地球化学 土壤地球化学测量

应用地球化学7.3土壤地球化学测量各位专家，领导，你们好！我谨代南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室土壤地球化学找矿是通过分析土壤中元素的分布，元素的分散与集中的规律，研究其与基岩中矿体的联系，通过发现土壤中的异常与解释评价异常来进行找矿的。这里所指土壤，主要是残破积的地表疏松覆盖物，同时也包括塌积的、冰积的、湖成的、风成的以及有机成因的地表疏松覆盖物。第一节风化与土壤形成一、风化作用风化作用是成土的动力因素可分为三种类型：物理风化、化学风化及生物风化1、物理风化特点：气温的变化引起岩石的热胀与冷缩，水在岩石中冻结而膨胀引起；不改变成分。2、化学风化特点：实质上是在水的作用下矿物岩石的分解，水及水中溶解的氧和二氧化碳气体有重要作用，包括水化、水解，氧化、溶解，酸的作用，胶体的形成，交换反应等；化学成分发生改变。3、生物风化生物风化不仅是植物根系的生长可扩大岩石的裂隙，加速物理风化，更重要的是植物分泌的有机酸，大大地增强岩石的化学分解；植物的呼吸，影响化学风化起重要作用的氧、二氧化碳的循环；细菌与真菌在许多有机氧化反应中使植物残骸逐渐解体，最后形成二氧化碳和水；土壤细菌的活动可产生有机酸类及其它化合物参与化学风化作用。二、土壤及其形成土壤是在岩石风化的基础上通过成壤作用逐渐形成的。土壤由矿物质、有机质及土壤溶液和土壤空气等部份所组成，其中，矿物质和有机质是土壤的主体和物质基础。土壤矿物质，包括原生矿物(如石英、云母等)和次生矿物(如高岭石、蒙脱石等)两大类，不同气候带不同类型的土壤中，土壤的矿物成份不完全相同。土壤的有机质，包括非腐植质(如蛋白质，碳水化合物，脂肪等)和腐植质两类有机物质。腐植质是微生物活动的产物，一般不易为微生物所分解，是土壤有机质的主体。土壤根据其成熟程度通常可分为三层：淋滤层（A）、淀积层(B)、母质层(C)需要说明的，微量元素不仅在不同层位的土壤中分布不均匀，而且在同一层位不同调度的土壤中的含量也不一致。其原因是元素在风化、成壤过程中的行为状态不同。很显然，耐风化矿物中的元素与在粘土或铁、锰氧化物上成吸附离子的易溶金属元素相比，后者肯定富集于更细粒的土壤中。这些情况，对矿化地区或无矿化的地区都是存在的，而且对土壤地球化学找矿说来有重要意义。第二节矿床次生晕的形成一、成矿元素的次生分散地下深部形成的矿体、矿化及原生晕，和围岩一样在表生带经受各种风化作用。其中的元素随着矿物的破碎或溶解，都会向外迁移产生次生分散，而形成次生晕。成矿有关元素的次生分散可分为机械分散和水成分散。要了解次生晕的形成，就要了解机械分散与水成分散。(一)机械分散在表生作用下，矿石中成矿元素呈固相(原生矿物，难溶的次生矿物)迁移而形成的分散称为机械分散。矿石和岩石一样，在表生带由于温度的变化(热胀冷缩、水的冻结和融化，盐类的结晶和溶解)，植物根系作用等等，使矿体破碎，由大块变为小块，由矿石碎块分解为单一矿物的碎块。风化剥蚀与矿床分散晕形成关系示意图1-矿体；2-围岩；3-矿石质点冰的搬运与次生晕的形成示意图地表水冲刷与次生晕的形成示意图风的搬运与次生晕的形成示意图坡积作用与次生晕的形成示意图(二)水成分散在表生作用下矿石中成矿元素呈液相(溶液)迁移而形成的分散称为水成分散。成矿物质水成分散的过程，包括矿石的氧化、溶解，迁移及析出。这种作用和过程对硫化矿石来说最为典型。硫化物氧化变为硫酸盐。由于各种金属硫酸盐基本上在水中都有较大的溶解度，其结果是成固态的金属硫化物变化成为液相硫酸盐溶液。水的循环示意图二、控制成矿元素次生分散的因素矿石物质由于表生带风化作用而产生的次生分散(机械分散和水成分散)，受多种因素所控制，如元素本身的性质、物理化学环境、气候及地形条件、生物的作用等。(一)矿物性质矿石中元素的次生分散是矿石矿物风化的结果，所以矿物耐风化能力必然要影响元素的次生分散。一般说来，内生条件下形成的矿石矿物，其结晶条件越接近表生条件，其耐风化能力越强。硫化物最不稳定，最容易氧化、溶解。各类矿物根据次生分解由难到易的程度可排列如下：氧化物>硅酸盐>碳酸盐和硫化物。在硫化物中，不同的矿物氧化速度也不一样。常见的硫化物其氧化速度按以下顺序递减；磁黄铁矿——镍黄铁矿——闪锌矿——毒砂——黄铜矿——黄铁矿——辉银矿——方铅矿——硫砷铜矿——辉钼矿(二)物理化学环境物理化学环境对元素次生分散的影响，主要反映在氢离子浓度、氧化还原电位等对元素在水溶液中溶解度和迁移能力的控制。大多数金属元素只在酸性溶液中呈阳离子溶解、迁移，并随着溶液pH值增高，则趋于呈氢氧化物或碱式盐而沉淀。在表生环境中，广泛发育的各种胶体，对元素的次生分散有很大影响。Si、A1、Fe、Mn、As、Zr、V等化合物在水中溶解度很小，形成胶体溶液(溶胶)而迁移。在这些胶体物质沉淀时，也使其上吸附的元素随之固定下来。在氧化带中Si、A1、Fe、Mn等含水氢氧化物、氧化物以及各种粘土矿物是胶体作用的典型产物。腐植质是一种负胶体，它可从介质中吸附Ca、Mg、A1、Cu、Ni、Co、Zn、Ag、Be等，此外还可能吸附Mo、V、U、Pb等元素。粘土矿物(高岭土、蒙脱石等)也是一种负胶体，它是一些金属元素(如Cu、Ni、Co、Ba、Zn、Pb、Au、Ag、Hg、V等)阳离子的一种很好的吸附剂。（三）生物的作用生物对成矿物质的次生分散也有深刻影响。特别是植物生长的影响更为显著。微生物的作用和动物的活动也一定程度地影响这种分散。植物的生长影响元素的分散一方面是根系放出大量CO2，使根尖表面及围绕其四周的溶液酸度较高，使矿物分解。更主要的是植物生长的本身就伴随元素的迁移。由于植物生长的需要，通过根系由土壤中吸收大量被分解了的物质；由于植物营养的需要，所吸收的物质在体内运动，分布于各部分组织中。当树叶、树枝落地腐烂时，所生成的大部分可溶性产物被移入地下水、地表水中，其中一部分可重新被植物吸收，或在B层土壤中与Fe、Mn、A1共沉淀。这样，植物就像一个“水泵”，不断从地下深处吸取元素，又不断地使这些吸取上来的元素回到地面进入土壤。现已查明，植物为了营养的需要，不仅吸收N、K、P、S、Ca及Mg，而且也吸收一些微量元素，其中包括Cu、Co、Ni、Pb、Zn、As、Sn、Be、Mo、Fe、Ag、Au、Mn等，因而使这些元素在生物地球化学循环中产生分散。根据观察研究，许多植物能从地下深埋30到50尺将金属元素转移至地表形成异常，甚至矿体在地下65尺一150尺深度，地表仍有类似的反应。因而目前在于旱荒漠地带正试验用以寻找地下深处的矿体。(四)气候条件和地形条件气候决定着水分、植被及土壤类型，因而控制着元素的迁移和分散。在干旱地区，水及植被少，机械分散起着主导作用。地下水面也较深，能形成可溶性阴离子络合物的金属元素，只可能被深根系植物带上来。在半干旱的情况下，由于土壤及水的pH值较高，含石灰质的钙质土多，对可溶性元素的水成分散不利。在潮湿的热带及温带，水成分散条件十分有利。在寒冷地区，生物活动减弱，化学反应变慢，机械分散作用增加，甚至在永冻区几乎仅有机械分散。根据成晕矿石质点主要分散方式的不同可将次生晕分为机械分散晕、盐分散晕。根据分散营力的不同可将次生晕分为水成晕、风成晕、冰成晕、生物晕。根据成晕与成壤时间可将次生晕分成同生晕和后生晕。根据出露情况可将次生晕分成出露及埋藏晕。第三节土壤地球化学测量的应用土壤地球化学找矿所能寻找的矿产种类也较多，对一般有色金属(Cu、Pb、Zn、As、Sb、Hg、W、Sn、Mo、Ni、Co等)、贵金属(Au、Ag)、黑色金属(Cr、Mn、V)及某些非金属(P)等矿种均可采用。土壤地球化学找矿工作比例尺为1：200，000——1：5，000，一般与地质测量工作比例尺相同，但有时较地质测量比例尺略大，即地质测量比例尺为1：50，000时，土壤地球化学测量比例尺为1：25，000。在普查评价阶段，土壤地球化学测量一般和地质测量工作同时进行，其比例尺也往往相同，一般均为1：10，000——1：5，000，在矿体小时可为1：2，000。土壤地球化学找矿在区域普查找矿、矿区及其外围找矿，都有重要作用。土壤地球化学测量主要用以找被覆盖的矿体，有时也可用以间接指导找盲矿。一、寻找被覆盖的矿体、预测矿石类型、矿化规模(一)确定评价指标、区分含矿异常与无矿异常。在土壤地球化学找矿中，为了区分上述不同性质的异常，常从各方面进行研究统计，确定评价标志，建立评价指标。1．研究矿石的表生变化，确定含矿异常的评价标志矿体次生晕是矿体(及其原生晕)表生风化的产物，其形成与矿石变化有关。因而研究矿石的表生变化，有利于建立含矿异常在组分方面的标志，以区分含矿异常与无矿异常，如广东某钴矿床属黄铁矿化含钴石英脉型矿床，据研究原生矿石中As与Co含量呈正相关。同时矿石中Cu、Bi、Pb含量高。由于风化作用，矿石氧化溶解，钴被带出，矿体上方土壤中含量低，而砷成为稳定的残物(FeAsO4·2H20)被保留下来。因而选择As、Cu、Bi、Pb为指示元素来找钴矿。2．研究矿体及矿化、蚀变岩石的组分特征，确定含矿异常(次生晕)的评价指标。矿化、蚀变类型不同，形成的异常组分也不同，即使同一矿床成矿阶段不同，所形成的异常也具有不同的组分特征，可据此确定原生异常评价指标。同样也可作为土壤次生晕异常的评价指标。3．统计对比异常内指示元素的线金属量，确定评价指标。单位长度的线金属量是指沿剖面线异常内单位长度地段土壤中元素的平均含量，即：M=(c1x1+c2x2+……..+cnxn)/(x1+x2+…….xn)c1……cn——剖面线上异常内各样品某元素的含量；x1……xn——剖面线上异常内各样品所代表的地段(即采样间距)；M——剖面线上异常范围内某元素的线金属量(二)研究晕的分带性，预测矿床与矿石类型晕的分带性不仅是含矿异常的标志，而且可以用以预测矿床，矿石类型。预测矿床、矿石类型方面，可通过研究矿石的物质成分，确定有关评价指标来进行。这一点对土壤地球化学找矿来说，条件允许时也可以应用。但是也可通过研究次生晕的分带性，来进行矿床、矿石类型的预测。如广东省某地区，土壤地球化学找矿工作中发现了含量高、规模大的W、Sn、Bi、Pb、Zn、Cu、Sb、As等元素的次生异常，并显示出明显的水平分带。花岗岩灰岩砂岩WSnPbZnAs(三)研究晕中元素的异常含量，预测矿化规模异常含量中任何一点的指示元素的含量(Cx)由两部分组成：因岩石风化质点形成的正常含量部分(C0)和因矿石风化质点而叠加的异常含量部分(ΔC)，即Cx=C0+ΔC计算公式为：Ml(s)=q·c·h=(cx-co)Δx（s）Ml(s)—测线(面)上叠加的某成晕元素含量总和；c—测线(面)处矿石中某元素的含量；h—测线上矿体的厚度；Δx(s)—测线(面)上各采样点间距（积）；q—为比例系数。风化过程中元素在表生带富集时大于1，贫化时小于1。二、研究地质体的含矿性，评价区域找矿远景岩石地球化学找矿在区域凋查中，可用于研究区域地层、侵入体、断裂构造等地质体的含矿性，评价区域找矿远景。这些方面的工作在土壤地球化学测量中，也可相应地进行。(一)研究地层的含矿性不同层位的地层，在表生作用下所形成的次生异常，可能具有不同的特点，并能指示赋存的沉积矿产.(二)研究断裂的含矿性断裂及附近围岩的地球化学特征，在土壤中必然会有所反映，根据断层上的土壤，也可研究断层的含矿性。鄂西某地地质平面图1-Cu异常；2-Zn异常；3-Ag异常；4-Pb异常在研究断裂的含矿性方面，土壤地球化学测量不仅可以查明区域构造对成矿的控制，而且可查明矿区构造对成矿的控制。右图为江西某钼矿次生晕平面图。钼的次生晕分布于北西西向与南北向断裂复合处，反映了构造对矿化岩体的控制。次生晕的边缘呈手指状沿北西西向断裂延伸，反映了构造对矿体的控制。(三)研究岩体的含矿性土壤地球化学测量中，根据地球化学异常不仅能够反映矿化岩体的存在，而且还可以研究岩体的含矿性。小龙潭地区地球化学异常图1-岩体露头界线；2-踏勘剖面；3-已施工钻孔；4-Cu量等值线；5-Mo量等值线；6-Pb量等值线。三、研究铁帽组分，评价找矿意义铁帽含矿性评价中，根本问题是根据铁帽组份特征预测原生矿石的组分、含量和矿石类型。目前地球化学找矿工作中用的评价铁帽的方法有：（一）根据铁帽和原生矿石中各金属元素含量及残留比例的研究，预测原生矿石中元素含量和矿石的类型。(二)根据各种类型矿石铁帽金属元素组分特征的研究，确定评价指标，来预测铁帽的矿石类型。(三)利用多元统计分析的方法，一般认为多元统计分析的方法，能考虑多种影响因素，能提供更多的信息，能更好地划分铁帽类型，评价其含矿性。四、研究地质问题，间接指导找矿(一)圈定岩体、岩相带不同类型的岩浆岩，富集不同的元素。因而在不同类型岩体上的土壤中，也富含不同的元素，在土壤地球化学测量中，可用以指导圈定岩体，填绘地质图。在基性、超基性岩中，Cr、Ni、Co富集，因而可利用土壤中Cr、Ni、Co含量增高的现象，圈定基性、特别是超基性岩体或岩相带。又如在酸性岩中有钼的富集，利用土壤中Mo的含量增高，可以圈定酸性岩体。(二)追索断裂构造由于断裂及其两侧围岩的地球化学特征，一定程度上可通过土壤反映出来，因而研究土壤地球化学的特征，条件有利时可根据异常的线形延伸或突然中断，结合地质情况可追索断裂构造。第四节土壤测量的野外工作方法一、测网布设原则1、根据工作性质确定线点距；2、根据矿种类型确定线点距；3、根据重点区、控制区、背景区确定线点距；4、根据矿体产状确定线点距。二、采样1、富集层位试验与意义广西百色盆地土壤层中吸附烃组分含量变化剖面图百色盆地不同景观区取样层位试验广西大厂锡矿100号矿体上方取样层位试验山东林樊家油田化探取样深度、介质试验剖面图2、富集粒度试验与意义广东三江—乐平测区不同土壤粒级中各指标含量特征表广西大厂锡矿烃类富集粒度试验（μl/kg）3、样品取样量——根据分析目的决定4、取样记录的主要内容：最好是使用采样记录卡——内容包括工区、日期、天气、点线号、坐标、布袋号、采样位置与标志、样品性质、采样深度、潜在污染、取样点景观、植被、样源、土壤性质、土壤湿度、样品颜色、采样人、记录人等。5、样品晾晒、加工、包装与运输（1）晾晒方法——以阴干最佳有些样品绝对不能用火烤（2）加工方法——木棒敲打（3）包装——牛皮纸、玻璃纸袋（4）运输——纸箱、木箱，无污染。复习思考题（1）次生晕的定义？（2）矿床次生晕的特点？（3）控制成矿元素次生分散的因素？（4）土壤测量的野外工作方法？各位专家，领导，你们好！我谨代表南京大学内生金属矿床成矿机制研究国家重点实验室