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地球化学勘查

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  通过系统测量天然物质的地球化学性质,发现各种类型的地球化学异常的一种调查方法。天然物质可以是岩石、铁帽、土壤、水、水系沉积物、冰积物、植物或气体等。所测量的地球化学性质主要是元素的含量。地球化学勘查的目的一直是通过地球化学异常的线索来找寻矿床,地球化学勘查的应用正在逐步扩大,它不仅可用于找矿,还可为解决环境污染、农业、畜牧业、地方病以及各种地质问题提供有价值的资料。
异常现象
  成矿物质在矿床形成或解体的过程中留下的,在各种天然物质的元素分布的正常模式或背景模式的基础上,能够辨认出来的一切印迹,都可称为地球化学异常。在找矿中有意义的是那些正异常,即在背景模式上显现出来的元素高含量地带。负异常,即与背景相比元素的低含量带,在找矿与其他方面的实用意义也已开始受到重视与研究。 地球化学异常按规模可以分为下列3种:
地球化学省
  规模最大,含量水平最低的异常。它的范围可达数千至数万平方公里或更大。这些地球化学省可能是地壳中某元素原始高含量的块段,经历了大规模岩浆、沉积与变质作用的改造,并在表生过程中把这些特征传递到某些表生天然物质中。例如在非洲赞比亚,根据水系沉积物中Cu的含量大于20ppm而圈出的 Cu的地球化学省,面积达8000余平方公里。赞比亚几乎所有重要的铜矿床都位于这个铜省范围之内。
区域性异常
  矿田或大型矿床周围广大范围内的分散矿化引起的,面积达数十至数百平方公里。例如中国江西德兴斑岩铜矿四周Cu含量大于 40ppm的区域性异常达160平方公里。
局部异常
  范围较小,但含量水平最高。许多局部异常在空间和成因上与矿床密切相联系,是地球化学探矿中研究和应用最多的一类异常。 根据异常所赋存的介质特点,地球化学异常可分为两类。
原生异常
  与矿体同时形成的、赋存在基岩中的异常。在各种类型的原生异常中研究得最多的是包裹在金属硫化物矿床四周,由热液作用形成的局部异常──以渗滤作用为主的热液渗滤晕。其形态与规模受围岩中的通道系统所控制。在围岩比较致密的情况下,在窄的断层或裂缝中,发育着线状晕。这种晕在前缘部位可以延伸数百米,但其宽度一般只有数米到二十米。在宽阔的破碎断裂系统中则可以发育各种非线状晕,包括带状的、等量度的及各种不规则形状的原生晕。热液渗滤晕具有明显的组分分带现象,一般分带序列如下:
  Ba-(Sb、As、Hg)-Cd-Ag-Pb-Zn-Au-
  Cu-Bi-Ni-Co-Mo-U-Sn-Be-W 不同类型矿床的渗滤晕在细节上各有它自己的分带特点。这些特点在找寻地下深处盲矿体及判断出露矿体已被剥蚀的程度上有很大意义。体已被剥蚀的程度上有很大意义。
次生异常
  矿体及原生异常在风化带中解体后,异常物质分散到各种地表物质中形成的地球化学异常。按它们与介质形成时间的关系可分为同生的及后生的两种:同生的次生异常是与介质同时生成的,例如矿石与围岩同时风化后在残积土中形成的异常;后生的次生异常是在介质生成之后外加于介质之中的,例如出露于地表的矿体或异常被风积物、冲积物、冰积物掩埋后,异常物质靠毛细水上升或其他机制而进入覆盖层形成的异常。 次生异常还可以按异常物质的迁移方式与存在形式分为下列几种:①碎屑异常。异常物质呈稳定的原生或次生矿物碎屑存在。②水成异常。异常物质曾经在水中呈简单离子、络合物或胶体形式搬运过。例如地下水流经矿体,带走一部分金属元素,当地下水在山坡渗湿带出露地表时,由于环境骤然变化,所携带的金属元素在土壤中沉积,形成很典型的水成异常。在自然界发现的许多次生异常往往都有碎屑的与水成的两个组成部分。③生物成因异常。指通过生物活动所形成的异常。例如土壤中的金属被植物吸收,而在植物各种器官内形成的异常,以及植物解体后,在腐殖土中形成的异常。④气成异常。异常物质曾以气体形式迁移过,它们可以赋存在近地表大气中、土壤间隙气中,被土壤吸附,溶于土壤水,或与土壤组分化合。在自然界发现的许多次生异常往往可能是经过多种迁移方式形成的。在矿体四周地表物质中发育着各种类型的局部次生异。勘查方法
  现有的各种地球化学勘查方法主要是根据采样对象来划分的。如岩石地球化学测量、土壤地球化学测量、水地球化学测量、水系沉积物地球化学测量、湖积物地球化学测量、气体地球化学测量和生物地球化学勘查等。各种测量方法又因地质地理条件不同及选用的具体采样物质不同而发展成若干方法的变种。
  地球化学勘查多年来都是在地球大陆上进行的。70年代开始发展了空中及海洋的地球化学勘查方法。航空地球化学勘查可以利用飞机在空中采集气体或大气微尘,分析其中指示元素的浓度;也可以从飞行器向地面发射辐射,并接受返回的信号;或者在空中测量地面的放射性和植物对阳光的反射率等。海洋地球化学勘查主要利用各种特制的采集器采集海底沉积物及水的样品。这些方法尚处于试验阶段。
勘查程序
  70~80年代发展了一些较完善的地球化学勘查程序。它们的基本思路是运用高效率的地球化学勘查方法在广大面积内进行广泛的侦察,舍弃大片没有希望的地区,缩小找矿靶区,然后用效率较低,但能较精确的圈定矿化范围的方法在已经缩小的靶区范围内工作。这种做法可以用尽可能少的人力、物力和时间,找到有经济价值的矿床。中国采用的工作程序包括:①区域性扫描及普查。区域性扫描所发现的大量异常经过筛选,挑出其中有远景的异常进行检查。②异常检查。迅速再作少量工作对所发现的异常取得更详细的情报,以便精选出最有远景的少数异常进行详查。③异常详查。详查的要求是精确地圈定矿化范围,了解其产状与剥蚀程度并估计其经济价值以便布置钻探工作。④钻探验证。根据钻孔中原生异常资料继续追踪盲矿。在不同工作阶段,要根据地质地理条件及每一阶段的工作目的选用最合理的地球化学勘查方法。水系沉积物地球化学测量具有遥测能力,因而成为区域扫描阶段最有效的地球化学方法,特别是在多山地区。湖积物地球化学测量采集湖心底部沉积物样品,可以近似估量湖四周高地上元素的平均含量,因而在加拿大等多湖国家已经发展成标准的区域地球化学勘查方法。在其他特定条件下,用于区域扫描阶段的地球化学勘查方法还有土壤地球化学测量、岩石地球化学测量、水地球化学测量、沼泽物质测量、山麓堆积物测量和航空地球化学勘查等。一些新的区域扫描方法,包括系统采集水中苔藓、水中浮悬物、岸边有机物以及卵石上的铁锰复膜的方法等也在实验研究之中。在异常检查阶段,仍旧采集区域扫描阶段选定的、能控制较大面积的样品。但采样密度增加,以便获得更为详细的找矿信息。在详查阶段,土壤地球化学测量是最主要的方法。但往往还布置一些岩石采样工作,以利于对土壤异常的解释推断。为探索深部盲矿,有时还要进行泉水分析或渗湿土分析。在厚层运积物(冲积物、冰积物或风积物)覆盖地段,常规地球化学方法所能发现的异常被后来的异地覆盖物埋藏,这就需要使用一些特殊的技术,例如用轻便的机动钻穿过运积层采样,或使用各种蒸气测量方法(图3)、电地球化学方法、地球化学植物测量方法,以及各种弱溶剂的偏提取方法。这些方法的目的都是发现或强化能以气体或溶液方式穿过运积层而达于地表的后加异常。
样品分析
  分析样品是地球化学勘查中的一个重要环节。地球化学勘查动辄要分析数以千、万计的样品,需要检出100万分之几、有时甚至为10亿分之几的痕量元素含量,因而必须研制快速的,适于大规模操作,而且非常灵敏的分析方法。早期的化探分析着重于从背景的起伏中去辨认异常,不一定要求测得样品中元素含量的真实数值,只需获得相对数值即可。因而在50年代研制的快速半定量光谱方法及比色方法,其效率极高,但精密度不高,而准确度则更少加以考虑。70年代以来由于全国性地球化学填图的需要及地球化学勘查研究工作的深入,对分析灵敏度、准确度和精密度的要求提高,地球化学样品分析使用了各种高度自动化的精密分析设备,应用最多的是等离子焰直读光量计、原子吸收分光光度计、X 射线荧光光谱仪、多道能谱仪及等离子焰质谱仪等,并研制了多种高灵敏度及高效率的分析方法。为了保证大规模操作中的分析质量,并使取得的数据可以在全国或全球范围内对比,正在研制各种利用地球化学标准样品的分析质量监控方案,并已取得初步成就。
解释与评价
  对各种类型的地球化学异常所用的解释推断方法和欲达到的目的都是不同的。但在任何情况下,地球化学勘查工作者都应对异常出现地段的地质地理背景、异常形成的机制和使异常强化及弱化的各种因素有足够的了解。区域扫描阶段发现大量异常后,要研究它们的规模及强度,并考虑各种可能强化或弱化异常的环境因素或人为污染所引起的假异常。在区域扫描阶段,应该研制出从大量异常中筛选出最有远景的异常的快速有效的方法。在地球化学详查阶段需要判断异常与异常源空间位置上的关系,推测矿化剥蚀深度或埋藏深度,评价矿化的经济价值等。 在地球化学数据处理(见化探数据处理)与异常的解释推断工作中,日益增多地使用各种统计学方法,如趋势面分析、多元回归分析、判别分析、因子分析、聚类分析和对应分析等,各种非参量统计学、模糊数学及稳健统计学方法也已得到应用。应用这些数学方法有可能辨认出一些靠直观方法难以辨认的异常,更好的区分有意义与无意义的异常,确立更为客观的异常评价准则,搜索新的找矿信息等。由于这些数学方法都需要繁复的计算,因而电子计算机在地球化学探矿数据处理上的应用日益广泛。尽管如此,在对地球化学异常解释推断中起决定性作用的仍是工作者本人的经验和判断。
  地球化学勘查原是作为一种找矿技术而提出的。但随着它的发展,已逐渐建立起自己的理论与方法学体系。这就使它正从一种找矿技术发展成为地质科学的新分支,称为勘查地球化学。勘查地球化学利用地球化学勘查取得的大量资料,系统研究地球岩石圈、水圈、生物圈、气圈、土壤圈和技术圈(人类活动造成的特殊的圈)中元素的地理分布,并探讨它们在宏观与微观尺度内的分配与迁移机制。

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