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        地球化學(xué)填圖與地球化學(xué)勘查

        2016-08-10 00:18:46郭亮唐大朋
        大科技 2016年2期
        關(guān)鍵詞:粒級勘查金屬

        郭亮 唐大朋

        (重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局607地質(zhì)隊(duì) 重慶巴南 400056)

        地球化學(xué)填圖與地球化學(xué)勘查

        郭亮 唐大朋

        (重慶市地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局607地質(zhì)隊(duì) 重慶巴南 400056)

        地球化學(xué)填圖以及地球化學(xué)勘查技術(shù)是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要手段,在多個(gè)方面有著廣泛的應(yīng)用,如探明礦產(chǎn)資源、油氣資源的分布以及農(nóng)業(yè)牧業(yè)、地方病、基礎(chǔ)地質(zhì)等。本文首先對基本概念予以闡述,其次分析當(dāng)前地球化學(xué)填圖以及地球化學(xué)勘查的應(yīng)用,供相關(guān)人士參考。

        地球化學(xué)填圖;地球化學(xué)勘查;應(yīng)用

        1 引言

        地球化學(xué)勘查是一種科學(xué)的找礦技術(shù)方法,在找礦實(shí)踐中取得了許多重大成果。正因?yàn)槿绱耍诒姸嗾业V方法中占據(jù)著舉足輕重的地位,越來越受到人們的重視,并得到迅速的發(fā)展。地球化學(xué)填圖也是地質(zhì)工作者有效的工作手段,為地質(zhì)找礦等提供了大量的信息。本文對地球化學(xué)填圖和地球化學(xué)勘查進(jìn)行深入分析。

        2 概述

        2.1 地球化學(xué)填圖

        所謂地球化學(xué)填圖,就是指在統(tǒng)一的規(guī)范條件下,收集某種天然物質(zhì),并參照元素周期表上多種元素的含量,運(yùn)用一定的標(biāo)準(zhǔn)化的方法來制作元素的空間變化的各種比例尺地球化學(xué)圖。通過地球化學(xué)填圖,能夠?yàn)榛A(chǔ)地質(zhì)、礦產(chǎn)的勘查、環(huán)境資源、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人類健康等提供基礎(chǔ)性的資料。尤其是礦產(chǎn)資源主要是由不同的化學(xué)元素共同組成的,周邊的環(huán)境也受制于化學(xué)元素以及其他化合物的分布以及變化的影響。

        2.2 地球化學(xué)勘查

        地球化學(xué)勘查是地球化學(xué)研究的主要組成部分,其指的是系統(tǒng)的測量天然介質(zhì)中化學(xué)元素以及化合物的含量及其組成的一種礦產(chǎn)勘查科學(xué)。地球化學(xué)勘查也可以簡稱之為化探,原本是屬于一種找礦技術(shù)。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展和進(jìn)步,地球化學(xué)勘查已經(jīng)發(fā)展為一門系統(tǒng)的理論科學(xué),不僅用以指導(dǎo)礦產(chǎn)資源的分布以及油氣的儲藏,還可以用于指導(dǎo)基礎(chǔ)地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)、污染調(diào)查、地方病以及農(nóng)畜牧業(yè)的探查。地球化學(xué)勘查的研究對象為大批量的樣品分析測試,甚至上萬件樣品測試等,這是該技術(shù)區(qū)別于理論地球化學(xué)研究的最大不同點(diǎn)。因此地球化學(xué)勘查的產(chǎn)生和發(fā)展離不開分析技術(shù)的出現(xiàn)和發(fā)展。

        3 地球化學(xué)填圖發(fā)展應(yīng)用現(xiàn)狀

        3.1 化學(xué)填圖技術(shù)的轉(zhuǎn)變

        近幾年的化學(xué)填圖技術(shù)主要是在勾繪一個(gè)化學(xué)元素地表空間分布圖。各種各樣的地球化學(xué)圖是地球化學(xué)理論領(lǐng)域最為基礎(chǔ)的圖件,對于解決資源與環(huán)境中的一些問題有著很重要的作用。因此可以看出,勘查地球化學(xué)家的貢獻(xiàn)早已超出了他本身的學(xué)科范疇,將其稱之為應(yīng)用地球化學(xué)更確切,也更符合其發(fā)展潮流。到目前為止,應(yīng)用地球化學(xué)學(xué)科正在逐漸成熟,來自數(shù)學(xué)、物理、化學(xué)、生物、地學(xué)等多個(gè)領(lǐng)域的人物將越來越多的參與其中。

        3.2 應(yīng)用——以地球化學(xué)圖推斷構(gòu)造為例

        在相同的大地構(gòu)造單元或區(qū)域地質(zhì)條件下,成礦地球化學(xué)元素?zé)o論在成礦能量或在富集程度上都是不均衡的??臻g上就造成某些地段某些元素富集,某些元素相對含量較低,即地球化學(xué)元素在時(shí)空上的疊加性.其體現(xiàn)的是親和勢相同或相近的地球化學(xué)元素整體間的關(guān)聯(lián)性,每一種分帶呈現(xiàn)相近的元素地球化學(xué)分布特征的相似性。斷裂構(gòu)造對元素背景的變化控制主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:①沿?cái)嗔褞Т蠖鄶?shù)元素含量發(fā)生突變,形成地球化學(xué)梯度陡變帶;②沿?cái)嗔褞С3霈F(xiàn)具熱液特征的元素異常,且呈帶狀、線狀、串珠狀分布;③沿大多數(shù)斷裂帶,部分元素發(fā)生局部、帶狀貧化,形成帶狀、線狀、串珠狀分布的低含量區(qū)域。相關(guān)學(xué)者認(rèn)為反映大斷裂或區(qū)域性斷裂構(gòu)造的特征線,多數(shù)是地球化學(xué)異常組的界線,反映控制異常分布規(guī)律的特征線,多是地球化學(xué)富集區(qū)或異常軸線。依據(jù)上述特征,在利用地球化學(xué)圖推斷構(gòu)造時(shí)遵循以下準(zhǔn)則:①不同地球化學(xué)場的分界線;②地球化學(xué)等量線寬窄突變;③地球化學(xué)等量線發(fā)生同步扭曲;④地球化學(xué)等量線沿一定方向有規(guī)律地出現(xiàn)密集帶;⑤串珠狀排列的局部正、負(fù)地球化學(xué)場;⑥正、負(fù)異常軸、帶發(fā)生有規(guī)律的錯(cuò)斷。根據(jù)上述原理在研究區(qū)推斷出斷裂構(gòu)造19條。對某地區(qū)銅和砷不同地球化學(xué)場分布可以看出,這兩個(gè)元素的正、負(fù)地球化學(xué)場分界線明顯為地層與侵入巖巖性界線。再對同一地球化學(xué)場內(nèi)的微觀地球化學(xué)場分布進(jìn)行研究劃分,對本區(qū)進(jìn)行地質(zhì)體或地球化學(xué)分區(qū),如圖1所示。

        圖1 研究區(qū)成礦元素地球化學(xué)圖法推斷地質(zhì)單元及構(gòu)造圖

        4 地球化學(xué)勘查應(yīng)用分析

        4.1 應(yīng)用在特殊景觀區(qū)的方法技術(shù)

        4.1.1 沼澤森林區(qū)

        在森林沼澤區(qū),影響區(qū)域地球化學(xué)勘查的主要因素是廣泛存在的大量有機(jī)質(zhì)。有機(jī)質(zhì)對元素的吸附作用造成了元素在地表富集,而且不同地區(qū)、不同位置的有機(jī)質(zhì)分布極不均勻,導(dǎo)致水系沉積物中地球化學(xué)規(guī)律發(fā)生變形,從而誤導(dǎo)了地質(zhì)找礦工作。通過以腐殖質(zhì)和殘坡積土為主要來源的水系沉積物的研究,顯示水系沉積物中有機(jī)質(zhì)的干擾一般從-40目就開始發(fā)生,主要出現(xiàn)在-60目的各個(gè)粒級段。因此選擇-10~+60目粒級段的水系沉積物作為采樣介質(zhì)就可以基本消除有機(jī)質(zhì)的影響。新技術(shù)不僅能夠給景觀區(qū)的找礦工作提供可靠的地球化學(xué)資料,而且操作簡單。

        4.1.2 干旱、半干旱高寒山區(qū)

        在干旱、半干旱高寒山區(qū)中,風(fēng)積物分布十分普遍。由于山體的阻滯,該景觀區(qū)以風(fēng)成砂沉降為主,粒級偏細(xì),主要集中在-60目以下。影響區(qū)域地球化學(xué)勘查的主要因素是沉積物中混入了大量的風(fēng)積物(風(fēng)成砂和風(fēng)積黃土)。風(fēng)成砂和黃土中大部分元素含量很低,造成礦化信息嚴(yán)重稀釋,甚至完全消失,對地質(zhì)找礦工作造成嚴(yán)重誤導(dǎo)。通過截取水系沉積物和土壤的有效粒級,可以消除普遍存在的風(fēng)成砂和風(fēng)積黃土對水系沉積物和土壤測量的嚴(yán)重影響。實(shí)踐證明(以維寶大型鉛鋅礦床為例),這項(xiàng)新技術(shù)是一套符合景觀特點(diǎn)的行之有效的方法。

        4.1.3 高寒湖沼丘陵區(qū)

        在高寒湖沼丘陵區(qū),風(fēng)成砂分布十分普遍,部分地段已上侵至半山腰。本區(qū)的另一大特點(diǎn)是發(fā)育著大片沼澤和冰積平原,由于高寒缺氧,有機(jī)質(zhì)分解緩慢,造成明顯的堆積。所以影響區(qū)域地球化學(xué)勘查的主要因素有兩點(diǎn),即風(fēng)成砂和有機(jī)質(zhì)。在高寒湖沼丘陵景觀條件下,通過對風(fēng)成砂和有機(jī)質(zhì)粒級組成的研究,發(fā)現(xiàn)其對水系沉積物的擾動具有突變性,主要發(fā)生在40目以下粒級段。研究表明,采樣粒級在-10~+40目的樣品可有效消除風(fēng)成砂和有機(jī)質(zhì)對水系沉積物的影響。該技術(shù)操作簡單,適合大面積推廣。

        4.2 深穿透地球化學(xué)勘查技術(shù)

        4.2.1 電地球化學(xué)勘查技術(shù)

        人員對電地球化學(xué)勘查技術(shù)找礦機(jī)理尚未形成統(tǒng)一認(rèn)識,主要存在兩種觀點(diǎn):①認(rèn)為電極表面的提取物直接來源于深部隱伏礦體,人工電場是驅(qū)使深部礦體金屬離子上升的主要?jiǎng)恿?;②認(rèn)為人工電場并不能作用于地下幾百米深的隱伏礦體,使其發(fā)生電化學(xué)溶解并使各種成礦金屬離子運(yùn)移至地表,認(rèn)為其主要機(jī)理是地殼中的上升氣流作垂向運(yùn)移時(shí),將成礦元素、伴生元素?cái)y帶至地表,電極表面提取的只是隱伏礦體及其周圍形成的活動態(tài)的原始金屬離子暈運(yùn)移至地表所形成的地表金屬離子暈,如圖2所示。目前,第二種觀點(diǎn)已初步得到大多數(shù)人的認(rèn)同,因?yàn)殡娺w移理論的計(jì)算結(jié)果表明,隱伏礦體的成礦金屬離子不可能遷移至幾百米遠(yuǎn)的地表。電地球化學(xué)提取異常的機(jī)制是離子通過礦體的電化學(xué)溶解或其他作用形成,在電場作用、地氣搬運(yùn)、地下水運(yùn)動或其他作用下運(yùn)移至地表,并吸附在土壤中。伴隨著化學(xué)及電化學(xué)解離,離子轉(zhuǎn)換為金屬陽離子和金屬絡(luò)陰離子,然后利用人工電場將土壤中呈活動態(tài)的金屬離子提取并沉積在電極上。電地球化學(xué)勘查技術(shù)的野外工作方法是通過外加人工電場來促使成礦金屬離子運(yùn)移至已埋入地下的離子收集器中,由于收集離子的整個(gè)過程要不斷積累,所以該方法需要將離子收集裝置放置一段時(shí)間(一般為1~2d)。

        圖2 水文地質(zhì)和隱伏礦床的水分散暈類型

        4.2.2 地氣溶膠地球化學(xué)勘查技術(shù)

        氣溶膠(aerosol)是由固態(tài)或液態(tài)的小質(zhì)點(diǎn)分散并懸浮在氣體介質(zhì)中所形成的膠體分散體系,其中固體或液體小質(zhì)點(diǎn)的大小一般為0.001~100μm。在地質(zhì)工作中,通常將土壤中氣體攜帶固體粒子或團(tuán)塊形成的氣溶膠稱之為地氣溶膠。地氣溶膠地球化學(xué)勘查技術(shù)是地氣地球化學(xué)勘查技術(shù)的一種,它是基于氣體對金屬元素的搬運(yùn)原理測量地氣中金屬含量的一種深穿透地球化學(xué)方法。深部來源的地氣溶膠顆粒物主要被土壤中的細(xì)顆粒物吸附,含量很低,很容易被風(fēng)成砂、地表出露巖石和風(fēng)化物質(zhì)干擾。排出干擾的方法就是提取0.1~2.5μm的氣溶膠積聚態(tài)物質(zhì),因?yàn)槌傻V細(xì)顆粒物質(zhì)隨氣體遷移的條件就是顆??梢苑€(wěn)定懸浮在氣體中,而直徑處于0.1~2.5μm的質(zhì)粒能夠穩(wěn)定地懸浮在氣體中。地氣溶膠地球化學(xué)勘查技術(shù)的野外工作方法分為主動吸附法和被動吸附法兩種。在我國,被動吸附法的操作過程是將內(nèi)置有泡沫塑料的塑料杯倒置埋于地下50cm處,并蓋住塑料杯的漏水孔,經(jīng)過1~2個(gè)月將塑料杯取出,利用中子活化法、原子吸收法對其中吸附的金屬元素進(jìn)行分析測量。主動吸附法是迅速地在地下約50cm處抽取氣體并導(dǎo)入預(yù)先準(zhǔn)備的補(bǔ)集裝置中,并且該裝置內(nèi)部裝有泡沫塑料,最后將樣品送至實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測量。

        4.2.3 金屬元素活動態(tài)地球化學(xué)勘查技術(shù)

        金屬元素在地表的活動態(tài)形式主要有以下幾種:離子狀態(tài);各種可溶性化合物和絡(luò)合物形式;可溶性鹽類;膠體形式吸附在土壤顆粒表面;呈離子或超微細(xì)顆粒吸附在粘土礦物表面,或呈可交換的離子態(tài)存在于粘土礦物之中;不溶有機(jī)質(zhì)結(jié)合形式;呈離子或超微細(xì)顆粒吸附在礦物顆粒的氧化膜上。金屬元素活動態(tài)地球化學(xué)提取異常的機(jī)制是在隱伏金屬礦床及其圍巖中,與礦有關(guān)的超微細(xì)金屬、金屬離子或化合物會相應(yīng)增多,并會在某種地質(zhì)營力作用下,如地下水、電場、地氣流、蒸發(fā)作用、濃度梯度、毛細(xì)管作用下向地表遷移,到達(dá)地表后被上覆土壤或其他疏松物的地球化學(xué)障所捕獲,在原介質(zhì)含量的基礎(chǔ)上形成活動態(tài)疊加含量。選用適當(dāng)?shù)奶崛⑦@些元素的疊加含量提取出來,通過分析其濃度來發(fā)現(xiàn)異常,從而達(dá)到發(fā)現(xiàn)隱伏礦的目的。金屬元素活動態(tài)的提取方法分為兩個(gè)階段:①使用順序提取液將載體由弱到強(qiáng)依次溶解,并使金屬釋放出來;②對提取液的處理,將第一階段釋放出來的金屬溶解于溶液中。設(shè)計(jì)的金屬活動態(tài)形式主要包括水提取態(tài)金屬、吸附和可交換金屬、有機(jī)制結(jié)合金屬、氧化物膜吸附或包裹金屬。

        5 結(jié)束語

        綜上所述,我國現(xiàn)在正處于工業(yè)化快速發(fā)展的時(shí)代,礦產(chǎn)資源以及油氣資源對于我國的工業(yè)發(fā)展以及國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)將發(fā)揮著重要的作用。因此應(yīng)結(jié)合國際先進(jìn)的思想理念,不斷完善我國地球化學(xué)填圖以及地球化學(xué)勘查技術(shù)。

        [1]姚文生,王學(xué)求,謝學(xué)錦.國際地球化學(xué)填圖樣品分析方法和數(shù)據(jù)對比[J].地質(zhì)通報(bào),2011,30(07):1111~1118.

        [2]燕守勛,武曉波,周朝憲,等.遙感和光譜地質(zhì)進(jìn)展及其對礦產(chǎn)勘查的實(shí)踐應(yīng)用[J].地球科學(xué)進(jìn)展,2011,26(1):13~29.

        [3]袁靜,于向前,祁萃萃.數(shù)字地質(zhì)填圖數(shù)據(jù)處理技術(shù)的分析和比較[J].科技傳播,2012(04):37.

        P285.1

        A

        1004-7344(2016)02-0151-02

        2015-12-18

        郭亮(1981-),男,高級,大學(xué)本科,主要從事地質(zhì)勘查方面的工作。

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