从勘查地球化学到应用地球化学

勘查地球化学是在20世纪从一门探矿技术发展成一门年轻的地学分支科学。进入21世纪,它可能为解决资源与环境关键问题做出许多从事勘查地球化学工作的人都未预料到的重大贡献。由于它的发展今后可能超越它原有的局限,因而称之为应用地球化学更符合它的发展方向。应用地球化学是尚未成形的一门科学。它是许多化学家、地球化学家、地质学家、物理学家、数学家、农学家与环境学家的多学科学术活动。由此产生了一种国际学术杂志"应用地球化学(appliedgeochemistry)",但应用地球化学的研究成果散见于许多杂志,还没有一个学术团体以此命名。因而,国际勘查地球化学家协会大可借此机会改名为应用地球化学家协会,以便吸收多学科的人才,为解决人类资源与环境中关键问题共同努力。周期表上所有元素不同尺度不同性质的地球化学图已成为解决资源与环境关键问题的最重要的基础图件。勘查地球化学家多年研究地球化学填图的思路与方法可以帮助其它学科扩大视野,而多学科的融合将使改名为应用地球化学的勘查地球化学的研究得以更深入的发展。

中国东部主要入海河流河口区地球化学特征：理化指标与水溶态元素浓度

河水理化性质和元素组成特征直接影响到水体利用功能,入海河流元素输送量对近岸海洋生态环境具有重要影响。在中国东部33条入海河流下游河段或河口区布设了水地球化学调查点,分别在2007年夏季(丰水期)、2007年底—2008年初(枯水期)采样并测定了河水酸碱度、电导率值以及溶解态常量和微量元素浓度。研究表明,多数北方河流水体酸碱度、电导率值以及常量元素浓度高于南方河流,与中国土壤及其常量元素组成的南北分带相吻合,反映了我国南北气候分带对河水地球化学特征的控制作用,推断少数河流酸碱度、电导率和常量元素浓度的异常分布与海水混合作用、人为污染等作用有关;部分河流水体中微量元素浓度背离于区域正常浓度,其原因一是与区域地球化学背景有关,二是与城市污染影响有关,通过对比部分城市上、下游水体元素浓度证实城市污染的影响;研究认为丰水期易溶元素Na、Ca、K、Zn、Se浓度较低反映了大量降水的稀释效应,而丰水期河水Al、REE、Fe、Pb、Tl等元素浓度明显高于枯水期,主要与丰水期暴雨形成的地面径流携带大量胶体颗粒进入地表水有关。

内蒙古半干旱草原区隐伏矿地球化学勘查方法试验

在内蒙古半干旱草原区准苏吉花隐伏铜钼矿上方开展了土壤细粒级全量测量和金属活动态测量两种地球化学勘查方法的试验工作,结果显示,两种方法圈定的成矿元素主体异常分布范围与深部隐伏矿体的分布较为一致,表明土壤细粒级全量测量和金属活动态测量可以有效地指示隐伏铜钼矿体,可作为该景观区寻找隐伏铜钼矿的有效手段。

天山成矿带境内外地球化学特征对比——中国东天山和哈萨克斯坦楚伊犁地区

对天山成矿带中国境内的东天山地区和哈萨克斯坦境内的楚伊犁地区1∶100万比例尺的地球化学填图所揭示的信息进行了对比研究。造岩元素、铁族元素、稀有元素、稀土元素和分散元素在这2个地区的含量和富集程度都非常接近,说明天山地区具有相同的地质背景;贵金属元素Au在楚伊犁地区的含量和富集程度要显著高于东天山地区,楚伊犁地区的Au异常不仅与石英脉型金矿有关,还与黑色页岩微粒金矿化有关;有色金属元素在2个地区差别不大,不同的是Cu异常在东天山以独立或与其他有色金属元素伴生异常存在,而在楚伊犁主要以与贵金属元素伴生异常存在;铂族元素在2个地区含量比较接近,一类异常与基性和超基性岩有关,另一类与黑色岩系有关。尽管这2个地区都还未发现有经济价值的铂族元素矿床,但在楚伊犁地区已经发现与炭质硅质岩有关的微粒金、铂矿化。

中国汞的地球化学空间分布特征

20世纪80年代以来中国积累了岩石、土壤和水系沉积物中的大量可靠的汞分析数据和图件,为分析汞的地球化学空间分布特征提供了依据。从空间分布上看,从中国北部到南部,从西部到东部,土壤和水系沉积物中汞的含量背景值逐渐增高,汞在以干旱荒漠区、半干旱荒漠区、黄土地区和高寒山区为主的西部和北部呈低背景,在东部的森林沼泽区和半湿润低山丘陵区为中等背景,在南部的湿润低山丘陵区、热带雨林区和高山峡谷区为高背景,尤其在以云南东南部、贵州、广西西部、湖南西部岩溶区为中心的低温成矿域内,无论岩石、土壤还是水系沉积物,汞含量背景值达到最高。一般情况下,岩石、土壤和水系沉积物之间的汞含量具有继承性,在地理空间分布上呈明显的对应关系,并且土壤和水系沉积物之间的汞含量具有相近性,土壤和水系沉积物较岩石更为富集汞。

中国与欧洲全球尺度地球化学填图分析方法的对比

实施国际地球化学填图项目最关键的是分析问题。欧洲和中国在全球尺度地球化学填图做法上存在较大的差异。中国使用统一的采样介质,即泛滥平原沉积物,并使用几种大型设备作为骨干配合使用多方法分析系统,分析76种元素,这是人类历史上首次制作了元素周期表上除惰性气体元素和人工元素以外的几乎所有元素地球化学图。欧洲恰恰相反,欧洲在采样介质上趋向于多介质,而分析技术上只使用少数几种大型设备;分析方法的单一,使得很多关键元素没有分析出来,如贵金属元素Ag,Au,Ir,Os,Pd,Pt,Rh,Ru;卤族元素F,Cl,Br,I;分散元素Ge,In,Se,Te;与生命密切相关的元素K,N,S,B等。尽管欧洲强调以环境为目的,但很多与环境密切相关的元素都没有分析,所以欧洲的全球尺度地球化学填图的信息量大打折扣。这些不统一的做法,将会制约全球地球化学图的编制。

AB-DTPA通用提取剂法测定土壤地球化学样品元素有效性的可行性研究

在多目标地球化学调查基础上进行的生态地球化学评价工作已陆续在各省展开,这项工作需要首先解决的问题是大批量土壤样品、多元素指标有效态的分析测试。常规的元素有效态分析方法针对性强,但操作繁琐,并且目前仅有个别重金属元素有国家标准的有效态分析方法,因此需要选择一种可以对不同类型土壤、不同元素指标通用的有效态提取剂。在已有研究工作基础上,为了进一步探讨用AB-DTPA提取量替代常规分析方法测定结果的可行性,对不同酸碱性土壤进行了试验研究,结果证明以AB-DTPA提取的元素有效量结果重现性好,且与标准方法分析结果之间以及与农作物籽实含量之间都有很好的相关性(除As),初步说明用AB-DTPA作为不同类型土壤的多元素有效态通用提取剂,可以满足多目标地球化学调查和生态地球化学评价研究的需要。

深穿透地球化学方法在山东大尹格庄金矿区试验研究

山东大尹格庄金矿埋深距地表距离大于200 m,属典型的隐伏矿床。选择大尹格庄金矿开展金属活动态测量、地球气测量、地电化学测量、土壤全量测量的方法,以检验深穿透地球化学方法勘查隐伏矿的有效性。试验结果显示:在埋深达300 m的隐伏金矿体上方发现了较明显的地球气、水提取与地电化学Au异常,异常与已知金矿体位置吻合程度较高,而土壤全量测量只在蚀变带头部有所反映,显示了深穿透地球化学方法在隐伏矿勘查中的良好应用前景。

三江北段地球化学特征研究

根据“三江”地区北段1∶20万区域地球化学勘查资料,结合区域地质背景,对该区元古宇至新生界地层和不同岩体的地球化学特征进行了较为全面的分析。本区主要成矿元素为As、Au、Cd、Hg、Ni、Sb、Ag、Cr、Pb、Sn、W、Zn、Cu;岩体中的Ag、Pb、Sn、Cd、Zn主要与中基性火山活动有关,而Cu、Mo、Bi、Au的成矿作用主要与中酸性岩浆活动关系密切;在新生代地层中Cu含量比岩体中的高,Au含量在中生代岩体中远远大于其他时代的岩体,因而这些地层和岩体最有可能成为矿质来源。

中国东部大陆岩石地球化学图揭示的信息

根据中国东部各省(区、市)区域地质志、1∶50万地质图和中国东部地壳与岩石元素丰度研究成果首次编制的中国东部60种元素的岩石地球化学图,基本反映了与特定岩性有关的区域岩石地球化学元素含量分布特征和与大地构造单元有关的区域地球化学元素含量分布特征,直观表达了中国东部空间地理上元素背景含量的宏观分布与变化,以及不同大地构造单元元素背景含量的变化趋势。这一成果为勘查地球化学、环境地球化学,特别是区域化探扫面水系沉积物资料的定量解释提供了基本依据,为基础地质、大地构造、区域成矿研究提供了重要资料,也为地球化学块体理论及其形成机制的研究提供了强有力的支持。

地球化学异常再现性与可对比性

不同密度采样是否可以获得稳定的和可追索的地球化学模式是检验采样是否具有代表性,分析技术是否成熟的重要依据。笔者选择新疆哈密大南湖地区约6400km2面积,进行了从超低密度(1个样/100km2),甚低密度(1个样/25km2)直到低密度(1个样/4km2)地球化学采样,对比了3种密度地球化学采样所获得的地球化学数据和异常分布模式。得出如下结论:超低密度、甚低密度、低密度地球化学调查获得的元素含量平均值和背景值非常接近;超低密度、甚低密度、低密度调查所圈定的地球化学省在形态上和变化趋势上非常相似,浓集中心的位置重合,表明不同调查阶段可获得稳定的和可追索的地球化学模式;采样密度越大数据离散程度越高,即最小值更小,最大值更大,表明元素分布的局部不均匀性,正是这种局部的不均匀性才能通过加密采样刻画出地球化学模式的细节变化,为逐步追踪矿化体奠定了基础;超低密度和甚低密度采样可以有效圈定矿集区所形成的大规模地球化学异常,低密度地球化学调查不仅可以圈定矿集区异常,同时可以圈定分散矿化的小规模局部异常。

华南陆块钨和锡的地球化学时空分布

以1∶20万区域化探全国扫面计划水系沉积物和中国东部地壳与岩石元素丰度研究W、Sn分析数据为基础,探讨了华南陆块W、Sn的时空分布特征。从空间分布上看,华南陆块W、Sn的高含量主要分布在华南陆块东南部,即岳阳—怀化—桂林—梧州—茂名以东、长江以南广大地区的华夏地块华南造山带和东南沿海火山岩带与扬子地块下扬子台褶带和江南地轴;而南岭地区则是华南造山带W、Sn高含量的集中分布区,与华南中生代大花岗岩省成矿域产出的中国乃至世界重要的W、Sn矿产地相一致。从岩性上看,华南陆块东南部基底碱(正)长花岗岩、板岩、千枚岩、片岩以W、Sn背景含量高为特点。从时间分布上看,华南陆块东南部自中元古代以来形成的基底和盖层中砂岩和泥岩富含W、Sn,在地壳演化后期以富含W、Sn的碱(正)长花岗岩为主体的印支—燕山期大面积花岗质岩浆火山-侵入活动达到高峰,造成华南陆块东南部W、Sn高背景含量的分布,形成巨大的W、Sn地球化学域。加之,华南陆块东部W、Sn成矿作用强烈,与W、Sn有关的中大型矿床密集分布,从而导致大量W、Sn区域地球化学异常和局部地球化学异常的形成。

地球化学块体与大型矿集区的关系——以东天山为例

通过在东天山15万km2的战略性深穿透地球化学调查共圈出大于1000km2以上的地球化学块体18处,其中铜-铅-锌-银地球化学块体5处,铜地球化学块体3处,铜-镍地球化学块体1处,金的地球化学块体4处,铀的地球化学块体3处,铂-钯地球化学块体1处,钨地球化学块体1处。有6处地球化学块体与已知矿集区相对应,新圈定的地球化学块体12处,其中有3处发现了新的矿床。根据这些块体与矿集区的对比得出如下结论:所有的已知矿集区都位于地球化学块体的范围之内,地球化学块体为矿集区的形成提供了丰富的物质基础;有矿集区的存在一定有地球化学块体的存在,但反过来有地球化学块体的存在不一定有矿集区的存在,地球化学块体是客观存在的,而矿集区是已经发现了一系列矿床并勘探到一定程度才能称作矿集区,因此,地球化学块体内可能会存在潜在的矿集区,这为利用地球化学块体预测新的矿集区提供了依据。

国际地球化学填图新进展

欧洲和中国在国际地球化学填图中起着积极而重要的作用,而且进展也是最显著的。欧洲地球化学基准值填图计划于1996年被欧洲26个国家地质调查局长论坛(FOREGS)正式批准。经过近10年的工作,于2005年出版了电子版欧洲地球化学图集。中国不仅自己开展了多层次地球化学填图计划,而且还与发展中国家合作开展了全球尺度和成矿带尺度地球化学填图合作。欧洲和中国无论是在全球尺度,还是在区域尺度地球化学填图做法上都存在较大的差异。在采样介质上中国使用统一的采样介质,在分析技术上中国使用几种大型设备作为骨干配合使用多方法分析系统;欧洲恰恰相反,欧洲在采样介质上趋向于多介质,而分析技术上只使用少数几种大型设备。欧洲的做法尽管使用多介质采样获得了元素在更多天然介质中的分布信息,但使用单一分析技术,使得很多关键元素没有分析出来,如贵金属元素Ag,Au,Ir,Os,Pd,Pt,Rh,Ru;卤族元素F,Cl,Br,I;分散元素Ge,In,Se,Te;与生命密切相关的元素N,S,B等。尽管欧洲强调以环境为目的,但很多与环境密切相关的元素都没有分析,所以欧洲的全球尺度地球化学填图的信息量大打折扣。这些不统一的做法,特别是在全球尺度地球化学填图不统一的做法,会影响到以后全球地球化学图的编制。

干旱荒漠覆盖区隐伏金矿上方覆盖层三维地球化学分布模式

深穿透地球化学已被证明是干旱荒漠区寻找隐伏矿的有效方法,但其对元素在覆盖层中的分布模式的探知还较少。为此,在新疆金窝子金矿运用了空气动力反循环钻探技术,以揭示元素三维分布模式,并了解元素迁移轨迹和迁移机理。形成的元素三维分布图表明:(1)元素异常在矿体上方不同深度覆盖层中具有继承性;(2)在覆盖层垂向剖面上,Au趋向于在顶层和底层富集,中间层含量较低;(3)底部异常主要分布在覆盖层和基岩接触部位的低洼位置;(4)底部异常横向延伸,范围较窄,仅数十米宽,而地表异常分布范围广,可扩展至数千米。

金的地球化学异常与金矿床规模之间关系的统计学特征--以河北省为例

以水系沉积物地球化学调查成果为基础,从统计学角度探讨了河北省金地球化学异常与金矿规模的对应关系。以2.6 ng/g为异常下限,在全省范围内圈定金区域异常28处,局部异常35处。研究发现区域异常与金矿的关系非常密切,100%的大型金矿、81.8%的中型金矿及70.9%的小型金矿都位于区域异常内。局部异常仅与小型金矿的关系密切,小型金矿在局部异常中的产出概率是20%。通过23个金异常面积与金矿储量的相关分析表明,二者相关性非常好,相关系数达0.919,金异常面金属量与金矿储量的相关性也很显著,相关系数达0.924。回归分析表明,金异常面积及异常面金属量与金矿床储量之间符合一元线性相关特征,并分别建立了回归方程。该成果对矿产预测及资源潜力评价具有一定的指导意义。

全球地球化学数据管理系统:“化学地球”软件研制

"数字地球"已经提出多年,是20世纪末期问世的定量化研究地球的一个新的战略方向。通过借鉴Google Earth,地质学界提出了建设One Geology和OGS-Earth多层次多学科应用平台的概念。进一步提出构建基于化学元素在地壳的分布可视化,建立"化学地球"或者叫做"元素地球"(命名为Chemical Earth),能直观地揭示地壳中元素的分布,反映出不同大地构造单元元素时空分布、演化历史和矿床的物质背景。本项研究主要完成两个方面的内容:(1)研发一个基于ArcGIS Server二维和三维统一的"化学地球"软件平台,类似于谷歌地球(Google Earth)的数字地球软件平台,实现对地球化学数据和图形适时进行二维(平面)和三维(球面)联动;(2)建立地球化学数据库和提供图形化工具,实现对数据库进行多种方式的查询统计,如对不同尺度地球化学图的显示、图形与数据交互查询和采样信息查询等。

长江中下游地区不同尺度铜地球化学异常的意义与大型矿床预测

以长江中下游1∶20万铜区域地球化学数据为基础,研究了铜元素地球化学异常特征,认为不同尺度的地球化学异常图具有不同的研究意义:(1)1∶20万地球化学异常可以圈定矿床异常,用于大型矿床预测。研究区内13个大型矿床中有12个落在具有三层套合结构的地球化学异常中,已知矿床储量与异常面金属量、异常面积之间的相关系数分别为0.94、0.95,显示区域地球化学异常规模与储量之间的较好相关性。(2)1∶50万地球化学异常可以圈定矿区异常,用于在成矿带中预测有利成矿区。(3)1∶100万地球化学异常可以圈定大型矿集区或成矿带,用于矿集区预测。如果把研究区内面积大于1 000km2且含有3个以上已知矿床的异常作为矿集区的话,则长江中下游存在3个大型矿集区:马鞍山—南京矿集区、九江—瑞昌—大冶矿集区和德兴—黄山—安庆—铜陵矿集区(实际上包含德兴和铜陵2个矿集区)。大型矿床多产于多层套合的地球化学异常中,大型矿集区所形成的异常具有至少3层套合结构,浓集中心与大型矿床存在对应关系,这些规律的发现为在不同成矿域预测新的大型矿集区提供了重要地球化学标志。