勘查地球化学讲义5水气生

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1、地球科学学院地球化学系地球科学学院地球化学系-第七章勘查地球化学勘查地球化学勘查地球化学勘查地球化学第2页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日本章内容w第一节第一节 水化学找矿水化学找矿w第二节第二节 气体勘查地球化学气体勘查地球化学w第三节第三节 生物勘查地球化学生物勘查地球化学第3页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第一节第一节 水化学找矿水化学找矿w一、水化学异常的基本概念一、水化学异常的基本概念w二、水化学异常的形成二、水化学异常的形成w三、几种主要类型矿床的水化学异常特点三、几种主要类型矿床

2、的水化学异常特点w四、水化学异常特点及其评价问题四、水化学异常特点及其评价问题第4页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第一节第一节 水化学找矿水化学找矿w由由于于地地下下水水可可带带来来潜潜水水面面附附近近的的矿矿化化信信息息,因因此此是是找找深深部部盲盲矿矿的的有有前前景景的的方方法法。特特别别是是不不受受覆覆盖盖物物的的限限制制,成为覆盖区找隐伏矿的重要方法。成为覆盖区找隐伏矿的重要方法。w一一个个水水样样,汇汇集集了了汇汇水水区区的的综综合合信信息息,与与水水系系沉沉积积物物异异常常形形成成机机理理相相似似,故故而而有有人人又又称称水水分分

3、散散流流,成成为为区区域找矿的重要方法之一。域找矿的重要方法之一。第5页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第6页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w广泛的地球化学标志:广泛的地球化学标志:w 金属阳离子、阴离子和阴离子团的含量金属阳离子、阴离子和阴离子团的含量w 水介质的水介质的pH、Ehw 某些亚稳态过渡性离子种类,如某些亚稳态过渡性离子种类,如S2O32-、HS-等。等。w溶溶解解度度极极低低,再再加加上上水水的的稀稀释释作作用用,所所以以水水文文地地球球化化学学异异常常的的浓浓度度值值远远远远

4、低低于于岩岩石石、土土壤壤地地球球化化学学异异常常的的含量值,低至含量值,低至ppb级。级。w水水文文地地球球化化学学异异常常的的研研究究及及其其找找矿矿效效果果,在在很很大大程程度度上取决于分析测试的水平及水文地质方面的知识。上取决于分析测试的水平及水文地质方面的知识。第7页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日二、水化学异常的形成二、水化学异常的形成w1矿物的溶解作用矿物的溶解作用w2电化学溶解电化学溶解w3.微生物的作用微生物的作用第8页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日某些金属硫化物及硫酸盐在水

5、中的溶解度某些金属硫化物及硫酸盐在水中的溶解度 硫化物硫化物溶解度溶解度(mg/L)硫酸盐硫酸盐溶解度溶解度(g/L)ZnSMnSNiSFeS PbS310-10310-10110-10310-10310-10ZnSO4MnSO4NiSO4CoSO4FeSO4PbSO4CuSO4 531.2393274.8265.8157.00.04172.0第9页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日2电化学溶解电化学溶解w具有不同导电性的和不同电极电位的矿物相互接触,就构成一对天然“原电池”。低低电电极极电电位位的矿物相当于阴阴极极,高高电电极极电电位位的矿物相

6、当于阳阳极极。在两极上的化学作用表现为:w阴极:MeS2eMe2+S0 w阳极:MeS2eMe0S2-w如果水溶液偏酸性(pH5),溶液中有较多H+,则出现:w S2-2H+H2S第10页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第11页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w如果溶液中pH偏高,H+较少,则出现:w S2-2H+HS-w当pH在510之间时,则既可能出现H2S,也可能出现HS-,其数量随pH而变化。w当水体中有较多游离氧时,可能产出H2SO4:w 2H2O2S2-3O22H2SO4w或H2S2

7、O2H2SO4w上述化学过程表明,处于阴极的低电极电位矿物溶解了。第12页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w电电极极电电位位增增加加的的序序列列是是闪闪锌锌矿矿辉辉钼钼矿矿方方铅铅矿矿镍镍黄黄铁铁矿矿黄黄铜铜矿矿黄黄铁铁矿矿白白铁铁矿矿等。等。w自自然然金金常常被被认认为为是是化化学学性性质质稳稳定定的的矿矿物物,但但是是自自然然金金与与黄黄铁铁矿矿的的电电极极电电位位相相比比,几几乎乎任任何何情情况况下下,都都比比黄黄铁铁矿矿低低,可可以以推推知知自自然然金金是极易产生化学溶解的矿物是极易产生化学溶解的矿物。第13页/共37页勘查地球化学中国

8、地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日3微生物的作用微生物的作用w微生物活动通过分泌有机酸和生物触媒,加速矿物分解。并且在长期的地质历史发展过程中,微生物具有在不同环境下生存的能力。w目前,对硫化物矿床中微生物的作用研究较多,已发现多种嗜硫杆菌和嗜铁杆菌,前者能将硫化物中的硫氧化成硫酸根形式的正六价硫,使硫溶解,故又称脱硫杆菌。后者能将二价铁氧化成三价铁,高价铁的硫酸盐又能进一步促进硫化物的氧化溶解:w2MeS2Fe2(SO4)33O22H2OMeSO44FeSO42H2SO4第14页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日嗜硫杆菌嗜

9、硫杆菌第15页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日Bacillus Megatherium在在110140昼夜时间昼夜时间里可溶解金里可溶解金1.542.15 mg/L。第16页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日三、几种主要类型矿床的水化学异常特点三、几种主要类型矿床的水化学异常特点w1金属硫化物矿床的水化学异常金属硫化物矿床的水化学异常w黄铁矿其氧化反应如下:w2FeS27O22H2O2FeSO42H2SO4w反应产生的H2SO4可加速硫化物的溶解:wMe+H2SO4=MeSO4+H2Sw常见的黄铜

10、矿、闪锌矿、方铅矿等硫化物氧化,一般情况下形成硫酸盐而不形成硫酸,其反应过程如下:第17页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日wCuFeS2(黄铜矿)黄铜矿)4O2FeSO4CuSO4w ZnS(闪锌矿)闪锌矿)2O2ZnSO4w PbS(方铅矿)方铅矿)2O2PbSO4w但是,当金属矿区的地下水中同时存在H2SO4、Fe2(SO4)3和CuSO4时,可使上述硫化物反应产生游离的硫酸和硫化氢:w MeSH2SO4H2SMeSO4w 2MeS2Fe2(SO4)32H2O3O22MeSO44FeSO42H2SO4w这使得很多金属硫化物矿区的地表及地下水

11、的pH值降低,SO42-含量增高,并富集金属离子。第18页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w地表及地下水中金属元素的含量,不仅取决于元素化合物的溶解度,还决定于化合物的水解条件。某些盐类的水解产物是难溶的氢氧化物,因而也就影响该元素在水中的含量。w金属硫化物矿床水文地球化学异常具有如下基本特征:w 水的水的pH值较低值较低.w 水中水中SO42-的浓度相对较高的浓度相对较高。w 水水中中成成矿矿金金属属元元素素及及其其伴伴生生元元素素的的含含量量增高。增高。第19页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22

12、日2盐类矿床的水文地球化学异常盐类矿床的水文地球化学异常w盐类矿床的组成矿物,石盐、钾石盐、光卤石、杂卤石、钾盐镁矾等在水中具有很大的溶解度,不需经过氧化即可转入溶液,因此,盐类矿床附近很容易形成水化学异常。w盐类矿床水文地球化学异常的共同特征如下::w矿矿区区地地下下水水或或泉泉水水的的水水化化学学类类型型,主主要要是是高高矿矿化化度度(5g/L)碳碳酸酸盐盐、硫硫酸酸盐盐、氯氯化化物物型水。型水。w出出现现以以碱碱金金属属和和卤卤素素元元素素为为主主的的水水化化学学异异常。常。第20页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日四、水化学异常特点及其评

13、价问题四、水化学异常特点及其评价问题w1水化学异常组分的迁移形式水化学异常组分的迁移形式w元素在水中的迁移可能有多种形式,地下水中主要呈离子的真真溶溶液液迁移,其次是胶胶体体迁移,地表水中则有相当部分呈悬浮物悬浮物迁移。wT.W.Hamilton(1983)等人在澳大利亚的研究表明,悬浮物金在金矿田地表水中可达50%左右,但与溶解部分相比,尽管悬浮物部分含量高,但变化不定、无规律,对水化学找金矿无实际意义。而溶解部分的含量随远离矿体而规律下降,对金矿床有较好的指示意义。第21页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w水介质中元素存在的形态,价态反映了

14、不同的来源和环境。w水介质的环境条件(pH、Eh还原剂,有机质等),严重影响元素的迁移沉淀。w美国威斯康辛区的西南部“锌区”富含Zn的泉水四周,在不到100米的距离内,水中锌含量降低了20倍。可见,水化学异常含量的衰减较分散流强烈得多。第22页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w2水化学异常的另一特点是水中异常浓度低,但异水化学异常的另一特点是水中异常浓度低,但异常衬度高。常衬度高。w一般衬度高,异常清晰,这是因为背景区中缺乏硫化物,硅酸盐一般化学风化弱.w3水化学异常的动态特征水化学异常的动态特征w(1)矿体产于潜水面之上的包气带内)矿体产于潜

15、水面之上的包气带内.w(2)矿体跨越潜水面。这是一种常年均可检出的水异常)矿体跨越潜水面。这是一种常年均可检出的水异常.w(3)矿体产于潜水面之下的饱水带中)矿体产于潜水面之下的饱水带中.成为波动型水化学异常成为波动型水化学异常。w 4水化学异常与矿体空间关系水化学异常与矿体空间关系w水水化化学学异异常常一一般般都都不不与与矿矿体体直直接接关关联联,迁迁移移距距离离较较远远,必必须须与与异常的地形地貌和水文地质特征相结合进行分析解释推断。异常的地形地貌和水文地质特征相结合进行分析解释推断。第23页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第24页/共37

16、页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第25页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第26页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第27页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第28页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第29页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w五、水文化学找矿的工作方法五、水文化学找矿的工作方法w六、水化学测量在找矿

17、中的应用六、水化学测量在找矿中的应用w中等切割的地区,水系发育,特别是水系受地下水补给。w一般来说,井水、泉水多由地下水补给,一级水系在旱季也主要由地下水补给,旱季采样主要反映了深部矿化信息。第30页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日找矿实例找矿实例CACu异常异常SO42-异常异常pH异常第31页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第二节第二节 气体勘查地球化学气体勘查地球化学w一、概述一、概述w二、气体异常的形成二、气体异常的形成w三、汞气异常三、汞气异常w四、氦气异常四、氦气异常w五、其他气体异

18、常五、其他气体异常w六、地气或纳米金属异常六、地气或纳米金属异常第32页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日一、概述一、概述w气体勘查地球化学是通过系统测量大气或壤中气的气体成分特征,发现异常进行找矿。w由于气体穿透力强、扩散迅速,反映深度大,人们一直寄希望于用它来找深部盲矿和隐伏矿。特别是在厚层覆盖区,其它方法受到限制时,气体地球化学方法就更被重视。第33页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w气体勘查地球化学中研究应用较多的是烃类气体找石油天然气,He、Rn用于找铀矿,汞气、SO2、H2S、COS(

19、羰羰基基硫硫,别名硫化碳酰)和其它含硫气体,以及CO2、O2气异常用于找金属硫化物矿床、金银贵金属矿床。w其中,应用较成功的是烃类气体直接找油气田,汞气异常找硫化物矿床以及He、Rn找铀矿。w含硫气体、CO2等气体作为辅助性指标,在气体勘查地球化学中也有较广泛的应用。第34页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w根据测量对象和采样方法的不同,气体勘查地球化学通常有三种方法:w1土壤气体测量,亦称壤中气测量。土壤气体测量,亦称壤中气测量。w2近近地地面面气气体体测测量量,在在地地面面行行进进中中,抽吸气体测量。抽吸气体测量。w3航航空空气气体体测测量

20、量:用用装装有有高高灵灵敏敏度度仪仪器的飞机低空飞行,进行气体采样分析。器的飞机低空飞行,进行气体采样分析。第35页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日二、气体异常的形成二、气体异常的形成w深成气是深部地质作用,主要是由岩浆脱气作用和放射性衰变作用产生的气体。前者主要以CO2、CO、CH4、H2S、CS2、H2等还原气体为主,后者主要是惰性气体。w表成气体则是在水、阳光、游离氧、生物作用下形成的,当然也包括有放射性衰变形成气体。由于地质条件不同,表成气体种类差异很大,碳酸盐岩地区,重碳酸盐分解形成以CO2为主的气体;有机质丰富的地层及疏松沉积物,细

21、菌活动强烈,产生大量有机气体,缺氧条件形成CH4及其它碳氧化合物,富氧条件则形成CO2为主的气体。金属硫化物氧化,则形成各种含硫气体。第36页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w气体异常的来源,主要有以下三种:w1原生成矿作用的内生气体w这类气体异常由于气体成分与背景大气无明显组分差别,加之原生气体有限、长期散失后,异常衬度变低。并无实际价值。w2矿石氧化的表生气体w金属硫化物在表生带氧化时,能形成H2S、SO2、CO2、COS、(CH3)2S(二 甲 硫)、CS2以 及(CH3)2Se、(CH3)3As等。w2FeS2+7O2+2H2O2FeS

22、O4+H2SO4w 4FeS2+2H2SO4+O22Fe2(SO4)3+2H2Ow ZnS+H2SO4ZnSO4+H2Sw FeS2+Fe2(SO4)33Fe(SO4)+2Sw 2S+2O2SO2第37页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w氧化产生的硫酸和硫酸盐如遇围岩中的碳酸盐反应生成CO2:wH2SO4+CaCO3CaSO4+H2O+CO2w 2CaCO3+2CuSO4+H2O w Cu(CO3)(OH)2+2CaSO4+CO2w气体形成后,并不能永久存在下去,它们可能因溶于水,或相互反应、分解而消失。w据兰德尔(1977)的研究,COS最为

23、稳定,寿命达600天,而H2S仅存留一天,(CH3)2S是三天,SO2只有九天,CS2是40天。第38页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w汞是硫化物矿床中普遍伴生的元素,表生氧化作用中,普遍有汞气异常形成。w卤族元素是成矿热液中重要的络合剂,它们往往以成矿的残余溶液中的离子运移到矿上围岩中,形成外带异常。w在富含卤族元素的金属矿床上方壤中气或大气中,能形成卤族气体异常。第39页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日3放射性衰变形成的射气异常w由铀、钍矿物衰变形成He和Rn是铀、钍矿床上的典型射气异常成

24、分,利用氡气和径迹探测技术能成功地探测200米以下的含铀矿床。w粒子是放射性衰变过程中从原子核内放射出的一个粒子,它是氦的原子核,由两个质子和两个中子组成。粒子穿过物质时可留下痕迹,痕迹数量与放射性矿物含量有关。利用硝硝酸酸纤纤维维薄薄膜膜或醋酸纤维薄膜来记录粒子的行踪,称为径迹测量。此法称杯法测量。第40页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日三、汞气异常三、汞气异常w汞是典型的亲硫元素,在内生热液作用中与Cu、Pb、Zn、Ag、Au、Cd、In、T1以及As、Sb、Bi、Se、Te等密切伴生,主要以类质同象赋存于许多金属硫化物中,低温阶段还能形成

25、自己的独立矿物。w地表大气中,汞的背景含量为0.2-10ng/m3,火山气中常高达几百几千ng/m3,金属硫化物矿区大气则常为30-1000ng/m3。w1汞气异常的形成w在内生过程中汞及其化合物呈气态迁移,这是可以相信的,但那时形成的气体异常,早已消失殆尽,现在实际观察到的气体异常都是新生的。第41页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w一切含汞量高的地质体,都可能成为汞气异常的来源。w(1)硫硫化化物物矿矿床床,(2)氧氧化化物物矿矿床床,(3)富富汞汞岩岩石石,(4)地热田,(地热田,(5)油气田,()油气田,(6)人工污染源。)人工污染源。

26、w(1)硫化物矿床硫化物矿床w只能在150以下的低温中晶出,据此,可以把硫化物矿床分为高温和低温两类。在高温矿床内,汞主要在矿床外围,矿体本身含汞较低。低温硫化物矿床则相反,矿石中含有很高的汞,除了独立矿物辰砂外,浅色闪锌矿是汞的主要赋存矿物,此时汞气异常的形成主要来自矿床本身的氧化。w(2)氧化物矿床氧化物矿床w汞异常并不来自含氧矿物本身,而仍旧是来自伴生的硫化物。因为混入氧化物的汞很难在地表条件下转换成气体。第42页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w(3)富汞岩石富汞岩石w碳质岩石、磷块盐岩石、富碱岩浆岩、富铁锰质岩石等有时可含较高的汞,它

27、们的平均含量低于矿石,但由于总量大,可形成汞气的高背景带。在构造有利地段,也能富集成局部高异常点,形成非矿异常。w(4)地热田地热田w(5)在在油油气气田田上上的的汞汞气气异异常常也也引引起起有有关关单单位位的的重重视视,可成为寻找油气田的辅助方法。可成为寻找油气田的辅助方法。w(6)人人工工污污染染的的汞汞气气,则则来来自自燃燃烧烧矿矿化化燃燃料料及及某某些些消耗汞的化工工业。消耗汞的化工工业。w在北京一个氯碱工厂的周围大气中,曾检测到300ng/m3以上的汞浓度,沿着风向伸展达一公里以上。石灰窑的上空也曾观察到汞的异常。有些金矿的提炼采用汞齐法,此时在现场可以造成很高的汞气浓度。第43页/

28、共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w汞蒸气形成的机制,归纳起来有下列几种:w(1)自然汞及辰砂的蒸发与升华。)自然汞及辰砂的蒸发与升华。w(2)汞的不均衡反应:汞的不均衡反应:w Hg22+Hg0+Hg2+w不能自发进行,需要消耗能量,可能来自阳光和微生物活动,因此,这一反应主要在地表进行。w(3)无游离氧时的硫化物氧化)无游离氧时的硫化物氧化w亚铁或原生硫化物中“欠价”化合物的还原作用:w2Fe2+Hg2+2Fe3+Hg0w Pb(1+)S+HgS(1+)PbS+Hg0w(4)游离氧的氧化作用游离氧的氧化作用wS2氧化成S6+,共放出8个电子,可

29、还原4个Hg2+很可能这种还原过程是分阶段进行的。第一步把Hg2+还原成Hg+,然后通过不均衡反应生成Hg0。第44页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日2汞气异常的观察及影响异常汞气异常的观察及影响异常形成的因素形成的因素w由于汞蒸气浓度极低,干扰测定的因素又多,所以通常要将被测气体通过一种选择性捕汞装置,使汞浓集并与干扰分离。我国最常见的是金丝捕汞管金丝捕汞管。w对捕汞管的要求是吸收与释放效率高,各管间的一致性好,寿命长。w影响汞气异常发育的下列因素:w (1)地质条件)地质条件 w (2)土壤厚度与性质土壤厚度与性质 w (3)气候条件气候条

30、件 w (4)工作条件的一致性工作条件的一致性 w实际工作中,只要二次异常存在,范围相似即可,而含量高低影响因素较多,不可过于苛求。第45页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第46页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第47页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第48页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第49页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第50页/共37页

31、勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w3壤中汞气异常的一般特点与应用壤中汞气异常的一般特点与应用w4汞气测量的一些其他方法汞气测量的一些其他方法w(1)近地表大气取样)近地表大气取样w(2)热释法热释法w热释法是对固体样品(土壤、岩石或单矿物)进行加温,同时记录不同温度下挥发出来的汞量。在热释曲线中特别有意义的是150左右的峰,这无疑是吸附的原子态的汞,这部分的汞可以用简单的装备,大量的测定,将能提出有价值的找矿信息。w(3)离子汞法)离子汞法w这实际上是一种冷提取法,即把一定量的土壤样品用硫酸亚锡溶液处理,测定在常温下释放出来的汞。第51页/共37页勘查地

32、球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w(4)减压释放法)减压释放法w将样品置于密闭管子内,通过降压使吸附的汞释放出来。不同吸附强度的汞,将在不同的负压下释放出来。据测定,减压释放的汞,只占样品中全汞的千分之一,但更能反映下伏矿化情况。w四、氦气异常四、氦气异常wHe实际上就是获得电荷的质点,每一个238U、235U、232Th原子蜕变成最终Pb的稳定同位素后,分别放出8、7、6个He原子核(质点)。He的测定需用质谱仪.wHe气的观察方法有:1)壤壤中中气气测测量量;2)水水中中气气测测量量;3)泥泥浆浆中中气气体体.用一密闭的半透性容器,最方便的是用乒乓球,埋于

33、泥浆中,若干时间后抽取球内气体注入质谱仪测定。wHe气测量在我国开展尚不普遍,主要是仪器还不普及。第52页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日五、其他气体异常五、其他气体异常w1O2/CO2异常异常w早在1954-1956年间就在苏联提出来了,他们在硫化物矿床上的0.4-2.5m深处的壤中气内发现了O2下降和CO2升高的现象。硫化物氧化消耗氧,氧化产物中硫酸与围岩或脉石矿物中的碳酸盐作用生成CO2。这两个反应可概括成:(以黄铁矿为代表)w 2FeS2+7O2+2H2O2FeSO4+2H2SO4w H2SO4+CaCO3CaSO4+CO2 +H2Ow

34、CO2产生的原因很多,所以异常解释困难。作为扩大气体测量的种类,有利于综合解释,对这二种气体的测量工作是值得开展的。第53页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日2含硫气体含硫气体w研究从天然吸附剂土壤中解脱含硫气体的找矿方法。其方法是在野外用严密的塑料瓶取表层土壤样品,到实验室后,在80下加热,抽取样品容器顶部的气体注入气相色谱仪进行分析。他们的初步结论是各种含硫气体的分子形式的鉴别并没有对找矿有多少帮助,而含硫气体的总量则是很好的找矿指示。试制简易的只分析含硫气体总量的轻便色谱仪。w美国的泰勒等,根据计算,应释放的气体按多少的次序为:H2S、CO

35、S、CS2、CH3SH、(CH3)2S2、SO2及S2。但实验结果,只有CS2及COS二种气体。但实验结果证明硫化矿物特别是黄铁矿氧化时,能产生足以检测到CS2及COS,而且水份饱和时,产生的速度更快。而SO2只能在极其干燥的条件下生成,一旦遇到水份,就溶解了。因此H2S及SO2都不是很好的气体指标,相反CS2及COS是最好的指示硫化矿床的含硫气体。第54页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日3氡气异常氡气异常w氡气测量虽然应用历史较久,但只限于找铀矿。第55页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日六、地

36、气或纳米金属异常六、地气或纳米金属异常w1研究简况研究简况 w以上介绍的传统意义上的气体地球化学异常,是以气态分子状态存在于大气中的异常。上一世纪七十年代后期,国外一些勘查地球化学家和勘探公司在气体勘查地球化学方面另辟溪径,不局限于气体分子本身的研究,开始对气体携带的固体物质进行观测,这就是地气测量技术。第56页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日2地气异常的形成地气异常的形成w现在多数人认为是由于地球深部的脱气作用,放射性衰变作用,以及热稳定性差的组分、含水矿物在热力作用下形成的水蒸气以及各种次生气体,在地球表层产生微气流,形成气体地球化学场。深

37、部气流上升,携带上来微粒固态物质(主要是纳米级物质)。w处于纳米尺度的物质(0.1100m)的物理化学性质与其固体结晶物质有很大的不同。由于其微粒极小,表面积极大,表面原子越多,具有更大的无序度。因而,表面活性越强,更接近于气体性质,呈所谓“类气体”物质。这就是纳米物质的界面效应。w因此,纳米物质具有极高的化学活性和扩散速度,当有地气流上升时,极易将其携带至地表。第57页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w3地气异常的观查地气异常的观查w主动富集法:富集剂多用塑料泡沫,对Au、Ag、As、Sb、Ni、Co、Cu、Pb、Zn、Mn等金属均有较强吸附

38、能力。使用前用3%王水或2%的高纯度硝酸浸泡24小时,洗去杂质。w被动富集法:土壤中挖坑60-80cm,将塑料漏斗倒置,出口处放置泡塑吸附剂,留一小缝,外罩塑料杯防止污染。近地表20cm处覆盖塑料薄膜防雨。一般放置时间24-25天。w4实践与应用实践与应用第58页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日王学求等,2011第59页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日王学求等,2011第60页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日王学求等,2011第61页/共37页勘

39、查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第62页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第七节第七节 生物勘查地球化学生物勘查地球化学w一、生物地球化学异常概念一、生物地球化学异常概念w二、生物地球化学异常的基本特征二、生物地球化学异常的基本特征w三、生物勘查地球化学工作方法三、生物勘查地球化学工作方法w四、地植物学异常四、地植物学异常w五、遥感地植物学异常五、遥感地植物学异常第63页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日一、生物地球化学异常概念一、生物地球化学异常概念w生生物物

40、与与其其生生存存环环境境是是一一个个统统一一体体。当当土土壤壤、岩岩石石、水水体体及及大大气气中中存存在在地地球球化化学学异异常常时时,必必然然会会对对生生长长在在其其中的生物发生影响:中的生物发生影响:w出出现现特特殊殊的的种种属属以以至至植植物物区区系系。相相应应地地在在勘勘查查地地球球化化学学中中把把前前者者叫叫做做生生物物地地球球化化学学异异常常,后后者者叫叫做做地地植植物物学异常学异常。第64页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日二、生物地球化学异常的基本特征二、生物地球化学异常的基本特征w1灰分在植物体内的含量灰分在植物体内的含量w新鲜

41、的植物,一般含水7590%,干燥物质占2510%,干燥物质中,氧占42%,碳占45%,氢占6.5%,这三者通过灰化除去,留下约6.5%的灰份。实际含量随植物的品种、器官、年龄而变。w植物灰份的基本化学成分是磷酸盐及硝酸盐,再加上少量硅酸盐、碳酸盐、氧化物及氯化物。这些化合物形式可能并不是植物体内的原始存在形式,而只是在灰化时形成的。第65页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日2植物灰分的化学成分植物灰分的化学成分w土壤中的含量与植物灰份中的含量之间的一般关系如下图所示。w在图上可分出三个区域,当土壤中的含量不高时,两者呈现某种正相关关系(区);当土

42、壤中的含量达到一定浓度时,灰份中的含量呈现某种饱和趋势(区),这说明植物对该元素的生理要求已经满足,从而抗拒过多地吸收;当土壤中的含量过高时(区),灰份中的含量急剧上升或反而下降,此时植物发生中毒症状,甚至枯黄。然而有些植物,却能逐步适应这种条件而形成新的品种,成为指示植物。第66页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日区区区土壤植物第67页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w苏联学者.o(1984)的研究表明,不同生物种属具有生理生物化学屏障的自我保护功能,并将生物体分为四类:wa.非非屏屏障障生生物

43、物,其含量与土壤介质中元素含量(可溶解吸收部分)成线性比例,是一种无障碍吸收的生物。对于矿产勘查来说是最优选择的种属。wb.半半屏屏障障生生物物,富集限度为30300倍,具有良好的矿产勘查意义。wc.屏屏障障生生物物,富集限度为330倍,矿是勘查能取得满意的效果。wd.背背景景障障生生物物,与生物生长土壤背景接近的富集能力。第68页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日3植物对金属元素的吸收植物对金属元素的吸收w据植物生理学研究,植物可以通过根系及叶子两条渠道获得养料,当然以前者为主。植物根系吸收土壤中的化学元素,主要是在根尖进行的,植物只能吸收溶解

44、状态的成分,然而,像Si、Ti、Au这一类化学性质十分稳定的元素能在植物灰份中存在,使人们猜想,可能植物根尖能分泌某些有机或生物触媒使局部范围的离子交换与化学溶解大大地加速。w进入植物体内的元素有不同的情况。一类是所谓营养元素,早在上世纪末,就已知C、H、N、O、P、S、K、Ca、Mg、Fe、B、Cl、Cu、Mn、Zn及Mo对所有植物是必不可少的,各元素都有一定的植物生理功能,如Ca用于稳定细胞膜;Cu、Mn、Zn、Mo是活化植物酶所必需的;S组成蛋白质;Mg含在叶绿素中等等。显然,这部分含量没有找矿意义。第69页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22

45、日w通过木质部向上运移至叶子,但根中不是盲目的输送,而是有区别地把多余部份阻留在根部。当叶子快落时,一些元素倒流回木质部。这就造成灰份中元素含量的季节性变化。w4影响植物吸收的因素影响植物吸收的因素w(1)植物的种属植物的种属 (2)植物的器官植物的器官 w(3)植物器官的年龄植物器官的年龄 (4)器官的健康状况器官的健康状况 w(5)土壤的土壤的pH值值 (6)植物的根系植物的根系 w(7)样品的取向样品的取向 (8)植物器官内元素的分布植物器官内元素的分布 w(9)地下水状况地下水状况 (10)互促互斥元素的存在互促互斥元素的存在第70页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化

46、学系制作,2024年2月22日三、生物勘查地球化学工作方法三、生物勘查地球化学工作方法w1矿种和工区的选择矿种和工区的选择w根据现有的文献资料,能产生生物地球化学异常的元素有:Ni、Co、Zn、Cu、Sn、Ag、Hg、Cr、Mn、Fe、Au、W、Mo、V和U等,特别是多金属硫化物矿床,氧化形成易溶金属离子,有利于植物吸收产生生物地球化学异常,而分析过的元素还不止这些,如As、Se、Te、I等伴生元素也应列入。对于典型重砂矿物中的元素,虽然难溶于水,但仍能形成生物地球化学异常,很可能是某种未知的生物化学过程所致,如Au的生物地球化学异常,曾经引起相当多的研究。w2试验工作试验工作w通过试验工作,

47、要确定工作地区主要植物种属的分布情况及它们的生物积聚系数,以便选定取样种属。第71页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w3取样方法取样方法w取样季节以春、秋为好,因为春季各种植物生长旺盛,微量元素的需要量或挟带量大,而秋季则种子趋于成熟,叶子行将凋落,植物灰份的含量较高。w4样品加工与分析样品加工与分析w一般的步骤包括:干燥研细称重(W1)灰化(400500)称重(W2)分析。w灰化过程一方面要保证彻底,不留碳质,另一方面要防止微量元素的损失。注意不要让样品着火,但又要保证有足够的氧气供应使有机物彻底分解。通常在450温度下灰化损失最小。如要分析

48、挥发性元素,如As、Hg等,则最好用湿湿法法硝硝化化,即用强烈的无机酸如过氯酸硝酸,硫酸硝酸来破坏有机物。w5异常的解释异常的解释第72页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日四、地植物学异常四、地植物学异常w1指标植物指标植物w某些植物与一定的地质条件相联系。这种植物叫指示植物。w海州香薷(r)(铜草)为一年生草本植物,铜草喜弱酸性砂质含Cu400ppm以上的土壤,而且随着土壤中Cu含量升高及pH降低,由稀疏高大多分枝的植侏变为密集不分枝的瘦小植株,并且红色调加重,甚至幼年植株的茎已呈暗紫色。w铀矿指示植物箭叶堇菜。w瞿(q)麦的线条图,它是长江中

49、下游地区铅锌矿化的指示植物。第73页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第74页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w瞿麦花第75页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第76页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w双子叶植物;五桠果亚纲;科名:堇菜科Violaceae一年生无毛草本;茎高约30厘米,多分枝。基生叶有长柄,叶片近圆心形;茎生叶卵状长圆形或宽披针形,边缘有圆钝锯齿;托叶大,基部羽状深裂。花大,直径36

50、厘米,通常每朵花有兰紫、白、黄三色;花瓣近圆形,假面状,覆瓦状排列,距短而钝。花期春季至秋季。w原产欧洲。各庭园都有栽培,我国各大城市也都有栽培,为现货植物。w茎、叶含三色堇黄甙;花含芸香甙、挥发油、皂甙、维生素AC。第77页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w双子叶植物;五桠果亚纲;紫花堇菜紫花堇菜第78页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w双子叶植物;五桠果亚纲;心叶堇菜心叶堇菜第79页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日2指示植物群体特征指示植物群

51、体特征w观察证明,单一指示植物的指示意义往往不很确切。因为指示植物可以在矿床上生长,但也见于一般地区,只是出现的频率不同。如果根据若干种植物的共生关系,则指示作用将更为可靠。w同种植物的许多单株集中生长,叫做群落,许多群落组成一个群丛。w为了研究植物的群丛特征,通常是采用“观观察察方方”的办法,即在矿床上或矿化区内与背景地区(对照地区)各选择若干地形与土壤大体相同的地点,划出一个小面积,例如22m见方。面积的大小由试验决定,其方法是逐步扩大面积,直到很少再有新的种属进来为止。“观察方”划定后,详细鉴定及统计落在方内的植物种属与数目。w3植物毒理及生态变异植物毒理及生态变异第80页/共37页勘查

52、地球化学宋慈安等,2010第81页/共37页勘查地球化学宋慈安等,2010第82页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日五、遥感地植物学异常五、遥感地植物学异常w在航空照片及卫星照片上,特别是多光谱扫描及彩色摄影所得的图象上,植物种属的分布,季相(包括植株大小、高低、稀密)都可以反映出来,低空航照甚至可以分辨单棵树木,所以地植物学知识对于遥感资料的地质解释是非常有用的。w在地植物调查中最有用的波段是可见光与近红外光。为不同植物在这一波段上的反射率谱,从图上看出各种植物是不一样的。同种植物的反射率在正常区与异常区不同,因而可在遥感图上区分。第83页/共

53、37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第84页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第85页/共37页勘查地球化学实例:铅锌矿区马尾松波谱特征与微量元素相关性分析w李高飞,胡光道,铅锌矿区马尾松波谱特征与微量元素相关性分析,2010第86页/共37页勘查地球化学第87页/共37页勘查地球化学刘莉,2006第88页/共37页勘查地球化学刘莉,2006第89页/共37页勘查地球化学刘莉,2006第90页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日w图为经过处理的美国乔治亚州首府

54、亚特兰大城卫星遥感图像,城市中的树木和其它植物用红色表示,楼群、街道和其它城市地面建筑用其它颜色表示。w南方网讯人们一直以来都认为城市和大自然之间向来是无法融合的两个对立体系,但是最近一项由美国国家航天局(NASA)资助的研究项目发现,由于城市中象钢筋水泥丛林一样的大量建筑物向外界释放出更多热量的原因,种植在城市里的各种植物同野外地区生长的植物比起来,每年呈现绿色状态的时间显得更长第91页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第92页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日第93页/共37页勘查地球化学中国地质大学地球科学学院地球化学系制作,2024年2月22日本章小结w重重点点掌掌握握:水化学异常的形成:矿物的氧化与溶解作用,电化学溶解和微生物、生物,有机酸溶解。水化学异常组分特征。影响水化学异常的因素。w气体地球化学异常的般特征。汞气异常的形成、特征、影响因素。w生物地球化学异常与地植物异常概念。植物灰分中元素的含量及其影响因素。生物地球化学障、有障植物、无障植物。w基基本本掌掌握握:水化学异常在找硫化物矿床、盐类矿床、钠矿床等方面的应用。气体测量的工作方法。汞气异常测量在找矿中的应用。其他汞气异常简介。生物勘查地球化学测量的应用。

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