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第三章 土壤地球化学勘查

前言一、原生环境次生环境二、次生异常是勘查地球化学研究主体1/85概念土壤地球化学勘查，是对土壤(包含残积物、塌积物、风成物、冰碛物)中元素含量进行系统测定，研究它在土壤中分布、分配、集中与分散等规律，以发觉土壤中与矿相关地球化学异常来找矿，以及处理一些地责问题或其它问题研究对象：土壤

湖积物、铁帽虽不是土壤，但通常纳入土壤地球化学勘查研究中2/85概念以土壤为采样对象地球化学勘查与士壤学中对士壤概念给以严格定义不一样，这里土壤是指一切地表疏松细粒覆盖物，如残积物、坡积物、塌积物、冰积物、风积物、湖积物及有机成因覆盖物等3/85土壤地球化学异常是指围绕在矿体或异常源周围赋存于地表疏松覆中次生异常。该方法是系统地测量和研究土壤中微迹元素含量或其它地球特征，以发觉与矿化相关各类次生异常，并进而寻找矿床(体）4/85围绕在矿体或原生异常源周围次生异常称前苏联学者又称其为次生晕。土壤中次生异常形成过程要经历了一个漫长而又复杂过程，它包含风化、成壤、侵蚀、搬运与沉积过程。这些过程总起来组成了次生地球化学旋回5/85表生带：岩石圈、水圈、生物圈界面相互交织重合带——地表向下直至雨水能渗透最深处为止。原生带：表生带以下直至各种深成岩和内生矿床形成范围为止地壳深处岩石或矿石进入表生带后，因物理化学条件改变而发生改造和破坏，以到达新地球化学平衡——风化作用。

表生带与原生带物理化学条件表生带T低，改变快P小，改变小富游离氧富水富CO2生物、有机质发育原生带T高，改变慢P大，改变大缺游离氧贫水或含热水贫CO2生物、有机质不发育6/85一、岩石表生风化作用

各类岩石出露于地表时，因为太阳能、大气降水、地下水、冰、大气中氧和二氧化碳以及微生物、植物等相互而发生风化作用风化作用发生环境特点：温度与压力低、水充分且游离氧与二氧化碳浓度高。所以，在深成环境内形成稳定矿物，到了次生环境就会变得不稳定7/85风化作用主要类型:物理风化化学风化生物风化8/851、物理风化作用:风化作用初级阶段（1）物理风化营力重力、温差、冻结与冻溶、盐类结晶、植物生长9/85（2）物理风化控制原因物理风化强度显著受绝对高程、相对高程及温度控制

在高寒山区和极地地域，物理风化占绝对优势。我国高寒山区面积达100万平方公里以上，在这些地域，广泛分布石流坡、石海、倒石堆等物理风化产物10/852、化学风化作用:化学风化作用主要化学反应：

水解反应水合反应氧化还原反应离子交换反应11/85（1）水解作用——水电离产物H+、OH-与矿物中离子发生反应4K[AlSi2O8]+6H2O——4K++4OH-+Al4[Si4O10](OH)8-(正长石)

+8SiO2Fe2SiO4(铁橄榄石)+4H2O——2Fe2++4OH-+2H2O+SiO212/85（２）水合作用——水分子进入矿物晶格中形成新含水矿物。Fe2O3(赤铁矿)

+nH2O——Fe2O3.nH2O(水赤铁矿)CaSO4(硬石膏)

+nH2O——CaSO4.2H2O(石膏)13/85（３）氧化还原反应氧化还原实质是电子接收。化学反应中包含有价态改变，对于失去电子元素来说，它受到氧化；对于取得电子元素来说，它受到了还原（４）离子交换反应主要指粘土矿物及胶体物质吸附与交换离子反应14/85尽管在硅酸盐和碳酸盐风化过程中水解作用是最主要，但起主导作用是氧化作用。因为铁帽、铁与锰氧化物以及硫化矿床次生分散晕，正是在氧化作用过程中生成15/85３、生物风化作用:由生物作用引发物理风化及化学风化作用16/85a植物根系——扩大岩石裂隙

植物根系沿岩石裂隙节理生长能够扩大其裂缝以加速物理风化作用。生物活动能够混拌及选分大量地表物质，结果使团粒粉碎，透过率增加，便于空气与水进入，在植物根系尖端发生极端酸性反应可深入分解岩石17/85b有机质分解——腐殖酸地表微生物如细菌与真菌在许多复杂有机氧化反应中可使植物残骸逐步解体形成可溶性腐殖化合物生物作用造成地表环境改变，加速化学反应，间接影响化学风化作用18/85生物活动即使主要局限于土壤中，不过经过溶解与胶体分散，其分解产物如CO2与H2O，对于深处风化带内化学反应起相当程度作用。因为它们存在能够使氧化作用一直伸展到地下水位以下很深地方兼具物理风化、化学风化作用19/85二、土壤（一）、土壤性质

岩石与矿物在表生风化作用下不停受到破坏与改造，其结果最终造成土壤形成20/85土壤主要组分:（1）原生矿物：基岩经机械风化作用形成粗粒部分，包含岩块、岩屑及原生矿物（2）次生矿物表生风化作用形成细粒风化产物，包含粘土矿物、胶体、半氧化物及盐类矿物21/85

A、次生矿物－粘土矿物

由原生造岩硅酸盐矿物风化而成，主要是Al、Fe及Mg含水硅酸盐。它们含有相对稳定结晶结构。常见粘土矿物有高岭石、蒙脱石、蛙石、绿泥石、埃洛石等，它们都属于层状结构矿物。粘土矿物靠晶体边缘或层间电荷吸附阳离子22/85B、次生矿物－胶体和铁锰氧化物

胶体和铁锰氧化物主要为Al、Fe、Mn等元素氧化物，它们在地表通常不能在水溶液中大量存在，而呈结核、岩石表面被膜、粘土中锈斑等形式广泛出现。按矿物成份主要有赤铁矿、针铁矿、纤铁矿、一水铝石、三水铝石、软锰矿、硬锰矿等。它们对其它微量元素有强烈吸附及沉淀作用

23/85C、次生矿物－盐类矿物残、坡积层中盐类组分其物质起源：1、岩石和矿体中易溶组分经表生地球化学作用残留下来2、由地下水与地表水冲刷其中，难溶盐在残、坡积层中能形成表生矿物；易溶盐在温暖潮湿地域，普通在土壤溶液中呈游离状态存在，但在干旱缺水地域，能以晶质状态存在于残、坡积中24/85（二）、土壤结构

A1A2BC生物活动最大层位淋滤最大层位淋积层位（物质从淋滤水中借分解或沉淀而聚集）由风化母质组成深色层位富含有机质，与矿物共存浅色层位具最大淋滤在一些土壤中很显著，在另一些土壤中不发育或缺失，普通结构涣散褐至桔褐色层位粘土矿物或铁及有机质聚集致密成块结构不一样景观表现不一样土层理想土壤剖面25/85覆盖在基岩之上生长着植物疏松物。它是在岩石风化产物基础上经过成壤作用(生物参加，经过淋滤、沉淀等)逐步形成。它受气候、温度、地形、时间、生物、母质等原因综合影响不一样气候带形成土壤各不相同。

亚热带——红壤、砖红壤、黄壤(富Fe、A1)半干燥气候——黑土：A0，A-钠硝石层-C-D干燥气候——碱土(富NaCl、CaSO4)、荒漠土壤：C-D湿冷干燥带——棕色森林土(多Si、Fe、A1)

温暖气候——灰化土、黑色壤：A-B-C-D

山区——初生土壤：A0-B-C-D26/85植物残体，部分被分解。富含有机质砂、粉砂和粘土组成。棕黑色—暗色泥粘土矿物、可溶性碱、氢氧化物、有机质大量被淋滤—浅色层，粘性差，涣散淀积层：由A层淋滤下来Fe、Al、Mn氢氧化物及粘土质点在此处沉淀。富含粘土，粘性强。黄褐色、棕褐色。有机质可有或无。母质层：淋滤和淀积作用均不发育，含风化程度不等、部分被分解岩石。C层是A、B层母质。有机质含量最少半风化基岩，半干燥、干燥气候以及初生土壤分层发育情况不一样。温暖气候条件下形成土壤分层剖面图27/85（三）、土壤中微量元素存在形式

1、

原生矿物及其中原生混入物(包含类质同像、机械混入物、气液包裹体)

物理风化产物，形成碎屑异常元素主要以这种形式存在28/85

2、

次生矿物及其中次生混入物微量元素在土壤中主要存在形式。除了各种粘土矿物外，对金属来说主要是碳酸盐、硫酸盐、砷酸盐、磷酸盐及各种氧化物与氢氧化物。另外，还可能有少许次生硅酸盐和次生石英29/85

3、

被吸附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微量元主要存在形式。存在于土壤中大量粘土矿物及胶体是吸附与离子交换形式存在基础30/85

4、

有机分子状态存在土壤中腐植质对金属离子含有强络合或螯合作用，在富含腐植质森林土壤中可成为金属元素主要存在形式31/85

5、

自由离子或自由分子状态存在于土壤水分中溶解物及土壤孔隙中气体分子。这部分物质与土壤固体颗粒联络最弱，因而其活动性最大。如土壤气汞、水可提取部分金属离子等32/85（四）、元素在土壤中正常分布、分配1元素含量分布不均一。Si、Al、Ca、K、Na相对较高；2常量元素差异不大，微量元素差异显著；3微量元素在不一样土壤层中分配不一样；33/854同一土壤层中因粒度改变元素含量不一致(抵抗能力)5概率分布形式为对数正态分布34/85（五）、土壤中元素异常形成

1、

碎屑异常形成同生碎屑异常能够看成是单纯物理风化产物，在前苏联文件中称为机械分散晕

在重力及其它各种机械力作用下，固体颗粒在地表有三种可能运动方式：崩塌、潜动及碎屑扩散35/85崩塌是岩石碎块在山坡上突发运动，即使它不能经常发生，但因为地质时期中屡次事件积累，能够形成大片倒石堆，使悬岩后退，峡谷形成。灾变性滑坡与泥石流也能够归入这一类36/85

潜动是地表涣散堆积物在安息角以下，受重力作用向下坡作难以观察迟缓运动，它包含土流及蠕动二种作用(波利卡尔波奇金，1976)37/85

碎屑扩散是涣散物中各个颗粒受到各种偶然作用，如温度改变，湿胀与干缩，冻结与溶化，土居动物搬运等，使各个颗粒在原来位置附近作微小随机运动，从而造成颗粒间位置变换如在地质时期中观察其积累效果，能够与分子不规则运动相比拟。这种作用不受重力场直接制约，一些质点甚至能够逆重力而上38/85

2、

水成异常形成（1）元素转入溶液形式A、溶解可呈简单离子、氢与氧络合离子，如Na+、Zn+、HCO3-、MoO42-等39/85B、氧化作用因为表生作用中含游离氧、二氧化碳和水，可使许多矿物尤其是金属硫化物发生氧化C、形成络合物在各种有机或无机络合剂存在情况下，许多元素以络合物而转入溶液40/85（2）元素在溶液中迁移形式A、扩散在浓度差作用下，高浓度向低浓度扩散，直至平衡B、流动由大气降水或地下水、地表水流动所造成41/85C、毛细作用－虹吸作用因为毛细上升高度与毛细管直径成反比，与溶液浓度成正比，所以从理论上来讲，细粒土壤毛细上升高度较高

由毛细作用输送到地表金属，因为水分蒸发而沉淀42/85（３）元素沉淀

A、地球化学条件改变－地球化学障在水溶液中迁移元素，一部分能够伴随溶液迁移从周围介质中吸收新物质而不停升高，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个环境进入另一个条件极为不一样新环境时，水中一些元素因环境改变而发生沉淀。这种转变在空间上表现为一个狭窄地带，苏联A·N·彼列尔曼把它称为地球化学障在地球化学障上，化学元素溶液中迁移受阻，对于溶液中元素来说地球化学障就是沉淀障。依据引发沉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43/85不一样元素在不一样障上沉淀析出而引发表生地球化学分异。比如，铁在氧化障析出，铀在还原障上析出。化合物水解作用与溶液pH值相关。在pH值改变处，即二种不一样pH值水汇合处，产生水解障44/85B、其它作用胶体凝聚、胶体吸附、络合物分解及植物解体等等都会引发元素从溶液中沉淀45/85三、次生晕(一)形成已生成矿体、矿化体及原生晕，在表生带与围岩一起遭受风化作用。伴随岩石破碎、矿物分解，使其中一些元素发生迁移。在一定条件下，一些成矿元素在矿体上方或附近土壤中聚集为高含量地段。故由矿体及原生晕破坏后形成为次生晕46/85成晕方式：1机械迁移元素呈固相(原生矿物、难溶次生矿物、碎屑)迁移——机械分散晕A地形平缓时，晕在矿体正上方B地形较陡时，晕在矿体下方2水成迁移元素以离子、分子、络离子或胶体形式迁移——水成份散晕前苏联文件中，将元素以水溶液(真溶液)形式迁移形成晕称为盐晕特点：离矿体较远，甚至被搬运到湖底沉积物中47/853生物迁移植物根系从土壤(尤其在矿体附近)中吸收一些微量元素进入到植物各种器官中。当植物枝、叶落在地面，可使一些元素聚集在A0层中；若发生腐烂，使吸收这些元素又转入地表水、地下水中。其中一部分又被植物吸收，另一部分聚集在腐殖层中，还有一部分随地下水渗透到土壤B层中被Fe、Mn氢氧化物或粘土矿物吸附——生物成因晕48/854自然电场迁移在表生带中金属硫化物与地下水接触，组成一个天然电场池。潜水面之上处于氧化带，易失去电子，矿体带正电，溶液带负电；潜水面之下矿体处于还原带，矿体易得到电子带负电，溶液带正电。从而在潜水面上下存在一个电位差。这么，在矿体上方出现低含量带，四面出现高含量带49/85(二)特征1形态与规模1)地形较平缓时，晕在剖面上呈喇叭状，上宽下窄。规模比矿体、原生晕大2)地形倾斜时，因重力作用、水冲刷等，使晕在剖面上呈向下方拉长舌状，但平面上晕形态能够不一样于矿体及原生晕形态——上坡方向次生晕边缘形态有时可作为矿体或矿带形态推断依据之一50/853)次生晕规模随取样深度增加而减小，但强度则随之增大4)次生晕形态和规模随样品粒度不一样而改变(如W-粗粒中)5)次生晕均匀性比原生晕好

51/852组分特征1)指示元素：仍是矿床中主要成矿元素与伴生元素。2)指示元素存在形式A原生矿物及其中混入物——类质同象、机械混入物、气液包裹体；B次生矿物及其中次生混入物——主要是矾类及氢氧化物；C被吸附离子；D土壤水中自由离子。52/853)指示元素含量A不一样土壤层中含量不一样；B土壤粒度不一样，元素含量也不一样。

53/854)组分分带性——次生晕中指示元素及其组合在空间上展现规律性分布现象。次生晕组分分带大都继承了矿床与原生晕组分分带特点。54/853次生晕与矿体空间关系次生晕相对于矿体空间位置，主要受地形、矿体产状和土壤厚度控制。1)当地形较平缓，矿体直立时，矿体位于次生晕内。晕内高含量中心附近即为矿体顶端在地面投影位置。55/852)当地形较平缓，矿体倾斜时，矿体虽位于次生晕边界范围内，但晕内高含量中心不于与矿体顶端在地面投影位置相对应。倾斜越缓，疏松层越厚，矿体距晕中高含量中心越远。56/853)地表倾斜，矿体直立时，晕中高含量与矿体不对应，向地形下坡移动。地形坡度越大，疏松层越厚，二者距离越远。57/854)地表倾斜，矿体也倾斜，且矿体倾斜与地表倾斜相反时，次生晕分布于矿体下坡方向。矿体倾斜越缓或坡度越大，坡积物越厚，晕中高含量中心位移越远，甚至矿体完全可能产于晕外上坡方向58/855)地表倾斜，矿体也倾斜，且矿体倾斜与地表倾斜相同时，矿体可能在次生晕高含量中心上坡方向，也可能在下坡方向。59/85(三)控制原因1原生矿物性质；2矿体规模大小与品位；3介质物化条件；4胶体5生物6气候与地形60/85四、土壤地球化学异常模式（一）、残积物中同生碎屑异常

１

单个浓度分界面C0C1XHZCx61/85

２

厚矿脉残积异常C1HC0C0C1C062/85３

垂直薄矿体残积异常-1H63/85３垂直薄矿体残积异常-2地面风化壳基岩基岩面残积异常理想剖面64/85

４

矿脉组异常-1HdD>2KHK=L/hLh65/85４

矿脉组异常-2HdD=2KHK=L/hLh66/85（二）、坡积物中同生碎屑异常地面基岩面67/85地面基岩面68/85（三）、后生异常

形成异常物质通常已经在活动相(水溶液、气体、植物体及大气搬运质点）中迁移了或远或近距离，而在异常地点沉积下来

C总＝C同＋C后

因为后生异常与异常源关系更疏远，所以，解释比较困难69/85

１上移水成异常

水溶液中元素，经过毛细管上升及植物根系吸收而向上运动，在地表土壤或其它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70/85

２侧移水成异常

金属元素被地下水溶解并伴随迁移很远距离，在某种沉淀障上析出，形成侧移水成异常71/85矿化土壤渗出带ppm72/85五、土壤地球化学勘查方法（一）、试验工作

１试验剖面

试验剖面应布置在主要、有代表性矿床和覆盖物地段，剖面线尽可能与目标体垂直。每条剖面两端必须各有3一5个点落在背景地段上

73/85a采样层位试验

确定采样最正确层位(深度)，首先应区分疏松覆盖物性质(原地风化或外来)，利用已知矿体或矿化地段探槽或浅井，进行槽(井)壁取样试验74/85(1)当疏松覆盖层为原地风化形成残坡积物时，其土壤剖面大多数由A层(腐殖层)、B层(淋积层)、C层(母质层)三个层位组成。元素在土壤剖面上含量改变是受气候、地理条件和表生地球化学作用控制。普通地说，元素在土壤剖面中分布情况有以下情况:75/85

i

元素在各层位中含量大致相近，即Ca＝Cb＝Cc。这种情况普通出现在干旱荒漠地域或是山坡上。这是因为坡积物不停更新、成土作用不能深人进行、化学与生物化学作用极为微弱所致。76/85

ii元素含量随深度增加而增高，即Ca<Cb<Cc。这是沼泽土壤和热带潮湿气候条件下，因为强烈淋滤、溶解和淋失等作用造成。77/85

iii元素含量随深度增加而降低，即Ca>Cb>Cc。这是因为残余富集作用或生物积聚作用结果。78/85

iv元素最高含量出现在淋积层位上，而淋积层位受当地潜水面水平所控制。这种情况较少见。79/85b当疏松覆盖层为