标准筛网目与孔径608.4 数字修约规则-关于四舍五入的规定618.5 特异值的处理618.6 相关规范、规定628.7报告编写提纲62前言

4、为什么学习化探：1、化探在地质勘查中的作用；2、地质人员需要利用化探资料；3、必要时地质人员自行开展一些化探工作。化探的基础理论包括地质学和地球化学。大家已学过地质学，但对地球化学还缺乏必要的知识，因此本讲座首先介绍一些学习化探课程所必须了解的初步地球化学常识。因此这门化探课实际包括了三门课程的部分相关内容，即地球化学、元素地球化学和地球化学勘查(化探)。大学里开这三门课大约需500课时，现在我们花6个半天作初步介绍，只能是提纲携领拣重点讲一讲，建立一个初步概念，使同学们知道在研究化探问题时要考虑影响元素迁移沉淀的各种因素。化探部分相对较多，为的是让大家有个较全面的概念。整个课程内容较多较杂，

5、记不住不要紧，大家都有自学能力，有了一些基本概念，工作中遇到相关问题，就可以查书自修。第一部分 预备知识一、微量元素的概念含量单位：10-2%，10-60.0001%ppmg/rg/t，10-9ppb1%=10000ppm=10000×10-6，1ppm=1000ppb常量元素：一般以%表示微量（微迹）元素：以10-6表示痕量（迹）元素：以10-9表示“常量元素”和“微量元素”是个相对概念，不同研究客体也不同。如当前很时髦的人体所需要的微量元素是Ca、Fe、Zn、Se等，这与地壳中的微量元素不同（Ca、Fe在地壳中是常量元素）。化探主要研究地壳中的微量和痕量元素，有时也涉及到常量元素

6、。地壳中的常量元素：O Si Al Fe Ca Mg K Na(Ti Mn P H )占地壳98%以上地壳中的微量元素：Cu Pb Zn Ag Au W Mo Sn As Sb Hg Bi.作业1：%，10-6、10-9、ppm、ppb、g/t的换算。微量元素、常量元素的识别二、什么是地球化学地大教科书的定义：“地球化学是研究地壳和地球的化学成分以及元素在其中的分布、分配、集中和分散、共生组合与迁移规律、演化历史的科学。”地质学的研究对象是矿物、岩石、矿床、构造等宏观物质，而地球化学的研究对象是组成这些物质的最基本的粒子元素，可以说是研究更为本质的问题。在学习、研究地球化学时还要建立起元素不断

7、运动的概念，要从地壳中的元素是在始终不停地迁移、运动，不断发生集中、分散，不断重新组合着的概念观察研究地质现象。如由于地壳中发生岩浆、热液活动，或由于构造挤压和溶液在地层中的运移导致元素活化迁移又集中成矿，这个过程也是元素活动的过程。而成矿之后，矿床又会在各种内外生地质作用的影响下继续发生变化（进一步富集或发生表生变化），以致变成我们今天看到的样子，也是元素活动的过程。我们重点涉及到的是“地壳”，“分布、分配”，“集中、分散”，“共生组合”，“迁移规律”。因为这些理论与地球化学异常的形成和对异常的认识、评价直接有关。学习地球化学基本知识是为了逐渐形成一种地球化学思维方式，研究地质找矿问题时多一

8、个思路，即从元素迁移、贫化富集的观点看问题。如寻找风化壳型镍矿，除了传统的系统钻探外，还可从风化壳型镍矿形成的地球化学过程考虑找矿方法超基性岩体经受风化淋滤，地表残留红土层，这个地球化学过程是Mg大量流失，Ni从地表淋滤迁移到红土层下部富集，Fe残留在地表富集。那么用X-荧光分析仪测定地表红土中Mg的贫化程度和Fe的富集程度就可能反映下部Ni的富集程度。三元素分布分配的概念 分布元素在某一地质体中的分布量（平均含量），指一种状态。分配两重意思：一是指一个过程，是动词。分配的结果形成分布特征（如同班同学“分布”在全国20多个省市，陕西省有10名，河北省3名，这种分布特征是毕业“分配”的结果）；二

9、是含有比较、对比的意思，如在不同地层中的分配、在不同岩性岩石中的分配，在各类矿石中的分配、在各种矿物中的分配。也有人就将这种分配叫分布。目前对分布、分配的概念有些混淆，也少有人去叫真区分，统称“分布”，我们不去扣这个字眼。地壳丰度(元素在地壳中的分布量)即克拉克值多以16km以内大陆地壳中花岗岩和玄武岩比例计算出的地壳平均化学成分（下表用泰勒资料）图1地壳中元素的相对含量下表岩浆岩用维诺格拉多夫的，沉积岩用涂千里和费德波的。研究分布、分配在化探找矿中的意义在于：了解地壳和各类地质体中的地球化学背景值，从而对比出找矿实践中所研究的地质客体是否有利于寻找某种矿产。表1 常用的背景分布实例SiFeM

10、nCuPbAgAsSbCoWMo地壳28.154.639505512.50.071.80.2251.51.5花岗岩32.32.760020200.051.50.2651.51玄武岩248.56200010080.120.14511.4超级性岩199.851500200.10.050.50.12000.10.2页岩7.34.7285045200.07131.5191.82.6砂岩36.80.98n×10n70.0n10.0n0.31.60.2碳酸盐岩2.40.381100490.0n10.20.10.60.4注：引用时要注明出处，因为各家资料不尽相同。从表中可看出从酸性岩到超基性岩的规

11、律变化，和页岩（粘土岩）的强吸附性。启发As在粘土岩大大高于其他岩石，与土壤大大高于基岩一致。上表的数据要大概掌握，如知道Cu、Pb、Zn的背景大致应在n×10×10-6左右，As、W、Mo在12×10-6左右（页岩中的As除外），Ag在0.0n×10-6左右，（Au为0.n×10-9左右）。作业2： Fe、Mn、Cu、Pb、Zn、Ag、As、W、Hg、Au的地壳平均值或一般背景值的大致范围：n%、n×1000×10-6、n×100×10-6、n×10×10-6、n×10-6

12、、n×0.n×10-6、n×10×10-9、n×10-9、0.n×10-9。四元素结合规律学习元素结合规律是为了研究元素共生组合规律，进而分析异常中元素组合的指示意义。（1）电子层结构及地球化学分类A 电子层结构：元素的化学性质主要取决于电子层结构。原子的核外电子的分布既有一定规律（有特定的运动轨道，成层排列），但又不像中学化学课本上画的简单的几个同心圆。而是成云雾状的“电子云”弥漫在原子核周围（形象地说就像夏天电灯周围的飞虫一样）。每一个具体电子并没有固定的运动轨迹，但它有一定的出现概率（方位和半径），被近似的称为电子轨道，或称量子

13、轨道。这种轨道具一定能阶。电子轨道用四个量子数描述，即主量子数n，角量子数l，磁量子数m，自旋量子数s。主量子数n表示电子与原子核之间的平均距离，n=1，2，3，4，对应于电子层，用K（n=1）、L（n=2）、M（n=3）、N（n=4）表示。如第一周期元素只有K层电子，第二周期元素有K层和L层电子（K层在内，L层在外），第三周期元素又在外层增加了M电子层，。角量子数l，又称副量子数，代表电子在轨道上运动的角动量，决定轨道形状。不同角动量有不同角量子数，其能量也不同，构成亚层。用s、p、d、f表示，即同一电子层中有不同亚层。K层电子只有一个亚层s亚层，L层电子有两个亚层s亚层和p亚层（p亚层的能

14、量高于s亚层），M层电子有三个亚层s、p、f亚层（f亚层能量最高）。磁量子数m，粗略地代表电子云在空间的最大伸展方向，决定亚层中的轨道。S亚层有一个轨道，p亚层有三个轨道，d亚层有5个轨道，f亚层有7个轨道。图2 电子轨道示意图自旋量子数s，每个轨道里最多有自旋方向相反的两个电子。B 电子充填顺序、充填规律（从低能阶到高能阶，半充满、全充满）图3 原子各亚层充填顺序 表2 原子的电子分布举例：H1s1、Li1s2、2s1O1s2、2s2p4、Ne1s2、2s22p6Na1s2、2s22p6、3s1NaAr 1s2、2s22p6、3s23p6 、fs、p、fK、Ca、ScNiCu、ZnGa、Ge

15、、As、Se、Br、Kr、K 1s2、2s22p6、3s23p64s1Sc 1s2、2s22p6、3s23p63d1、4s2Fe 1s2、2s22p6、3s23p63d6、4s2Cu 1s2、2s22p6、3s23p63d10、4s1Zn 1s2、2s22p6、3s23p63d10、4s2As 1s2、2s22p6、3s23p63d10、4s24p3重点说明Cr-Mn-Fe-Co-Ni-Cu-Zn-Ga的电子充填和性质变化规律C 元素的地球化学分类表3 门捷列夫周期表 从表中看出元素的一切化学性质都随原子结构、电子层分布而规律性变化。表4 扎瓦里茨基地球化学分类 扎瓦里茨基分类中共分12个组或

16、族：（1）氢（2）惰性气体族（3）造岩元素族Li,Be,Na,Mg,Al,Si,K,Ca,（4）岩浆射气元素族B,N,O,F,P,S,Cl,（5）铁族元素Sc,Ti,V,Cr,Mn,Fe,Co,Ni,（6）稀有元素族Zr,Hf,Nb,Ta,Y,TR,（7）放射性元素族Ra，Th,U,（8）钨钼元素族W,Mo,（9）金属矿床成矿元素族（29-32，47-50，79-82）Cu、Ag、Au，Zn、Cd、Hg，Ga、In、Tl，Ge、Sn、Pb （10）铂族元素Pt,Pd,（11）半金属和重矿化剂族As,Sb,Bi,（12）重卤素族Br,I,扎氏分类最详细反映地壳中元素自然组合的分类，说明了元素地球

17、化学性质与电子层结构的关系。缺点：Au（Ag）划在亲硫元素中不合适，Au的电子层结构与Cu相似，但不易形成硫化物，仅仅是常与硫化物共生。此外，还有戈尔德施密特分类，北大地球化学教研室（刘本立）分类（严格按地质壳层结构分类）等多种分类，实际上都与电子层结构的规律性有关。查阅资料时会常常看到“亲铜元素”、“亲硫元素”、“亲石元素”等名词，都是引用的这些地球化学分类。戈尔德施密特分类：图5 戈尔德施密特地球化学分类 亲铁元素离子的最外层电子具有818过渡型结构，如Fe、Co、Ni、Mo，亲石元素离子的最外层具有8个电子（s22p6），呈惰性气体型稳定结构，如Li、Na、K、Mg、Ca，亲铜元素离子的

18、最外层具18电子（s2p6d10）的铜型结构，如Cu,Ag,Zn,Hg,Pb,As,Sb,过渡元素的概念：地球化学理论将第四、五、六、七周期中第四副族到第二副族（B、B、B、B、B、B、B）的元素称为过渡元素，因其具有未充满的d亚层和f亚层的电子层构型，如Fe为 3d64s2 ，Mn为3d54s2 （d亚层有5个轨道，全充满为10个电子，f亚层有7个轨道，全充满为14个电子）。第四周期的Sc、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni称为铁族元素。作业3： 按扎瓦里茨基元素分类各举出5种主要的造岩元素族铁族元素和金属矿床成矿元素族按戈尔德施密特分类各举出5种主要的亲石元素、亲铜元素和亲铁元素（）类

19、质同相某种物质在一定的外界条件下结晶时，晶体中部分构造位置被介质中其他质点（原子、离子、络离子、分子）所占据（即发生置换），只引起晶格常数的微小变化，而晶体构造类型化学键类型、离子正负电荷的平衡保持不变或相近的现象称为“类质同相”或“固溶体”。混入物呈分散状态按概率分布在构造位置中，也就是均匀分布在晶体中。类质同相置换的条件 晶体化学条件内因a 离子（原子）半径，相差<15%时最完全，<40%不完全。表4 原子离子半径和配位数 b离子、原子的配位数晶体中原子、离子周围的原子或异电荷离子数称为配位数。离子型晶体只有当阴阳离子紧密接触时才稳定，半径不同的正负离子间欲达到紧密接触就要有相

20、应的配位关系。图6 各种配位数时离子的排布如R=R时，12次配位最紧密，R/R=0.731时八次配位（立方体）最紧密，R/R=0.41时六次配位（立方体）最紧密，R/R=0.220.41时四次配位（四面体）最紧密。某种晶体内某个离子的配位数是固定的，只有与其配位数相同的离子才能置换它。c 化学键类型相同时易于替换，化学键包括离子键、共价键、配价键、原子键、金属键、分子键等。d 替换后正负电荷保持平衡时利于替代。 物理化学条件外因a 介质温度高有利于替代b 组分浓度，如当岩浆结晶形成钒钛磁铁矿时，若岩浆中F3+偏少，不足以形成磁铁矿（Fe3O4），同时岩浆中V3+和Ti3+浓度又较大时，V3+和

21、Ti3+就替代F3+进入矿物，生成钒钛磁铁矿Fe2（Fe，V，Ti）3O4。c 氧化还原电位介质Eh影响变价元素的价态，因而影响其半径和配位数，继而影响类质同相置换的可能性。类质同相置换的限度无限，有限例子：镁铁橄榄石MgFeSiO4中的Mg、Fe，KCl-NaCl中的KNa，白云石MgCa（CO3）2中的Ca、Mg可无限替代。正长石中的K、Na，ZnS中的Cd、In只能部分置换。研究类质同相的意义ZnS中的Cd、In、Fe，PbS中的Ag，FeS2中的NiCo，Mg2SiO4中的Ni，CuFeS2中的Ag， 作业4：找出下列元素中最容易发生类质同相替换的三个元素对；Fe、Ca、Mn、Mg、S

22、、Cu、Zn、Pb、Ag、Cd、W、Sb、C（3）元素的地球化学亲和性在地壳中由于各种元素的地球化学性质的不同，它们与O或S结合成化合物的趋势不同。亲铁性：指在自然界倾向于呈自然元素存在，易于与金属铁共生，不易与其他元素化合（价电子不易丢失）。如Pt、Pd、Au。Cu、Ag也有较弱的亲铁性（注意:“亲铁性”与“铁族元素”不是一个概念）。亲石性（亲氧性）：与氧形成离子键性质为主的金属具亲石性。如Na、K、Ca、Al。亲铜性（亲硫性）：与硫形成共价键的金属具亲硫（铜）性。如Cu、Zn、Ag、As、Hg。五、元素迁移、沉淀、富集的控制因素：内因元素离子半径、元素在周期表中的位置、化学键（如离子键、共

23、价键、配价键、原子键、分子键），晶体类型（如离子晶体、原子晶体、分子晶体），电负性（即吸引电子的能力）、亲和性等晶体化学性质，元素的各种地球化学性质以及化合物的稳定性、分解条件等都控制着元素的迁移沉淀。如Hg的硫化物容易还原为零价金属汞（水银），而后者的熔沸点都较低，蒸汽压高，容易以气态迁移。因此，Hg只能在低温时从溶液中呈硫化物析出成矿，也容易在矿体上部（近地表温度低）形成原生晕。又如Pb、Zn在内生条件下迁移沉淀的所需条件相似，可以同时从矿液中沉淀成矿，形成共生。而在表生条件下，ZnS氧化为易溶于水的ZnSO4流失，而PbS氧化成难溶于水的PbSO4残留下来，导致铅锌分离。元素阳离子半径、

24、原子量越大约容易被吸附，即被沉淀。外因地球化学环境，如温度、压力、溶液组分（特别是络合物）、围岩成分、地球化学障、吸附沉淀剂、化学反应温度影响：岩浆阶段6501000°C，伟晶阶段400700，高温溶液阶段300500°C，中温溶液阶段200300°C。低温热液阶段50200°C。W、Mo、Sn趋向于在较高温度形成化合物沉淀，则形成高温矿床，并在溶液矿体尾部（深部）形成原生晕，因而形成特定的元素共生组合；同理，Hg、As、Sb则形成特定的低温元素共生组合。热液由深部运移到浅部，温度逐渐降低，从溶液中析出了不同的元素组合。压力影响：如随着岩浆或溶液从深部运

25、移到浅部，环境的压力降低，原来稳定的可溶性化合物（络合物、离子团）变得不稳定，分解沉淀。导致（矿石、原生晕）元素组合的差异。随着地质体隆起上升，矿物岩石被剥蚀到地表，温度、压力进一步降低，原来稳定的矿物变得不稳定，又发生新的元素组合的变化。溶液组分：溶液中含有不同的阴离子、络阴离子、离子团（如Cl、SO42、S2O32、HCO3、）、有机酸络合物（螯合物）或具不同的酸碱度，或含不同的挥发份（CO2、H2O、HCl、F）可以搬运不同的元素，形成不同的元素组合。溶液pH值及其变化也影响元素的溶解和析出。若因任何原因溶液发生化学变化，原来可携带金属离子的组分被破坏，金属就停止迁移而沉淀。围岩成分：最

26、显著的就是热液流经灰岩时pH显著增高，导致在酸性介质溶解，碱性介质沉淀的那些元素析出并共生在一起。氧化还原电位：不同价态离子具不同的氧化还原电位，同一元素离子价态不同，其可溶性不同。如Fe2、Mn2、Mn7（MnO4）易溶于水，而Fe3、Mn4则难溶。当介质中氧化还原条件（即氧化还原电位）改变时，这些元素的溶解或沉淀条件就改变。如弱酸性溶液中，当Eh<0.771电子伏特时Fe2溶解，Eh增大后，氧化成Fe3，就呈Fe（OH）3沉淀。吸附沉淀：特别是在表生条件下，溶液运移过程中遇到强吸附剂如粘土、页岩、铁帽，其中很多金属离子就被吸附沉淀。地球化学障：有利于溶液（热液或冷夜）中溶解的元素沉淀

27、、富集，导致溶液“卸载”的地球化学环境剧烈变化带，称为地球化学障。“障”即元素继续运移的障碍。如内生溶液向上运移到浅部，遇到围岩中裂隙增多，O2增多，介质Eh条件突变，大量元素沉淀析出，这就是地球化学障；原来的弱酸性矿液遇到石灰岩，pH增高，使金属沉淀，此时灰岩界面就是地球化学障；溶液遇到上述强吸附环境，也是遇到地球化学障；戈壁荒漠地区地表疏松层内溶液中的可溶金属元素（如Au、Cu）在毛细作用下随溶液向地表上升，遇到近地表的盐磐层，pH突然增高，淀积在盐磐层中，这个盐磐层就是地球化学障。胶体吸附、胶溶、胶凝：胶体本身可携带很多金属运移，外界条件改变（介质成分变化、温度变化、蒸发），发生胶凝，金

28、属沉淀。同时，胶体和胶凝物质又可以吸附很多溶液中的金属离子，使之淀积下来。以上是一些主要因素，还有其他各种因素，可在需要时查阅资料。 元素共生组合规律：上述影响元素迁移沉淀的因素，也都是影响元素共生组合的因素。常见的元素共生组合（前面是主要成矿组分，括弧内是异常的伴生组分，当然，“成矿组分”也可以成为异常中伴生组分）：W、Sn、Mo（Bi、As）Cu、Pb、Zn（Ag、Cd、As、Sb、Ba、W、Mo、In、Tl、Te、Ga、Ge）Au、Ag（As、Sb、Hg、Cu、Pb、Zn、Ba、W、Mo）Hg、As、Sb（Cu、Pb、Zn、Ba）六、表生地球化学作用及其对元素迁移富集（分散）的影响很多地

29、球化学异常都是在表示条件下形成的，了解表生地球化学作用的过程、特点以及元素在表生条件下的性状对于研究水系沉积物异常、土壤异常、岩屑异常甚至岩石地球化学异常都是非常重要的。表生地球化学又可称为景观地球化学，二者大致相应。(1)风化作用过程中元素的迁移·元素的共生与分离矿物岩石的分解及元素的搬运和沉淀：普通地质学已学习了矿物、岩石的风化分解与矿物、岩石的抗风化能力、景观条件（气候、排水条件）有关。风化产物的搬运和沉淀包括机械、溶液和胶体方式，不再赘述。影响元素表生迁移的因素：机械迁移主要与水动力条件有关；化学迁移元素在水介质中以溶液形式的搬运迁移，与溶液的物理化学性质（组分、pH、Eh、

30、），金属离子的价态、是否存在可搬运金属的络离子等因素有关。此外，胶体形式迁移以及植物对金属元素的吸收，也是造成元素迁移再分配的一个因素。(2)岩石风化壳的地球化学造岩元素淋失的顺序：NaCa、Mg、KSiFe、MnAl超基性岩风化壳可能形成风化壳型镍矿，前寒武纪硅铁建造（如含铁石英岩）经强烈的风化淋滤可形成风化壳型富铁矿。(3)硫化矿床氧化带的地球化学·铁帽的地球化学特征矿床学中已学习了硫化矿床氧化带的知识，这里强调几点：硫化矿床氧化带的发育程度与气候、地形、水循环条件、矿体附近构造破碎程度、矿石组分等多种因素有关。许多硫化矿物如FeS2、Fe1XS、CuFeS2、ZnS、PbS在氧

31、化带极易变成硫酸盐如FeSO4、CuSO4、ZnSO4、PbSO4等，除PbSO4外都易溶于水而流失。有FeS2存在的矿体产生大量FeSO4，有助于其他硫化物的氧化流失。正常的氧化带深部的潜水面附近处于还原环境，可能形成次生富集带。关于硫化矿床铁帽：注意区分硫化物铁帽和含铁碳酸盐铁帽及其他岩石形成的铁帽。除了铁帽颜色、蜂窝状构造、流失孔形态等外观特征外，铁帽所含的金属元素组分是最为可靠的标志。由于褐铁矿的强吸附性能，硫化矿体铁帽可吸附大量金属离子和化合物。不仅那些不易溶解的组分被吸附，就连极易溶解的ZnSO4、CuSO4等也可以被大量吸附。因此铁帽组分对预测深部铜、铅、锌、金矿体有着非常重要的

32、意义。(4)土壤地球化学土壤类型：不同景观条件形成不同类型土壤，如东北森林覆盖区主要为黑土，南方大雨量强淋滤地区以及北方的一些灰岩地区主要为红土（红壤），中部山区（如秦岭、祁连山区，可能还有西天山）主要为棕色土（褐色土），西部干旱荒漠区为荒漠土，含盐度大且潜水面高的地区则出现盐渍土（如西部强蒸发地区）。棕色土壤剖面分层明显：淋溶层（腐殖层）层A层，可分为A1层和A2层。由于A层中的金属元素常被淋失，且含有较多的腐殖质起稀释作用，一般不采A层。但A2层含腐殖质相对较少，粘土矿物增多，淋溶作用相对较弱，缺失B层时可 采此层。淀积层B层，粘土矿物较多，腐殖质少。可进一步分为B1层和B2层，为了方便采

33、样，可采B1层。母质层C层，以风化岩石细屑为主，粘土较少，无腐殖质。可分为C1层和C2层，C1层相对较细，含粘土矿物相对较多，缺失B层时可采此层。红壤的特点：红壤是因为土壤中的钙质、硅质被强烈淋失，铁质残留并大量聚集（Fe3+为红色），加上硅酸盐矿物水解后形成的含水硅酸盐粘土矿物，形成红壤。这种土壤富铁、富镍（如果是超基性岩风化物），金属元素有时贫化，有时富集，要通过试验研究确定。有时甚至可形成红土型金矿。荒漠土、盐渍土的特点：成壤作用差，以细粒风化岩屑为主，粘土和腐殖质甚少，分层不明显，壤中水含盐分高。值得重视的是由于毛细作用，含盐水上升并蒸发。导致如下结果：（1）富含氯离子的毛细水将Au、

34、Cu等金属离子由近矿体的深层疏松层带到近地表的浅部，形成“蒸发盐晕”；（2）盐分在近地表因蒸发过饱和结晶沉淀，形成“盐碱壳”，又称为“盐磐层”（不影响形成岩屑异常）。（3）由于Cl与Au形成易溶络合物，常常导致近地表金矿体的淋失贫化。作业5:土壤剖面中A、B、C层各对应于下列哪一层：腐殖层、母质层、淀积层七、某些成矿及伴生元素的地球化学性质（元素地球化学）：本节不可能详细阐明元素的地球化学性质，只是简单介绍个别元素的某一部分特性，用以引导大家工作中查阅和利用元素的地球化学性质。FeMn过渡元素中的铁族元素具有未充满的d亚层的电子层构型，如Fe为 3d64s2，Mn为3d54s2，具亲石性、亲硫

35、性。重要的一个特点是他们属于变价元素：Fe可失去4s2电子成为Fe2，也可失去4s2和 d 的一个电子（d亚层5个电子为“半充满”，稳定）成为Fe3。Mn可失去4s2的电子成为Mn2，也可失去4个电子成为Mn4。表生条件下Fe2可以呈FeSO4迁移，氧化后变成Fe3呈Fe（OH）3（主要是针铁矿、褐铁矿）沉淀。原生矿物中的Mn2在地表氧化后变成Mn4呈黑褐色MnO2薄膜淀积在岩石裂隙上，或与Fe（OH）3共同形成铁锰帽，它们吸附大量金属元素，成为深部金属矿体的有效指示信息。离子半径：Fe20.74埃，Fe30.64埃，Mn20.80埃，Mn40.60埃。所以既可进入硅酸盐矿物（FeSiO4），

36、碳酸盐矿物（FeCO3、MnCO3），氧化物（Fe3O4）又可形成硫化物。Mn2可以类质同相置换Fe2、Mg2、Ca2、Zn2。Fe2可以与正二价的Co、Ni、Mn、Mg、Ca类质同相置换，Fe3可与V、Cr、Al类质同相置换。CuPbZn典型的亲硫（铜）元素内生条件下呈硫化矿物经常共生，但表生条件下可以分离，原因是价态和表生化合物的稳定性不同。如Cu可以呈Cu0、Cu、Cu2，呈自然铜、辉铜矿（Cu2S）、孔雀石Cu（OH）2·CuCO3，也可呈CuSO4溶于水而迁移。Pb主要是正二价，但几乎所有的铅矿物都是不溶于水的（Pb的化学性质也是如此，所有铅盐都难溶于水），只有机械迁移。Z

37、n则只有稳定的正二价，易于呈ZnSO4溶于水迁移。ZnS中可类质同相混入大量其他金属离子，如高温下含Fe、In、Ga高，呈深棕色，中低温条件下Fe少，富Cd，呈浅褐色。AsSbHg共性是亲硫、低温成矿。由于可在较低温度下迁移，热液矿床的矿石组分沉淀成矿后残余的AsSbHg（主要还是呈络合物形式）还可以沿构造通道继续向上方运移，形成矿体前缘晕。三者的区别主要是Hg的成矿温度最低，运移距离最大；As既可以形成低温矿物雄黄AsS、雌黄As2S3，也可以形成中温矿物砷黝铜矿Cu12As4S13和高温矿物毒砂FeAsS（相当于FeS2中的一个S被As代替）。Sb则只形成低温矿物（如辉锑矿Sb2S3）和中

38、温矿物（如黝铜矿Cu12Sb4S13）。而Hg在内生条件下主要形成低温矿物辰砂HgS。WMoW亲氧，主要呈钨酸盐矿物，如黑钨矿（Fe，Mn）WO4（此处Fe、Mn呈完全类质同相），属高温矿物，白钨矿CaWO4既是高温矿物也可用在低温泉华中出现。Mo在内生条件亲硫，形成辉钼矿MoS2，表生条件下则呈钼酸盐MoO42，在一定pH条件下迁移或沉淀。注意，WO42和MoO42半径相同，容易发生类质同相置换，白钨矿中可含Mo，呈Ca（W，Mo）O4。W4和Mo4都是六次配位，半径都是0.7埃，也容易发生类质同相置换，辉钼矿中可含W呈（Mo，W）S2。具体了解每个元素在内生、表示条件下的地球化学性状，才能

39、掌握哪些元素在哪些地质主要过程易于成矿，哪些元素在什么类型的矿床中易于成为异常元素，它们在异常分带的哪一部分容易组合到一起，它们在内生和表生条件下迁移富集的规律有哪些异同点，最终形成什么特点的异常。第二部分 地球化学勘查的理论与方法1 基本概念1.1 定义地球化学勘查(Geochemical Exploration)是通过研究各种地质介质的地球化学特征及其与自然客体的相关规律，开展找矿预测或其他相关评价、评估的勘查方法(如环境、生态、农业，即多目标化探，也曾用于考古)，通俗定义：“通过发现和评价地球化学异常开展普查找矿的方法”。传统习惯称“化探”地球化学探矿(Geochemical Prosp

40、ecting)，现在强调“勘查”，就是表示应用范畴应更广。过去的“探矿”主要指金属矿化探。1.2 理论基础化探的主要基础理论是：地质学、地球化学，其中最为密切的是“矿床成因论”、“成矿作用地球化学”、“表生作用地球化学”、“元素地球化学”、“成晕作用地球化学”。当然，有时也还涉及“土壤化学”、“水文地球化学”以及“油气地球化学”、“环境科学”、“生物学”等学科。1.3 用于矿产勘查的主要化探方法(1)岩石地球化学测量，简称“岩石测量”，俗称“原生晕法”；(2)土壤地球化学测量，简称“土壤测量”，俗称“次生晕法”，误称“金属量测量(苏式)”；(3)岩屑地球化学测量，简称“岩屑测量”，可视为土壤测

41、量的一种；(4)水系沉积物地球化学测量，简称“水系测量”，俗称“分散流法”；(5)水体地球化学测量(河、湖、泉、海)，俗称“水化学法”；(6)壤中气地球化学测量，简称“气测”，如汞气测量(气汞和热释汞)，氡气测量(Rn)，CO2、H2S测量，又发展为“近地表气”测量；(7)元素活动态测量,如水提取相,各种吸附态(粘土、非晶质铁锰氧化物)；(8)纳米测量，又称地气测量，主要是采集分析土壤气中或近地表气中的纳米级微粒(1100×10-9m，即10-3m)，其存在形式并不很清楚，只知很细，似于气体；(9)生物地球化学测量(主要指植物)，在森林覆盖区可发挥作用，从乔木到灌木、草本到地衣类都可

42、采集；(10)地电化学(人工电场、自然电场泡沫吸附)(6)(10)属于“深穿透”化探找矿方法此外，近20年来油气地球化学勘查也得到了很大发展，有不少成功实例。它主要是通过研究油气田上方土壤内呈吸附态的烃类异常或壤中气或表层水体内的烃类异常进行油气田预测的。我们这里不作介绍。1.4 发展史简介20世纪3040年代，萌芽起步，苏联最早用土壤测量评价电法异常，所以化探附属于物探队，称作物探的一种方法。欧美也开始尝试，但独立于物探之外。我国自五十年代中期开展开始试验研究，发展历史的几件大事是：(1)五十年代中、后期，地矿、冶金系统分别建立物探队并设置化探专业；(2)58年在辽宁青城子PbZn矿原生晕找

43、盲矿成功，利用“前缘晕”预测盲矿，五个孔四个见矿，开全国现场会，推动化探发展，首席科学家邵跃；(3)58年冶金部在沈阳举办化探培训班，由欧阳宗圻主持，培训了冶金地质系统第一代化探技术力量；(4)60年北京地质学院建立我国第一个化探专业（地球化学与地球化学找矿专业）；（5）1972年冶金部在桂林举办化探学习班，将西方新的成矿理论、找矿地球化学思路引入中国，推动了我国开始真正用地球化学理论指导化探异常评价。(6)80年中国地质学会勘查地球化学专委会成立，并在80、82、86年连开三届学术交流会，地矿、冶金、有色、核、石油系统化探加强交流与联系；(7)八十年代开展第二代1:20万扫面，由于测试水平的

44、提高，特别是Au达ppb级，找矿效果卓著。地矿系统还加强了特殊景观化探和农业化探的研究。与此同时，冶金化探开展1:5万成矿区带地球化学普查(以水系为主)，发现大量Au和有色金属矿床。石油化探也因气相色谱分析水平提高，各大油田纷纷上马石油化探扫面。八十年代可称为我国化探事业的顶峰时期。(8)90年代地勘业大滑坡，化探工作骤减，化探队伍大萎缩；(9)2000年开始，随着国土资源大调查的开展，化探工作又见起色。本阶段的重要特色是多目标化探的推行和机动灵活的化探找矿工作的开展(重眼前效益)，继而由中国地调局主持推开了西部高寒山区大面积的区域化探调查；(10)起关键作用的老专家沈时全、谢学锦、欧阳宗圻、

45、李善芳、邵跃、张本仁、阮天健等。2 金属矿化探的原理及野外工作方法化探工作程序：工作设计野外采样样品加工、分析资料整理异常查证异常评价及找矿预测异常验证成果报告2.1 水系沉积物地球化学测量2.1.1 原理水系沉积物的概念：河流、沟系中的冲积物，一般指细粒泥沙。异常源地质体的风化剥蚀物散落或被雨水冲刷进入水系，导致水系沉积物出现地球化学异常，即分散流(所以，“分散流”是矿床的水系沉积物异常，而不是工作方法)，这种异常是一种直接找矿标志。通过调查与矿产有关的水系沉积物异常开展找矿预测的方法，就是“水系沉积物测量”或“水系沉积物地球化学勘查”。所谓“异常源地质体”包括矿床(含矿体、矿体原生晕、次生

46、晕)和特殊地层、岩体(如吸附了大量微量元素的炭质地层、超基性岩体等)。水系沉积物异常的元素分散方式可以是机械分散也可以是水溶态、胶体态迁移后又被吸附或因化学反应而沉淀。所以，分散流中的异常元素分布均匀性相差极大。如Cu、Zn异常较为均匀连续，石英脉型金矿之Au异常极不均匀，而微细浸染型金矿异常则均匀得多。水系沉积物异常中的元素存在形式可以是与地表矿石一致的原、次生矿物，也可以是经过次生变化的物质。金属矿床的“流长”可达1nkm，异常规模不仅与矿床规模、成矿元素和主要矿石矿物相关，还与地形切割程度和水系发育程度，水系中长流水状况有关。水系沉积物测量的勘查对象是矿床(点)，不是矿体。1:5万普查一

47、般不会漏掉小型矿床和有价值的矿点，可能漏掉矿化点。2.1.2 野外工作方法2.1.2.1 比例尺与密度工作阶段比例尺采样密度组合样密度区域化探1:20万(1:25万)1点/km21点/4km2普查1:5万45点/km21点/km2查证1:2.5万810点/km2应注意，增加取样密度，主要是增加采样末级水系的密度，缩小采样点所控制的汇水盆地面积，而不在于缩短同级水系中相邻点间距。2.1.2.2 布点要求应先在地形图上勾出水系网图件，再根据相应工作比例尺采样密度要求，在水系图上设计采样点位。如图2-1水系网及采样点位图(1) 水系级别化探工作将水系规模划分为五级，末级水系为一级，两支二级水系交汇成

48、一支二级水系，以此类推。一般一级水系长度不超过2km，二级水系长不超过5km。1:20万水系测量主要在二级水系和一级水系口布点，只有当一级水系很长时(大于1km)才进入一级水系加点。1:5万水系测量应以一级水系中布点(点距500m左右)为主，二级为辅。在二级水系的两侧或一侧没有一级水系控制段，应布点控制。（图示）1:2.5万水系加密则主要在一级水系和无明显水系的干冲沟或山凹部布点，控制最小一级的汇水盆地。(2)布点力求均匀，尽量减少盲区。1:5万普查规范要求90%以上的大格(1km2)内都有点，避免连续空格(5小格)。1:20万区调要求总空格率(1km2)5%。(3)采样点尽量近沟口尽量增加采

49、样点控制的汇水盆地面积，不应过分拘泥于满足空格率。重在实际控制效果。如老规范中图示点位的控制效果就不好，有大片空白区，漏矿机率大。若将采样点下移，虽然看起来布点集中于沟口，但控制面积增大，漏矿机率减小(新规范已改)。（图示）图2-2水系中合理点位示意图 （原讲座多媒体图片或新、旧规范插图）（作业5：地形图勾水系、布点）2.1.2.3 采样要点(1)多点采样宜在采样点30m50m内取几处水系沉积物合并为一件，这对找金尤为重要。(2)粒级切割山区有色金属-80目(-0.17mm)，金-40目(-0.45mm)或-60目(-0.216mm)。有风成沙地区根据风力大小，经试验在0.45mm10mm范围

50、内选一段。如0.45mm5mm，15mm，210mm。年轻深切割沟谷，缺细粒沉积物，可取粗屑，但要经对比试验，了解已知矿异常特征。在两种情况下，现场过筛较省力，也可避免样品量不足。(3)重量与初加工及包装晒干或自然风干用不锈钢样筛过筛后用密封塑料袋加布袋包装，防止污染或受潮。禁止用明火烘烤样品，以防止汞及其他易挥发组分损失。禁止用铜筛筛样。过筛后120g。(4)注意事项避免采高腐殖质样(影响分析)。避免采人文活动污染样。避不开的不要空点，应在编录中说明污染源情况。遇矿化露头、转石或有意义的找矿线索，应单独加采岩、矿石样品。2.1.2.4 编录按作业手册和我院印制的固定表格填写，强调记录矿化信息

51、以及观察到的探、采、选冶点的状况、工程位置，可能的污染物，运矿路线，堆放矿石地点，以便于异常解释。2.1.3 方法试验2.1.3.1 试验目的正常切割山区，细粒沉积物发育，找常见矿种，可以不做试验。以下情况应开展试验:(1)特殊景观区，如干旱地区水系不发育，不知“流长”多少，难以确定采样点距；或细粒沉积物不发育的深切割山区，要在已知矿外围了解粗屑物质特征，确定恰当取样粒级。(2)需消除风成沙影响，截取恰当粒级。(3)拟寻找特殊矿种，应选取合理粒级，如Pt族，Cr矿等。(4)为选择指示元素。2.1.3.2 开展方法试验的注意事项(1)选择污染少，有代表性的已知矿点。(2)选取粒级段时，主要看主成

52、矿元素在哪种粒级中异常明显，不要仅仅对比异常强度(平均值、极大值)，还要看流长和示矿效果。(3)进行对比的粒级段范围要宽于最佳段才有说服力。(4)选取的采样粒级段不可太窄，否则很难满足对样品量的要求。(5)展示试验结果的剖面图或平面图上一定要有矿点位置，才能说明效果。（缺图示）2.1.3.3 有时因找矿形势所迫，某些小面积普查区来不及开展试验就投入扫面，若根据其景观条件尚不能肯定最佳取样粒级段，可先按经验确定一个采样粒级开展面积性采样，并保留暂不分析的粒级作副样。同时在已知矿外围系统采集粒级对比试验样，根据其结果说明扫面方法的有效性，并提供异常评价依据。若粒级时比试验结果证明扫面时选用粒级存在

53、重大失误，则需根据试验结果重新分析副样中相应粒级段。2.1.4应用条件最佳条件是水系发育的切割山区，如秦岭、祁连、西天山地区。浅剥蚀的丘陵地区也可以，如北山地区，但效果不如深切割山区，因为这种地区里一个水系沉积物样品所控制的汇水盆地面积要小于前者（此时可考虑使用岩屑测量）。2.1.5 找矿实例文县安昌河联合村、南坪桥桥上、甘孜丘洛、甘洛Pb、Zn，宕昌老树川都是由水系测量新发现的。图2-3-1 安昌河金异常图 1：5万，图2-3-2 1：20万异常作业6 勾绘水系沉积物Au异常等值线图2.2 土壤地球化学测量2.2.1 概述2.2.1.1 方法原理- 形成机制及元素存在形式地表出露矿体或原生晕

54、经风化剥蚀，成矿及伴生元素分散在矿体周围并混入土壤中形成地球化学异常，即“次生晕”。其分散方式包括机械分散和盐分散，前者为矿体被破坏的碎屑，后者是矿体物质经化学风化进入溶液流到矿体附近的土壤中再沉淀形成的分散晕。元素存在形式包括原、次生矿物和可溶盐，凝胶及吸附态(粘土吸附、铁锰氢氧化物吸附及胶体吸附),还有水溶态。各种形式的比例与景观条件有关。通过调查土壤中与矿产有关的地球化学异常开展找矿预测的方法就叫作“土壤地球化学测量”或“土壤地球化学勘查”。2.2.1.2 异常特征鉴于形成机制以机械分散为主，化学分散（盐分散）在特殊情况下才成为主要方式。存在形式以原、次生矿物为主，其异常并不是圆滑曲线，

55、而是有一定衰减趋势的锯齿跳跃状曲线。当矿体被外来覆盖物掩盖时，盐晕就成为主要存在形式。异常宽度与地形坡度及复杂程度有关，单面山坡可达几十米至上百米。异常长度大致与矿体（或矿化带长度相应）。异常强度与矿石品位、覆盖厚度、采样距矿体的距离等多种因素有关。异常曲线的形态受地形特征影响，常常向山坡下方偏移和发生畸变。图2-4 矿体次生晕发育剖面示意图 异常的元素组合主要与矿石组分有关，但由于各种元素的地球化学性质不同，某些元素发生贫化、另一些则发生次生富集，所以与原生矿石相比，元素间的比例关系会发生变化。2.2.1.3 别名(1)俗称“次生晕”，其实与“分散流”一样，“次生晕”是指矿致次生异常，而不是工作方法。(2)上世纪3050年代，苏联及我国区测中称“金属量测量”(3)地矿系统有时将干旱荒漠区小于5mm的岩屑测量称为土壤测量，其实该景观条件下，成壤作用极差，称为“土壤”很勉强。2.2.1.4 应用条件主要用于山区、丘陵区的残坡积物覆盖区，残坡积是前提。运积物覆盖区则要用特殊方法，如研究后生晕(蒸发盐晕)、汞气测量、纳