勘查地球化学课件

1、勘查地球化学 Exploration Geochemistry,第一章 导论,一、定义 勘查地球化学是一门年轻的边缘学科。它作为一种探矿方法(地球化学探矿方法)而发展起来的。 地球化学找矿 地球化学探矿 化探 勘查地球化学是应用化学元素的分布、分配、集中与分散等规律来指导找矿等方面的一门应用科学,勘查地球化学是系统测量天然物质(岩石、土壤、水系沉积物、地表水、地下水、植物和空气等)中一种或几种地球化学指标(元素和同位素的成分、含量及比值、pH值、Eh值、温度、压力等)，研究其分布、分配和变化的规律，以发现与矿产有关的地球化学异常来找矿的一门科学。,地球化学是主要研究地球(主要是地壳)中化学元素

2、的分布、分配、集中与分散、共生组合及其迁移演化规律的科学。 勘查地球化学是应用化学元素的分布、分配、集中与分散、共生组合及其迁移演化规律规律来指导找矿等方面的一门应用科学。 二者是基础理论与实践应用两个有机联系的部分。 拓宽：不局限于通过发现和研究地球化学异常来找矿。 研究大面积内元素含量的分布与迁移，为农业、渔业、畜牧业、医疗卫生、环境科学、基础地质和理论地球化学提供重要的基础资料。,显然，勘查地球化学，它超出了“探矿”的范畴。它是为了各种目的，系统地在不同尺度和规模上考查地壳中化学元素的分布、分配、集中与分散、共生组合及其迁移演化规律。 地球化学探矿仅是勘查地球化学的一个重要组成部分和研究

3、内容。,二、地球化学背景与地球化学异常 1 地球化学背景 在背景区内各种天然物质(岩石、土壤、水系沉积物、地表水、地下水、植物和空气等)中各种地球化学指标的数值(元素和同位素的成分、含量及比值、pH值、Eh值、温度、压力等) 。 全球地球化学背景值 地球化学域背景值 地球化学省背景值 区域地球化学背景值 局部地球化学背景值,地球化学背景起伏变化的最高值背景上限 地球化学背景起伏变化的最低值背景下限 地球化学背景起伏变化的平均值背景值,2 地球化学异常 在天然物质中某种地球化学指标与其地球化学背景比较出现显著差异的现象。 异常区指示元素含量高于背景上限正异常 异常区指示元素含量低于背景下限负异常

4、 形成原因： A 成矿作用 B 非矿化的其它地质作用 C 非地质作用 D 地球化学研究中造成的,三、 地球化学异常分类 1 与背景比较正异常、负异常 2 异常规模大小 地球化学域 100000nx100000km2 地球化学省nx1000nx10000km2 区域异常nx10nx100km2 局部异常nx0.1n km2 3 与矿体关系矿异常(矿体、矿化)、非矿异常 4 异常成因原生异常、次生异常,原生异常：在成岩或成矿作用中形成于基岩中的异常。其中：成矿作用中形成的分布于矿体或矿化周围中的异常原生晕；成矿作用中成矿物质以气态封闭于矿体或矿化周围基岩中现在仍以气体形式存在的异常原生气晕。 次生

5、异常：由已形成的岩石或矿体及原生晕在表生带遭受破坏后，经过迁移，重新分配在各种介质中形成的异常由表生作用形成的。 土壤地球化学异常、水系地球化学异常、水文地球化学异常、生物地球化学异常、气体地球化学异常,土壤地球化学异常在土壤中由岩石、矿体、原生晕破坏后形成的异常。由矿体及原生晕破坏后形成的为次生晕。 水系地球化学异常在水系沉积物中由岩石、矿体、原生晕和次生晕破坏后迁移形成的异常。由矿体、原生晕、次生晕破坏后迁移形成的为分散流。 水文地球化学异常在地表水、地下水中由岩石、矿体、原生晕和次生晕破坏后迁移形成的异常。由矿体、原生晕、次生晕破坏后迁移形成的为水晕。 生物地球化学异常在植物中由岩石、矿

6、体、原生晕和次生晕破坏后形成的异常。由矿体、原生晕、次生晕破坏后形成的为生物晕。 气体地球化学异常在土壤空气和大气中由岩石、矿体、原生晕和次生晕破坏后形成的异常。由矿体、原生晕、次生晕破坏后迁移形成的为次生气晕。,四、指示元素 1 概念 天然物质中能够作为找矿线索，以及解决某些地质或其它问题，具有指示作用的化学元素。 2 分类 对矿床所起的作用：通用、直接、间接 离矿体周围的远近：远程、中程、近程,五、勘查地球化学的特点与其它学科的关系 1 特点 对象各种天然物质的地球化学异常 找矿原理通过查明与矿有关的地球化学异常寻找隐伏矿。 技术手段地质研究与近代、现代分析测试、计算机应用 2 与其它学科

7、的关系 地球化学地质学(矿物、岩石、地层、构造)矿床学物探分析测试数理统计与计算机,六、勘查地球化学的方法的分类 根据天然物质的种类不同分为： 1 岩石地球化学测量基岩 2 土壤地球化学测量土壤 3 水系沉积物地球化学测量水系沉积物 4 水文地球化学测量地表水、地下水 5 生物地球化学测量植物 6 气体地球化学测量土壤气、近地表气体 航空、海洋、同位素、包裹体等地球化学测量,七、勘查地球化学的发展简史 勘查地球化学的发展，国内外具有很相似的发展过程，它长期同人们的找矿活动联系在一起。有关勘查地球化学的原理与人类最早应用金属的历史同样悠久。远在古代，人们就利用类似于现代勘查地球化学的原理来进行找

8、矿。 春秋战国(公元前六世纪左右)时期，管子的地数篇记载：山上有赭石者，其下有铁；上有铅者，其下有银；上有砂丹者，其下有黄金；上有磁石者，其下有铜金采用元素与矿物的分带。 唐代颜真卿(705-864)曾记述：山上有葱，下有银；山上有韭，下有金；山上有姜，下有铜锡植物生长与矿产的关系。 北宋沈括(1031-1095)在“梦溪笔谈”中写道：信州铅山县有苦泉，流以为涧。其水熬之，则成胆矾。蒸胆矾则成铜，物之变化，固不可测铜可随天然水进行迁移。,勘查地球化学的真正成为一门找矿的科学，则是上世纪30年代的事情。 地球化学的理论有了较大的发展。克拉克元素在地壳中的分布研究对勘查地球化学发展有很大影响。 3

9、0年代初：前苏联一些地球物理探矿学家，运用光谱分析手段进行找矿工作，取得了成功。之后在北欧一些国家(挪威、瑞典、芬兰等)推广应用。 40年代后期：美国、加拿大开始实验，取得成功。 50年代初：英国、法国取得成功。 中国：开始于1951年。发展分四个阶段： 1951-1957：开始探索； 1958-1966：有自己的专业组织； 1967-1980 s：大量应用，取得成功； 1990S-至今：新理论、新方法的探索与应用。,第二章 岩石地球化学勘查,一、定义 岩石地球化学勘查，是对基岩(包括基岩中裂隙和断层充填物)中元素含量进行系统测定，研究它在基岩中的分布、分配、集中与分散等规律，以发现基岩中与矿

10、有关的地球化学异常来找矿，以及解决某些地质或其它问题。 对象：基岩 分布：元素在各种宇宙体或地质体中的含量。 分配：元素在宇宙体或地质体各部分或各区段中的含量。 克拉克值：元素在地壳中的平均含量。 (某一元素在地壳中总重量/地壳总重量x100%) 丰度：泛指任何宇宙体或地质体中元素的平均含量。,二、原生地球化学异常 在成岩或成矿作用中形成于基岩中的异常。 地球化学域 100000nx100000km2 与某一地球化学块体有关。 地球化学省nx1000nx10000km2 不同岩石、时代、地层中的元素比克拉克值或同类岩石要高。 区域异常nx10nx100km2 与成矿有关的岩体、矿体有关。 局部

11、异常nx0.1n km2一般是矿床、矿体的原生晕。,三、原生晕 在成矿作用中形成的分布于矿体或矿化周围中的异常原生晕；成矿作用中成矿物质以气态封闭于矿体或矿化周围基岩中现在仍以气体形式存在的异常原生气晕。 (一)岩浆矿床的原生晕 1 形成：岩浆结晶分异、熔离作用 2 特征(矿体与原生晕比较) 1)同源、同物，富集程度不同 2)无明显界限，逐渐过度 3)产出与一定的岩相有关 4)指示元素存在形式：独立矿物与类质同象 3 控制因素 1)岩浆性质； 2)成晕元素的浓度；3)成晕元素化合物的特点； 4)介质的物理化学条件；5)岩浆岩的形态与产状,(二)热液矿床的原生晕 1 形成：热液成矿作用的产物。热

12、液岩浆、大气降水、变质、建造水。 A 成晕元素的迁移形式：离子、分子或原子状态、胶体、络合物 B 迁移方式：渗透作用压力差；扩散作用浓度差；气相 C 沉淀作用：物化条件改变；化学反应；过滤效应；吸附作用；类质同象,渗透作用 扩散作用,Fe(HCO3) 2 FeCO3+H2O+CO2 Na2WO4+CaCO3 CaWO4+Na2CO3 SnF4+H2O SnO2+4HF,2 特征形态特征、组分特征 A 形态表征要素：以指示元素的异常值为界限，在三度空间上圈出的范围。 根据原生晕空间延伸及其与矿体的相对位置划分为,B 组分表征参数：描述晕中以指示元素含量空间分布特点的一些数学特征值。 连续性：用异

13、常地段内异常点的多少来表示。越多越好。 均匀性：用异常地段内相邻两点差值大小表示。大均匀性差。 平均异常强度：异常范围内元素含量的平均值。 异常极值：最大、最小异常值 清晰度：平均异常强度值与背景值的比值。越大越好。 或平均异常强度值与比值异常下限的比值。 或最高异常度值与比值异常下限的比值。 线金属量：一条测线上各异常点元素含量减去背景值与该点所控制的距离的乘积之和。 面金属量：一个面上各异常点元素含量减去背景值与该点所控制的面积的乘积之和。 组合晕：垒加晕、垒乘晕 垒加晕：一组指示元素的异常含量相加而求得的晕。 垒乘晕：一组指示元素的异常含量相乘而求得的晕。,元素比值 元素对的比值(元素性

14、质相近或不同) 垒加晕或垒乘晕的比值 垒加晕或垒乘晕线金属量的比值 C 形态特征：线状、带状、透镜状、等轴状和不规则状。 D 组分特征 复杂，具有多种指示元素 指示元素不同 存在形式多样 浓度分带 同种指示元素从异常中心向外有规律的变化：内、中、外带。 组分分带：不同指示元素的原生晕的发育程度(强度、范围)在空间上呈现有规律的变化现象。,沿垂直方向表现出来的分带垂直分带； 沿水平方向表现出来的分带水平分带； 沿矿体轴向表现出来的分带轴向分带； 沿矿体走向表现出来的分带纵向分带； 沿矿体侧向表现出来的分带横向分带。,分带系列：按照组分分带规律，将不同指示元素有顺序排列起来。 前苏联学者C.B.戈

15、里戈良总结大量热液矿床之后，综合性的轴向分带(前缘尾部顺序排列) BaSb,As, HgCuCdAgPbZnSnAuCu (砷黝铜矿) (黝铜矿) (黄锡矿) (黄铜矿) BiNiCoMoUSnAsBeW (锡石) (毒砂),3 元素轴向分带的确定方法 (1) 作图法 A 绘制各元素原生晕的垂直剖面图； B 将浓度进行分带，根据各元素浓度中心在空间上的相对位置确定元素的分带系列。 AsUCuAu,(2) 计算法 A 计算各中段各指示元素的线金属量 各指示元素线金属量(m.%),B 将线金属量换算成标准线金属量，并按中段计算出累加标准线金属量。目的：化为同一度量的水平上，使那些含量低的元素，在参

16、加计算时与高含量元素起到同等的效应。 标准化系数为各指示元素最高含量之间相差的数量级。 各指示元素线金属量标准化值,C 计算分带指数：将各中段各元素的标准化线金属量值分别除以该中段的累加线金属量值，即获得该中段各元素的分带指数。 各中段中各指示元素分带指数值,D 根据分带指数确定各元素在分带序列上相应的位置。 各中段各指示元素的指示值最大值作为该中段的代表性元素。 (As, Sb)Pb(Cu, Bi)Mo 地表 I中段 II中段 III中段 各中段中各指示元素分带指数值,对于一个中段有两个以上分带指数最大值的元素，可用变异性指数及变异性指数梯度来进一步确定元素排列的先后顺序。 变异性指数G=

17、(N为中段数) 变异性指数梯度 在最上或最下中段中，出现两个以上的分带指数值最大的元素时，可用变异性指数值来确定它们的相对位置。 如GAs=0.148/0.056+0.148/0.036+0.148/0.04=34.12 GSb=0.574/0.056+0.574/0.184+0.574/0.139=17.4 显然，GAsGSb，故As比Sb更具有向上聚集的趋向。 注意：最上中段，G大者排前(由上到下的顺序) 最下中段，G大者排后(由上到下的顺序),对于中部中段时，则根据变异性指数梯度值来进一步确定它们的相对位置。 如GCu上=0.158/0.071+0.158/0.156=4.11 GCu下

18、=0.158/0.156=1.01 = 10.0 - 1.19=3.1 GBi上=0.211/0.028+0.211/0.061=10.0 GBi下=0.211/0.177=1.19 = 10.0 - 1.19=8.81 G上-G下=越大，说明该元素倾向于向下聚集。 ，说明Bi相对于Cu更趋向于向下部聚集。 排列顺序：As SbPbCuBiMo,考试题之一： 表中给出了西秦岭降扎地区邛莫Au-Cu-U-Se建造矿床的成矿元素与伴生元素在7勘探线不同标高中段的轴向分带指数值 ，请列出7号勘探线剖面完整、确切的元素轴向分带序列。,(三) 控制因素 1)元素性质(络合离子的稳定性)； 2)成矿热液性

19、质； 3)构造因素(通道、场所)； 4)围岩性质(化学活泼性、孔隙度等) 四、岩石地球化学勘查的适用条件和作用 1 适用条件 基岩天然露头良好、人工露头良好 2 作用 A 区测、普查阶段多用于评价岩浆岩、地层、构造等的含矿性，指出找矿远景； B 详查、勘探与开发利用阶段，主要寻找盲矿以及无宏观标志，外观难以识别的矿体； C 解决其它地质问题：岩浆岩的类别，时代的划分，地层的对比，沉积环境分析，变质岩原岩的判断等，评价含矿性。,第三章 土壤地球化学勘查,一、定义 土壤地球化学勘查，是对土壤(包括残积物、塌积物、风成物、冰碛物)中元素含量进行系统测定，研究它在土壤中的分布、分配、集中与分散等规律，

20、以发现土壤中与矿有关的地球化学异常来找矿，以及解决某些地质问题或其它问题。 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。,二、风化作用 表生带：岩石圈、水圈、生物圈的界面相互交错重叠的带地表向下直至雨水能渗入最深处为止。 原生带：表生带以下直至各种深成岩合内生矿床的形成范围为止。 地壳深处的岩石或矿石进入表生带后，因物理化学条件的改变而发生改造和破坏，以达到新的地球化学平衡风化作用。 表生带与原生带的物理化学条件,1 物理风化作用 2 化学风化作用 A 水解作用水电离产物H+、OH-与矿物中的离子发生反应。 4KAlSi2O8+6H2O4K+4OH - +Al4S

21、i4O10(OH)-+8SiO2 (正长石) Fe2SiO4 (铁橄榄石)+4H2O2Fe 2+4OH - +2H2O+SiO2 B 水合作用水分子进入矿物的晶格中形成新矿物。 Fe2O3 (赤铁矿) +nH2O Fe2O3.nH2O (水赤铁矿) CaSO4 (硬石膏) +nH2O CaSO4.2H2O(石膏) C 氧化-还原作用 3 生物风化作用 植物的根系扩大岩石裂隙。 有机质分解腐殖酸 兼具物理风化、化学风化作用。,三、土壤 覆盖在基岩之上的生长着植物的疏松物。它是在岩石风化产物的基础上通过成壤作用(生物参加，经过淋滤、沉淀等)逐步形成的。它受气候、温度、地形、时间、生物、母质等因素的

22、综合影响。 不同气候带形成的土壤各不相同。 亚热带红壤、砖红壤、黄壤(富Fe、Al) 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、Al) 温暖气候灰化土、黑色壤：A-B-C-D 山区初生土壤：A0-B-C-D,植物残体，部分被分解。 富含有机质的砂、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，松散。 淀积层：由A层淋滤下来的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，

23、含风化程度不等的、部分被分解的岩石。C层是A、B层的母质。有机质含量最少。 半风化基岩，半干燥、干燥气候以及初生的土壤分层发育情况不同。 温暖气候条件下形成的土壤分层剖面图,四、元素在土壤中的正常分布、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 微量元素在不同的土壤层中的分配不同； 4 同一土壤层中因粒度变化元素含量不一致(抵抗能力)； 5 概率分布形式为对数正态分布。,五、次生晕 (一) 形成 已生成的矿体、矿化体及原生晕，在表生带与围岩一起遭受风化作用。随着岩石的破碎、矿物的分解，使其中的一些元素发生迁移。在一定条件下

24、，某些成矿元素在矿体上方或附近的土壤中聚集为高含量的地段。故由矿体及原生晕破坏后形成的为次生晕。 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，晕在矿体的下方。 2 水成迁移 元素以离子、分子、络离子或胶体形式迁移水成分散晕。,前苏联文献中，将元素以水溶液(真溶液)形式迁移形成的晕称为盐晕。 特点：离矿体较远，甚至被搬运到湖底沉积物中。 3 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的各种器官中。当植物的枝、叶落在地面，可使一些元素聚集在A0层中；若发生腐烂，使吸收的这些元素又

25、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。 4 自然电场迁移 在表生带中金属硫化物与地下水接触，构成一个天然的电场池。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。这样，在矿体上方出现低含量带，四周出现高含量带。,(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、水的冲刷等，使晕在剖面上呈向下方拉长的舌状，

26、但平面上晕的形态可以不同于矿体及原生晕的形态上坡方向次生晕的边缘形态有时可作为矿体或矿带形态的推断依据之一。 3)次生晕的规模随取样深度的增加而减小，但强度则随之增大； 4)次生晕的形态和规模随样品粒度不同而变化(如W-粗粒中)； 5)次生晕的均匀性比原生晕好。,2 组分特征 1) 指示元素：仍是矿床中的主要成矿元素与伴生元素。 2) 指示元素存在形式 A 原生矿物及其中的混入物类质同象、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 被吸附的离子； D 土壤水中自由离子。 3) 指示元素的含量 A 不同土壤层中含量不同； B 土壤粒度不同，元素含量也不同。

27、4) 组分分带性次生晕中指示元素及其组合在空间上呈现规律性分布的现象。 次生晕组分的分带大都继承了矿床与原生晕的组分分带的特点。,3 次生晕与矿体的空间关系 次生晕相对于矿体的空间位置，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的投影位置。 2) 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的投影位置相对应。倾斜越缓，疏松层越厚，矿体距晕中高含量中心越远。,3) 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，两者距离越远。 4

28、) 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。 5) 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。,(三) 控制因素 1 原生矿物的性质； 2 矿体规模大小与品位； 3 介质的物化条件； 4 胶体 5 生物 6 气候与地形 六、土壤地球化学勘查的适用条件和作用 1 适用条件 残坡积发育地区，也可用于运积物覆盖地区的找矿。 2 作用 A 区测、普查阶段：评价残坡积层覆盖的岩石与构造的含矿性，圈定成矿远景区； B

29、 详查、勘探与开发利用阶段：寻找被残坡积覆盖的矿体，间接寻找盲矿；,C 寻找地热与油田； D 圈定被残坡积层覆盖地区的地质体界线，区分物化探异常是矿异常或非矿异常。 七、铁帽的含矿性评价 在金属硫化物矿床的氧化带一般发育铁帽。一些含铁岩石在地表氧化后也可形成铁帽。铁帽形成原因及评价显得十分重要。 铁帽含矿性评价方法： 1 与已知不同成因铁帽中元素组合、含量、元素比值进行对比，确定区分标志； 2 根据铁帽中成矿元素的残留比例预测矿石类型和品位； 残留率=铁帽中元素的平均含量/矿石中元素的平均含量X100% 3 运用数理统计方法评价铁帽的类型和评估矿石品位。,第四章 水系沉积物地球化学勘查,一、定

30、义 水系沉积物地球化学勘查，是对水系(河流、溪沟，包括干沟)底沉积物中元素含量进行系统测定，研究它在水系沉积物中的分布、分配、集中与分散等规律，以发现水系沉积物中与矿有关的地球化学异常，圈定找矿远景区和有利地段，以及解决某些地质问题或其它问题。 研究对象：水系沉积物 异常范围：水系沉积物地球化学异常：地球化学域、地球化学省、区域和局部异常。,二、分散流 (一)形成 矿体及其原生晕、次生晕中的元素，在地表水、地下水的冲刷、溶解作用下，使与成矿有关的元素部分被水带入水系中，然后在一定条件下又沉淀出来。在河流和溪沟底沉积物中形成某些元素含量增高的地段分散流。 1 元素迁移形成分散流的方式 1)机械迁移 在水中以固相(