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地球化學勘查

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  通過系統測量天然物質的地球化學性質,發現各種類型的地球化學異常的一種調查方法。天然物質可以是巖石、鐵帽、土壤、水、水系沉積物、冰積物、植物或氣體等。所測量的地球化學性質主要是元素的含量。地球化學勘查的目的一直是通過地球化學異常的線索來找尋礦床,地球化學勘查的應用正在逐步擴大,它不僅可用于找礦,還可為解決環境污染、農業、畜牧業、地方病以及各種地質問題提供有價值的資料。
異?,F象
  成礦物質在礦床形成或解體的過程中留下的,在各種天然物質的元素分布的正常模式或背景模式的基礎上,能夠辨認出來的一切印跡,都可稱為地球化學異常。在找礦中有意義的是那些正異常,即在背景模式上顯現出來的元素高含量地帶。負異常,即與背景相比元素的低含量帶,在找礦與其他方面的實用意義也已開始受到重視與研究。 地球化學異常按規??梢苑譃橄铝?種:
地球化學省
  規模最大,含量水平最低的異常。它的范圍可達數千至數萬平方公里或更大。這些地球化學省可能是地殼中某元素原始高含量的塊段,經歷了大規模巖漿、沉積與變質作用的改造,并在表生過程中把這些特征傳遞到某些表生天然物質中。例如在非洲贊比亞,根據水系沉積物中Cu的含量大于20ppm而圈出的 Cu的地球化學省,面積達8000余平方公里。贊比亞幾乎所有重要的銅礦床都位于這個銅省范圍之內。
區域性異常
  礦田或大型礦床周圍廣大范圍內的分散礦化引起的,面積達數十至數百平方公里。例如中國江西德興斑巖銅礦四周Cu含量大于 40ppm的區域性異常達160平方公里。
局部異常
  范圍較小,但含量水平最高。許多局部異常在空間和成因上與礦床密切相聯系,是地球化學探礦中研究和應用最多的一類異常。 根據異常所賦存的介質特點,地球化學異??煞譃閮深?。
原生異常
  與礦體同時形成的、賦存在基巖中的異常。在各種類型的原生異常中研究得最多的是包裹在金屬硫化物礦床四周,由熱液作用形成的局部異常──以滲濾作用為主的熱液滲濾暈。其形態與規模受圍巖中的通道系統所控制。在圍巖比較致密的情況下,在窄的斷層或裂縫中,發育著線狀暈。這種暈在前緣部位可以延伸數百米,但其寬度一般只有數米到二十米。在寬闊的破碎斷裂系統中則可以發育各種非線狀暈,包括帶狀的、等量度的及各種不規則形狀的原生暈。熱液滲濾暈具有明顯的組分分帶現象,一般分帶序列如下:
  Ba-(Sb、As、Hg)-Cd-Ag-Pb-Zn-Au-
  Cu-Bi-Ni-Co-Mo-U-Sn-Be-W 不同類型礦床的滲濾暈在細節上各有它自己的分帶特點。這些特點在找尋地下深處盲礦體及判斷出露礦體已被剝蝕的程度上有很大意義。體已被剝蝕的程度上有很大意義。
次生異常
  礦體及原生異常在風化帶中解體后,異常物質分散到各種地表物質中形成的地球化學異常。按它們與介質形成時間的關系可分為同生的及后生的兩種:同生的次生異常是與介質同時生成的,例如礦石與圍巖同時風化后在殘積土中形成的異常;后生的次生異常是在介質生成之后外加于介質之中的,例如出露于地表的礦體或異常被風積物、沖積物、冰積物掩埋后,異常物質靠毛細水上升或其他機制而進入覆蓋層形成的異常。 次生異常還可以按異常物質的遷移方式與存在形式分為下列幾種:①碎屑異常。異常物質呈穩定的原生或次生礦物碎屑存在。②水成異常。異常物質曾經在水中呈簡單離子、絡合物或膠體形式搬運過。例如地下水流經礦體,帶走一部分金屬元素,當地下水在山坡滲濕帶出露地表時,由于環境驟然變化,所攜帶的金屬元素在土壤中沉積,形成很典型的水成異常。在自然界發現的許多次生異常往往都有碎屑的與水成的兩個組成部分。③生物成因異常。指通過生物活動所形成的異常。例如土壤中的金屬被植物吸收,而在植物各種器官內形成的異常,以及植物解體后,在腐殖土中形成的異常。④氣成異常。異常物質曾以氣體形式遷移過,它們可以賦存在近地表大氣中、土壤間隙氣中,被土壤吸附,溶于土壤水,或與土壤組分化合。在自然界發現的許多次生異常往往可能是經過多種遷移方式形成的。在礦體四周地表物質中發育著各種類型的局部次生異??辈榉椒?br>   現有的各種地球化學勘查方法主要是根據采樣對象來劃分的。如巖石地球化學測量、土壤地球化學測量、水地球化學測量、水系沉積物地球化學測量、湖積物地球化學測量、氣體地球化學測量和生物地球化學勘查等。各種測量方法又因地質地理條件不同及選用的具體采樣物質不同而發展成若干方法的變種。
  地球化學勘查多年來都是在地球大陸上進行的。70年代開始發展了空中及海洋的地球化學勘查方法。航空地球化學勘查可以利用飛機在空中采集氣體或大氣微塵,分析其中指示元素的濃度;也可以從飛行器向地面發射輻射,并接受返回的信號;或者在空中測量地面的放射性和植物對陽光的反射率等。海洋地球化學勘查主要利用各種特制的采集器采集海底沉積物及水的樣品。這些方法尚處于試驗階段。
勘查程序
  70~80年代發展了一些較完善的地球化學勘查程序。它們的基本思路是運用高效率的地球化學勘查方法在廣大面積內進行廣泛的偵察,舍棄大片沒有希望的地區,縮小找礦靶區,然后用效率較低,但能較精確的圈定礦化范圍的方法在已經縮小的靶區范圍內工作。這種做法可以用盡可能少的人力、物力和時間,找到有經濟價值的礦床。中國采用的工作程序包括:①區域性掃描及普查。區域性掃描所發現的大量異常經過篩選,挑出其中有遠景的異常進行檢查。②異常檢查。迅速再作少量工作對所發現的異常取得更詳細的情報,以便精選出最有遠景的少數異常進行詳查。③異常詳查。詳查的要求是精確地圈定礦化范圍,了解其產狀與剝蝕程度并估計其經濟價值以便布置鉆探工作。④鉆探驗證。根據鉆孔中原生異常資料繼續追蹤盲礦。在不同工作階段,要根據地質地理條件及每一階段的工作目的選用最合理的地球化學勘查方法。水系沉積物地球化學測量具有遙測能力,因而成為區域掃描階段最有效的地球化學方法,特別是在多山地區。湖積物地球化學測量采集湖心底部沉積物樣品,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國家已經發展成標準的區域地球化學勘查方法。在其他特定條件下,用于區域掃描階段的地球化學勘查方法還有土壤地球化學測量、巖石地球化學測量、水地球化學測量、沼澤物質測量、山麓堆積物測量和航空地球化學勘查等。一些新的區域掃描方法,包括系統采集水中苔蘚、水中浮懸物、岸邊有機物以及卵石上的鐵錳復膜的方法等也在實驗研究之中。在異常檢查階段,仍舊采集區域掃描階段選定的、能控制較大面積的樣品。但采樣密度增加,以便獲得更為詳細的找礦信息。在詳查階段,土壤地球化學測量是最主要的方法。但往往還布置一些巖石采樣工作,以利于對土壤異常的解釋推斷。為探索深部盲礦,有時還要進行泉水分析或滲濕土分析。在厚層運積物(沖積物、冰積物或風積物)覆蓋地段,常規地球化學方法所能發現的異常被后來的異地覆蓋物埋藏,這就需要使用一些特殊的技術,例如用輕便的機動鉆穿過運積層采樣,或使用各種蒸氣測量方法(圖3)、電地球化學方法、地球化學植物測量方法,以及各種弱溶劑的偏提取方法。這些方法的目的都是發現或強化能以氣體或溶液方式穿過運積層而達于地表的后加異常。
樣品分析
  分析樣品是地球化學勘查中的一個重要環節。地球化學勘查動輒要分析數以千、萬計的樣品,需要檢出100萬分之幾、有時甚至為10億分之幾的痕量元素含量,因而必須研制快速的,適于大規模操作,而且非常靈敏的分析方法。早期的化探分析著重于從背景的起伏中去辨認異常,不一定要求測得樣品中元素含量的真實數值,只需獲得相對數值即可。因而在50年代研制的快速半定量光譜方法及比色方法,其效率極高,但精密度不高,而準確度則更少加以考慮。70年代以來由于全國性地球化學填圖的需要及地球化學勘查研究工作的深入,對分析靈敏度、準確度和精密度的要求提高,地球化學樣品分析使用了各種高度自動化的精密分析設備,應用最多的是等離子焰直讀光量計、原子吸收分光光度計、X 射線熒光光譜儀、多道能譜儀及等離子焰質譜儀等,并研制了多種高靈敏度及高效率的分析方法。為了保證大規模操作中的分析質量,并使取得的數據可以在全國或全球范圍內對比,正在研制各種利用地球化學標準樣品的分析質量監控方案,并已取得初步成就。
解釋與評價
  對各種類型的地球化學異常所用的解釋推斷方法和欲達到的目的都是不同的。但在任何情況下,地球化學勘查工作者都應對異常出現地段的地質地理背景、異常形成的機制和使異常強化及弱化的各種因素有足夠的了解。區域掃描階段發現大量異常后,要研究它們的規模及強度,并考慮各種可能強化或弱化異常的環境因素或人為污染所引起的假異常。在區域掃描階段,應該研制出從大量異常中篩選出最有遠景的異常的快速有效的方法。在地球化學詳查階段需要判斷異常與異常源空間位置上的關系,推測礦化剝蝕深度或埋藏深度,評價礦化的經濟價值等。 在地球化學數據處理(見化探數據處理)與異常的解釋推斷工作中,日益增多地使用各種統計學方法,如趨勢面分析、多元回歸分析、判別分析、因子分析、聚類分析和對應分析等,各種非參量統計學、模糊數學及穩健統計學方法也已得到應用。應用這些數學方法有可能辨認出一些靠直觀方法難以辨認的異常,更好的區分有意義與無意義的異常,確立更為客觀的異常評價準則,搜索新的找礦信息等。由于這些數學方法都需要繁復的計算,因而電子計算機在地球化學探礦數據處理上的應用日益廣泛。盡管如此,在對地球化學異常解釋推斷中起決定性作用的仍是工作者本人的經驗和判斷。
  地球化學勘查原是作為一種找礦技術而提出的。但隨著它的發展,已逐漸建立起自己的理論與方法學體系。這就使它正從一種找礦技術發展成為地質科學的新分支,稱為勘查地球化學??辈榈厍蚧瘜W利用地球化學勘查取得的大量資料,系統研究地球巖石圈、水圈、生物圈、氣圈、土壤圈和技術圈(人類活動造成的特殊的圈)中元素的地理分布,并探討它們在宏觀與微觀尺度內的分配與遷移機制。

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