时间：2022-06-24 18:58:27
多尺度计算机模拟
多尺度计算机模拟是研究地震孕育过程的有效手段。地震孕育和发生过程中矿物脱水和熔融反应过程是一个复杂的物理、化学过程，并伴随复杂的物理结构相变和化学相变，因而必须在原子水平用量子力学方法进行研究。密度泛函理论的主流程序包，如基于平面波赝势法的ViennaAbInitioSimu－lationPackage（VASP）和Car－ParrinelloMolecularDynamics（CPMD），以其在相变和流体体系计算方面的优势，近几年在水、液态硝基甲烷、液态甲醇的物理化学性质研究方面取得了很好的成果。第一性原理方法广泛应用于相对较大和较复杂地球矿物结构体系，极大促进了深部地球科学研究，如利用第一性原理研究橄榄石的晶体结构高温高压特性和含水结构，同时还通过对弹性性质模拟定量研究了410km地震不连续带特征。Liu等利用第一性原理CASTEP程序和准简谐Debye模型计算镁橄榄石的高温高压晶体结构特征、高压弹性、波速、电性和相变等性质，研究发现水的存在会使镁橄榄石的弹性及波速都降低，3．2％的水在0～14GPa的范围，使Vp和Vs速度分别降低了3．1％～7．1％和3．6％～9．7％；而1．6％的水使Vp和Vs速度分别降低了2．4％～4．1％和3．3％～6．6％。橄榄石是上地幔最主要的矿物组分，水使镁橄榄石波速降低可能是上地幔低速层的成因。利用热力学、分子动力学和量子化学计算方法研究天然矿物和地质流体，能够从微观角度了解地震成因机制和低速层的形成演化。
火山区流体地球化学与地震关系
1火山区温泉和深井地球化学
火山区温泉主要是火山余热型温泉。Nishio等测定得到了日本Ontake火山附近温泉和深井水样品中7Li／6Li和87Sr／86Sr比值，很好的解释了水的两种来源：地表大气降水和非地表来源的水。基于Cl／Li和Cl／Sr比值，可以挑选出受大气降水污染较少的含Li和Sr同位素水样。通过日本On－take火山水样的Li和Sr同位素研究表明研究区地震群与流体的联系主要在下地壳。火山区气体的释放与地下地质构造、物质成分等火山地质条件密切相关，因此，火山区温泉地下逸出气体是反应地下信息最好的载体，能反应地球深部信息，并与火山地区地震活动强度有直接联系。火山区岩浆来源气体的最主要成分都是CO2，通常占80％以上，最高含量甚至达99％以上；其它气体组分有N2、Ar、O2、CH4、He、H2、H2S、SO2、CO、Rn气等。常规气体组分CO2、N2、O2和Ar。岩浆来源He、H2、CH4和CO2的含量，3He／4He、4He／20Ne比值、CH4和CO2的13C值、δ34S－H2S和δ15N－N2均为指示火山区深部岩浆活动的敏感参数，可作为现阶段判断区内火山喷发活动和地震活动危险的重要指标。
中国休眠火山区岩浆来源气体的主要成分是CO2，占80％～99％；此外，还有CH4、He、H2、N2、Ar、O2、H2S、SO2、CO等气体，其中CH4和He是除CO2以外最值得重视的直接来自地幔岩浆体的气体组分。He同位素组成（3He／4He）是休眠火山区最可靠的幔源物质的指示性参数。岩浆来源的CO2和CH4也具有区别于浅源气体的稳定同位素组成（δ13C值）。长白山火山区近期CO2和CH4的碳同位素分馏监测结果显示，2002年汪清7．2级深震虽然可能引发了深部岩浆的局部扰动，但可能没有产生大量持续不断的上地幔岩浆物质流的上升迁移。长白山长白聚龙泉群逸出的He中3He／4He比值2003年上升缓慢，但在2004年逸出的He中幔源He含量明显增加。
2002～2004年，天池火山区逸出气体及其He同位素异常变化与该区地震活动有一定对应关系，其中锦江泉群在2004年下半年地震活动趋势减弱后，He同位素异常明显减弱；而长白聚龙泉群在地震活动减弱后，He同位素异常反而明显增加，表明热储型泉群岩浆来源气体异常释放明显滞后于深大断裂型温泉点。腾冲热海地热田温泉中的CO2、CH4、HCO－3、CO2－3和泉华的δ13C值范围分别是－7．6‰～1．18‰、－56．9‰～－19．48‰、－6．7‰～－4．2‰、－6．4‰～－4．2‰和－27．1‰～0．6‰，可以推断CO2主要来自幔源或岩浆，而CH4有多种来源，温泉水中的HCO－3、CO2－3主要来自火山CO2。热储温度一般为250～300℃。腾冲热海近期区内水热流体活动异常强烈，区内几乎所有95℃以上的沸泉、喷沸泉以及1993年以来发生的20余次水热爆炸点均沿西南方向断裂分布，显示该断裂目前处于强烈活动之中［24］。腾冲、长白山（不包括天池火山口内湖滨）火山区岩浆来源气体中甲烷δ13C值的变化范围与国际上地热区甲烷大致相同，平均值分别为－19．0‰和－32．6‰；五大连池火山区与天池火山口内湖滨强气体释放带逸出甲烷的δ13C值较低，平均分别为－45．8‰和－47．9‰，类似于东非裂谷带基伍湖（Kivu）的甲烷。这些低δ13C值甲烷可能直接来自上地幔；岩浆来源甲烷在火山喷发过程中的动力学分馏导致其δ13C值的降低，岩浆源区越深，其δ13C值越低［25］。
2火山区土壤气体地球化学
在过去的几十年，在火山地区一直用土壤气中CO2脱气来辨别火山地区的脱气构造，估计火山系统的排放量可能作为地震构造和火山活动的标志，因为火山区土壤气中CO2通量增加与地震活动增强有较好的关系［27］。意大利Stromboli火山2007年爆发前不久，土壤气中CO2通量大幅度增加，在熔岩流出时达到最大值90000g／m2•d，δ13C值也有明显增大，最高达1．8‰，3He／4He比值也大幅度增加，最高达4．6Ra［28］，同时岩浆的喷发速率与土壤气氡的脱气速率呈正相关，这意味着岩浆房体积和气体运移可能与触发地震的火山的动态反应有一定联系［29］。菲律宾中部塔奥火山，从1993年6月至1996年11月对土壤气氡的连续监测表明，1994年11月15日，离火山48km的地方发生MS7．1级地震，地震前22天土壤气氡有明显增加，增加幅度是背景值的6倍［30］。
3泥火山地球化学变化与地震的关系
泥火山与地震都是区域构造应力集中的结果，因此，泥火山大多分布于地震活动带，且与地震活动关系密切［31～34］。在地震孕育、发展和发生过程中，区域构造应力不断增强，封闭构造中的岩石孔隙压力逐渐增大，当压力达到泥火山喷发条件时，大量矿化水、泥、气体顺着断裂涌出，泥火山喷发；地震发生后，区域应力降低，泥火山恢复平静。印度尼西亚瓜哇LUSI泥火山在地震前，喷出泥浆的体积由120km3／d急剧上升至180km3／d，CO2浓度也由9．9％上升至74．3％。印度洋北部安达曼群岛泥火山气体主要组分是甲烷，浓度是55．7％，其它气体有N2（32．2％）、O2＋Ar（9．9％）、CO2（2．0％）和He（0．2％）。此外，222Rn的浓度（7500Bq／m3）也是较高的，在地震前后有明显的异常。在意大利亚平宁山脉北部接近皮耶韦－圣斯特凡诺的泥火山主要释放富集CO2的流体，2001年11月6日地震活动前后，在泥火山的一些排气口震前由排气为主转变为震后喷出泥浆为主，延断裂横切面发生的地震主要是水压致裂引起。
高光谱地球化学地震监测研究
高光谱遥感作为一种新的遥感探测手段，其光谱通道数多且连续，光谱分辨率高，信息量大，综合了地面目标的空间维、时间维、光谱维等特征，具有“图谱合一”的特点，可实现遥感信息的定量化分析。而且，高光谱遥感数据包含了大气中的温度、湿度和气体（H2O、O3、CO、CH4、CO2等）变化等信息，可以监测与地震有关的气体异常。利用高光谱遥感数据监测与地震有关的气体前兆异常与传统的定点取样检测法相比，具有取样简单、可实时远距离获得气体三维数据、组分分析快速等优点。2001年1月26日，印度GujaratMS7．8地震前，卫星遥感数据显示CO含量有异常，且该异常与热红外异常相吻合。此外，1985年墨西哥Michoacan地震、2001年1月26日印度GujaratMS7．8地震和2008年5月12日汶川地震前后均有水汽含量异常增高的现象，Gujarat地震还引起O3浓度和大气气溶胶异常变化。
主要地震活动断裂带流体地球化学监测与地震关系
1深钻流体地球化学的地震监测
深钻流体地球化学监测发现，气体中He、Ar、N2、Rn、Hg的浓度有许多前兆和同震异常。汶川地震破裂带深钻气体测量表明，气体异常一般在余震前数天出现，并在震后持续多天，不同气体组分所呈现的异常规律不同，且异常数量随着震中距的增加而明显减少。其中，He、CH4和CO2浓度变化的映震能力相对于Ar、N2、O2组分浓度变化较明显，其He／Ar和N2／O2比值多为正异常，Ar／N2和O2／Ar则表现出相反状态，表明地壳流体的活动与地震活动实际上是伴生关系［48］。在圣安德烈斯断裂深钻2117～3196m处，3He／4He值为0．35～0．46，在3194～3301m处，3He／4He值变化比较大，范围在0．22～0．88，3He／4He值不断增大表明有来自地幔连续的流体供给。
2温泉和深井流体地球化学
2．1温泉和深井离子组分
活动构造对地震、地下热水和微量元素的高值区具有控制作用，在空间分布上具有较明显的一致性；高中温热水区（尤其是高中温热泉密集带）常常是地震活动的强烈区，但强震区不一定有高中温热泉密集。汶川地震前后，重庆北温泉水量及水化学均有较大变化，震后水温下降1℃，K＋、Na＋、Ca2＋浓度减少，Mg2＋浓度增大；Fe2＋、Mn2＋浓度于地震当日成倍增长，随后逐渐降低，7月4日的浓度与5月1日相当；SO2－4浓度增高后逐渐降低，F－浓度减小。这是因为汶川地震强烈影响导致冷水下渗作用，海拔相对较高而温度较低的温泉水改道，并有其它来自裂隙或者地表的低温水汇入温泉含水层，加快了水化学反应，并在海拔相对较低的泉点流出地面。
2．2温泉和深井气体组分和同位素
活动断裂带地区的温泉、深井气体同位素比值（3He／4He、21Ne／22Ne、4He／20Ne、40Ar／36Ar）与组分浓度（He、H2、CH4、Ne、Ar和N2）及其比值（He／Ar、N2／Ar、CH4／Ar）均在地震前后或当时出现明显异常。
氡气一般在地震前30天开始出现异常，并且离地震发生时间越接近异常数目越多；地震震级越大，异常开始越早，持续时间越长。汶川MS8．0地震后，许多学者研究了震前和震后水位、水温、水氡和温泉气体组份等大量温泉地球化学异常，发现地震时，在川西鲜水河断裂带和岷江断裂带，含大量He和CO2的幔源流体涌入地壳，与壳源流体混合，使温泉气体中3He／4He和δ13C值大幅度上升。在康定地区R／Ra（Ra为大气的3He／4He）最高达到5．3Ra，幔源氦的贡献率最高达到44．1％。随着时间推移，幔源流体供给逐渐减少，壳源流体中放射成因He和有机成因CO2在温泉气体中相对含量增大，3He／4He（Ra）值、δ13C值逐渐减小。两年后大部分温泉恢复到地震前地下流体的平衡状态。对意大利和日本一些地震区温泉气体的研究发现来自地幔储存在震源区的高压CO2气体对地震的孕育和发生以及余震的发生起到重要作用。
3土壤气体地球化学
3．1气体组分浓度
土壤气He、Rn和CO2浓度异常是寻找地震活动断裂带非常有效的方法。活动断裂带土壤气体（He、Rn、Hg、CH4和CO2等）对地震的响应性十分敏感。通过总结已有的土壤气地震前兆异常资料发现，地震震级越大土壤气地震前兆异常幅度越大，离震中距离越近异常数目也越多。台湾新城断裂土壤气Rn和CO2监测到大量明显的地震前兆异常。土壤气中He、H2、CO2、Rn浓度和N2／O2值在汶川地震陡坎附近有明显高值异常。土壤气中He和H2的浓度异常幅度随着余震强度的衰减而降低。在三次测量中，土壤气中的He和H2的最大浓度（40和279．4×10－6，V／V）都出现在靠近震中地段。因此地震破裂带土壤气中He、H2、CO2、Rn和Hg的浓度异常可能与余震活动和区域应力场变化有关。
3．2气体组分通量
地震活动断裂带土壤气体CO2和Rn异常浓度和通量可以很好地反映地震活动断裂带的活动情况。它既可以直接产生大量的热动力变质成因CO2，又可以作为通道释放来自下地壳甚至上地幔的CO2组分。在地球深部生成的众多流体组分中，CO2是最有可能大量迁移至地表，并在地表某点集中释放的气体之一。在海原断裂东南段破裂带中部的蔡祥堡，土壤气中Rn浓度最高达38．3kBq／m3，其通量最高达到828．6mBq／m2s。意大利中部的Fucino山间盆地，土壤气中Rn的通量在非断层地区一般是10mBq／m2s，在断层区一般在45mBq／m2s以上，最高可达到120mBq／m2s［64］。尼泊尔中部喜马拉雅山前麓的逆冲断裂区，土壤气体中CO2和Rn通量有很好的正相关关系，CO2通量最高达到19000g／m2d，这与活火山地区CO2通量相当；Rn通量最高达2Bq／m2s，也是极高的。
结语
综上所述，可得出如下几点认识和建议：
（1）在地震地球化学研究过程中，同位素地球化学的作用越来越重要；
岩石、矿石地球化学特征
从岩石、矿石地球化学角度研究不同矿床的特征，应是成矿研究的重要内容。地质演化史上，不同构造环境形成的具有经济意义的矿床，其矿石和赋矿岩石常有不同成因。就与基性一超基性岩有关的铜镍硫化物矿石和赋矿岩体来说，其岩石、矿石的地球化学特征，不仅反映其成矿的重要特点，还可为追踪矿床的形成与演化提供能量化指标。
1岩石地球化学成分特征
1.1金川岩体岩石化学成分特征
金川超基性岩体不同岩性的岩石化学成分表明，其平均成分接近二辉橄榄岩。岩体化学成分上的变化是随岩石基性程度降低，SiO2、TiO2、CaO、Al2O3增加，NiO、Cr2O3、MgO，TFeO减少(杨合群，1996)。金川超基性岩的m/f变化于3.43－5.07之间，一般认为m/f低于6－7的超基性岩是由玄武质岩浆分异形成的，但根据金川小岩体成大矿的熔离过程研究，岩浆上侵过程中高熔点富镁橄榄石及铬铁矿会不出固，母岩的m/f值应高于于侵位的金川超基性岩。
1.2煎茶岭岩体岩石化学成分特征
煎茶岭超基性岩均己蚀变，蚀变超基性岩有纤一叶蛇纹岩、叶蛇纹岩、滑镁岩化蛇纹岩、石英菱镁岩、滑镁片岩及少量透闪岩和滑石片岩等。它们之间为渐变关系。蚀变岩石化学成分具如下特征；1）K2O、Na2O含量极低，与原生岩石缺失浅色矿物一致，属贫碱质超基性岩类；2）岩石中SiO2、A12O3含量低，为硅酸盐不饱和超基性岩；3）Fe2O3、FeO、MgO含量高，原岩富含镁铁矿物；4）岩石中H20+CO2含量高(l1.69%wt~30.00%wt)，显示岩石蚀变强，普遍经水化和碳酸盐化。岩体具有高镁、富镍、贫硫、低钾、钠的特征。m/f为8.45~11.96，属镁质超基性岩。
2矿石成分特征
2.1金川矿区矿石成分特征
金川矿体细粒岩相中硫化物比较普遍，富集程度不高，所形成的矿体以贫矿为主。主要矿石类型为浸染状。
从矿体到周围岩石，硫化物含量逐渐减少。中粗粒岩相中硫化物不及中细粒岩相中硫化物普遍但较富集，这是由于岩浆冷凝快时，结晶出细粒的岩相，其中熔离出的硫化物因岩石结晶时间短而来不及进一步分异富集。原生矿物除造岩矿物而外，金属矿物以硫化物为主，少量氧化物，微量元素金属互化物;硫化物中主要以镍黄铁矿、磁黄铁矿、黄铜矿为主，其次有紫硫镍铁矿、古巴矿、黄铁矿、马基诺矿、墨铜矿等，氧化物有磁铁矿、铬尖晶石、赤铁矿;它们绝大部分呈粒状或不规则集合体分布在不同的造岩矿物晶粒之间，少量热液期金属硫化物叠加交代在早期造岩矿物和一早期金属矿物之中。脉石矿物主要是橄榄石、辉石及其蚀变矿物。
2.2煎茶岭矿石成分特征
煎茶岭矿石类型比较复杂，主要有滑镁岩型镍矿石、蛇纹岩型镍矿石、菱镁岩型镍矿石和透闪岩型镍矿石，它们之间为渐变关系，产出形态多样，但总体来看仍呈带状分布，其展布方向与岩体延伸方向基本一致，其中前二者矿石类型占全矿床矿石总量的78%。煎茶岭含矿岩石比无矿岩石明显富铁，其镁铁比值为镁铁质。
煎茶岭与金川硫化矿床的铂族元素地球化学特征对比
采用ICP_MS方法分析了煎茶岭和金川硫化镍矿床岩石、矿石的铂族元素含量,煎茶岭岩体蛇纹岩的Cu/Pd比值低于原生地幔岩浆,说明岩浆熔离作用较弱,矿石的Pd/Ir比值较小,指示其多数矿石属于岩浆型,以岩浆成矿作用为主;而金川岩体的平均Cu/Pd比值远大于原生地幔岩浆,表明岩浆熔离作用强,矿石的Pd/Ir比值较大,体现了钯族元素矿化及成矿物质以幔源为主的特征。（王瑞延、毛景文，2003）煎茶岭在成矿过程中有壳源物质的混染,整体上岩石、矿石铂族元素含量较低,这与岩浆熔离作用弱、铂族元素成矿作用不发育等因素有关;金川在成岩成矿过程中也有少量地壳物质的混染,但岩石、矿石铂族元素含量较高,反映了以岩浆深部熔离成矿作用为主的特征。（王瑞延、毛景文，2003）
含矿岩体与其岩体地球化学特征对比
1金川岩体与其岩体成分对比
金川成矿岩体与其岩体岩石类型及赋存围岩条件相似，m/f比值非常接近，说明他们在生成上的联系。含橄榄石矿物的藏布台、北海子、毛草泉岩体m/f比值=2－4属于铁质超基性岩体;塔马子沟和东水崖子岩体为铁质基性岩体。
2煎茶岭岩体与其岩体成分对比
煎茶岭镍矿床主要岩体有峡口释岩体和黑木林岩体。各岩体均已完全蚀变。峡口骚岩体长4.5km，面积约1.8km2。岩体可划分出纯橄榄岩相—辉橄岩相—橄揽岩相—辉石岩相—辉长辉绿岩相。其中纯橄榄岩相是主要的含铬铁矿岩相，岩石MgO/FeO=5.66－8.60，属镁质超基性岩。黑木林岩体长8km，宽1.3km，出露面积5.6km2。岩体属斜方辉撤岩一纯橄榄岩相杂岩体，MgO/FeO=8.5－13，属镁质超基性岩，部分为辉石岩相，Mgo/Feo=5(任小华，2001)。
结论
通过对煎茶岭、金川两个有代表性的铜镍硫化物矿床的地质与地球化学比较研究，本文得到如下结果和结论:
1较系统的分析、整理了我国与侵入岩有关的镍矿床主要地球化学特征资料，积累了基础数据，说明我国铜镍硫化物矿床主要出于元古代的古陆块边缘环境。
关键词：我国新疆地区 地球化学 勘查
中图分类号：D918.4 文献标识码A
1.勘查工作
1.1 1：20万区域化探扫面
从长远考虑，对1：20万区域化探扫面样品均分析39种元素，即Ag、As、Au、B、Ba、Bi、Cd、Co、Gr、Cu、F、Fe、Hg、La、Li、Mn、Mo、Nb、Ni、P、Sb、Sn、Sr、Th、Ti、U、W、Y、Zn、Zr及Si、A1、K、Na、Ca、Mg。分析方法综合采用发射光谱法、原子吸收分光光度法、比色法、离子选择电极法及原子萤光法等方法，也有采用X射线萤光光谱法、等离子焰光量计法和中子活化法。样品中元素分析检出下限均达到地矿部颁发的《区域化探扫面工作方法若干规定》中的要求。各 个图幅样品的39种元素分析成果，编制1：20万分幅单元素地球化学图及综合元素异常图。每
个1：20万图幅工作结束后提交1：20万地球化学图(附地质矿产图)单元素和综合元素异常图及说明书。并将所获信息数据储存化探数据库中，以供地质普查、找矿勘查、成矿预测、区域调查、环境保护等多学科各方面综合应用。
1.21：50万区域化探扫面
1：50万区域化探扫面又称之为甚低密度地球化学勘查研究，其工作原理和工作方法基本与1：20万区域化探扫面相似，只是采样网度比1：20万区域化探扫面更稀。主要布置在自然地理条件较差和地质地球化学研究程度较低的地区。采样介质和采样深度及网度根据工作地区景观地球化学条件选择确定。主要探测对象是寻找规模较大的地球化学异常，或发现分布面积较大的与成矿区带有关的地球化学省(异常)。
1986年以来，由地矿局和国家三O五项目办公室共完成1；50万区域化探扫面(或甚低密度地球化学勘查研究)面积34．63万平方千米，完成图幅。通过1：50万区域化探扫面，获得工作区的地球化学资料，编制单元素地球化学图及综合元素异常图和说明书。
1.3固体矿产勘查
1986年以来，以地矿局和国家三O五项目办公室为主为寻找金矿和有色金属矿产，先后在已知矿床的、1：20万区域化探扫面发现的异常区及找矿远景区，开展了1：5万地球化学普查(国家三O五项目列为高密度勘查地球化学研究)。其采样介质根据工作地区不同的条件分别选择土壤测量、岩石测量、水系沉积物测量等，采样网度一般为每平方千米采8—12个样品。样品中分析元素视不同地质条件和寻找矿种确定，寻找对象以金矿为主的地区，主要分 析兀素为：Au、Ag、As、Sb、Hg、Bi、W、Cu、Pb、Zn等；寻找对象以铜、镍矿为主的地区，主要分析元素为：Cu、Pb、Zn、Cr、Ni、Co、Mo、W、Sn、Au、Sb、As、Ag等。
2.主要勘查成果
2.1新疆北部某些微量元素的分布特征
根据国家三O五项目办公室和地矿局进行区域化探扫面工作中采集岩石样品3 805件，进行39种微量元素定量分析结果，将所取得新疆北部地球化学勘查中密切相关的31种微量元素平均丰度值与地壳元素丰度值进行比较，其中新疆北部31种元素中绝大多数元素的平均含量接近地壳丰度值，两者比值大多小于2；新疆北部除A，、B、Zn等3种元素平均含量高于地壳平均丰度值外，其余28种元素均低于地壳丰度值。
依据地矿局第一区调大队于大为系统整理1974年以来全疆进行1：20万金属量测量采集的1765件岩石样品光谱测定22种元素的平均含量，经与地壳丰度值比较，其 中8个元素高于地壳丰度值，7个元素低于地壳丰度值，与地壳丰度值接近的有7个元素。
2.2阿尔泰、东准噶尔、西准噶尔、西天山等地区某些微量元素分布特征
根据国家三O五项目办公室和地矿局进行区域化探扫面工作中采集的3 805件样品的分析结果，结合以往1：20万金属量测量采集的17 651件样品分析结果，按阿尔泰、东准噶尔、西准噶尔、西天山、北天山、中天山及北山等不同采集地区分别进行统计(见表4—26)，具有以下特征：
(1)作为寻找金矿的指示元素一金元素，新疆北部统计的平均丰度值与阿尔泰、东准噶尔、西准噶尔、西天山等地区的平均丰度值基本接近，为0.5～0．6×10-9，低于地壳平均丰度值8倍左右，与地壳平均丰度值4×10-9相差较大。依据已在上述地区先后发现许多金矿床之现实，总结其以金元素作为寻找金矿的主要指示元素，要以各地区的地质—一地球化学条件为依据确定异常下限，不能以地壳平均丰度值为依据作为在一个地区金元素是富集、贫化的标准，更不能作为寻找金矿的条件。与金矿关系密切的砷元素，无论是阿尔泰山地区，或是东、西准噶尔地区都普遍高于地壳平均丰度值。
(2)与贱金属矿床密切相关的Cu、Pb、Zn等元素的平均丰度值，普遍低于地壳平均丰度值。但从全区来看，北疆地区和中天山地区这几种元素比较富集，对成矿有利。
(3)Cr、Ni、Co等几种元素的平均丰度值，普遍低于地壳平均丰度值。其中东准噶尔、西准噶尔、阿尔泰和北山地区的Cr、Ni、Co等几种元素平均丰度值相对较高，在这些地区已发现具工业意义铬矿床和与基性一超基性岩有关的铜镍矿床。
(4)Sb、Sn、W、Hg等几种元素以Sb、Sn元素含量较高，表明在这些地区应注意寻找Sb、Sn有关的矿床。
(5)稀有元素以阿尔泰山地区的Li元素为全疆最高平均丰度值，且高于地壳平均丰度值。阿尔泰、准噶尔、天山及北山等地区成矿有利元素分布。
2.3阿尔泰山地区不同时代地层与侵入岩中某些微量元素分布特征
阿尔泰山地区是新疆有色金属矿产颇为丰富的地区，该区不同时代地层与侵入岩中采集的岩石样品分析26种元素的平均丰度值，具有以下特征：
(1)超基性岩中金元素的平均串度值最高(0．67X10-9)，其次为中基性岩类，而酸性岩和中酸性岩石最低(小于0．28×10-9)。
(2)Au、Ag、As、Sb元素以志留纪地层中最高，次为石炭纪地层。
(3)Cu、Pb、Zn、Mo、W元素在泥盆纪和石炭纪地层中较高。
(4)Sn、U、Tb、Be、Li、La、Cr、Ni、Co元素在奥陶纪和志留纪地层中较高。
(5)在超基性岩和基性岩中平均丰度值较高的元素有：Au、Ag、As、Cn、Pb、Zn、Mo、Cr、Ni、Co、V等；在酸性岩中平均丰度值较高的元素有：Sb、Sn、W、Li、La、Be、Bi、U、Th等。
以上元素在阿尔泰山地区不同时代地层和侵入岩中富集特征。
参考文献：
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[2] 朱华平,张德全.区域化探异常的地球化学勘查评价方法技术进展综述[J]. 地质与勘探. 2003(03)
作者：郦桂芬 雷虎兰 徐淑荣
原始地球的物质组成和受到人类活动干予后的地球各要素的组成，是环境科学首先要研究的内容，也是认识地球环境质量的演化和人类活动对地球环境质量影响程度与范围的基础。而人类生产生活活动排放的各类污染物质的物理化学特性，进入环境(包括大气、水体、土壤、动植物、人体等)后的行为则是环境科学研究的核心。污染物的毒作用剂量标准、环境质量标准、排放标准以及污染控制技术和措施、人类活动对环境影响的预测等等，都要依据这一研究的结论。地球化学作为地球科学的一个分支，主要研究地球的化学组成、化学作用、化学演化及其控制因素。从它研究的内容可以看出，它和环境科学有很近的亲缘关系。至于它的分支学科如生物地球化学、区域地球化学、环境地球化学等，已经是环境科学的分支学科。随着环境科学研究范围的扩展和研究工作的深入，元素地球化学、同位素地球化学、有机地球化学、实验地球化学等也将加入环境科学的行列。
一个学科的形式和发展，一方面要在自身研究的领域内开拓，包括各项数据、资料的积累，理论体系的建立，研究手段和方法的充实与完善等，另一方面，要广泛吸取相邻学科的营养，有选择地继承和移植。只有使本学科深扎在由其他学科组成的肥沃土壤中，本学科才有可能得到丰富的供给而茁壮成长。地球化学与环境科学在研究对象和研究内容方面的某些共性决定了环境科学可以从地球化学中得到借鉴。从十七世纪中后期化学分析的出现开始，特别是十八世纪中期重量分析法的出现，许多化学家、矿物学家就曾对地壳某些部分的化学组成和有关问题从不同角度进行分析探索，并取得了部分矿物、岩石、水和陨石化学组成的定量资料。本世纪二十年代，以美国地球化学家克拉克为代表，广泛搜集了大量分析数据，得到了地壳中化学元素的平均百分含量，叫“克拉克”值。所有这些有关地球各层圈(大气圈、水圈、生物圈)及组成要素(岩石、土壤、空气、水等)的元素分布频率和相对丰度的结论，对闸明原始地球的化学组成，揭示环境背景值方面是有参考价值的。挪威地球化学家V、M戈尔德施密特从晶体化学入手，对化学元素在自然界分布的控制因素进行了长期深入的研究，并根据离子结构和与氧、硫元素的亲和性，对元素进行了地球化学分类，把元素分成亲铁、亲石、亲硫、穿气、亲生物等五类。苏联地球化学家费尔斯曼将元素分为惰性气体、贵金属元素、循环元素、分散元素、强放射性元素和稀土元素等6类。他们的工作和主要结论无疑对阐明污染物的环境行为和归宿具有指导意义。生物地球化学研究的各种生物对于地壳、生物圈中化学元素的迁移、富集和分散作用，对于我们研究污染物质的生物迁移和累积是有借鉴意义的。苏联地球化学家费尔斯曼和维尔纳茨基从物理化学原理研究了化学元素迁移的控制因素，并指出，元素迁移的因素可分为两类:与原子结构有关的内部因素和由环境条件决定的外部因素，提出了能量系数、价能量系数、共生序数等概念。他们的工作和有关结论，对于我们研究污染物质在环境中的迁移转化规律和控制因素是有一定指导意义的。环境地球化学研究人类环境中各种地质因素及其组合与人体健康的关系，人类活动对地表、水圈、大气圈中化学组成、化学作用、化学演化的影响及其与生命活动和人体健康的关系，这本身也就是环境科学研究的主要内容。地球化学研究的是有45亿年生命史的地球的化学组成、化学作用和化学演化，为了“浓缩”所要研究的作用的时间过程和空间范围，指示迁移转化的途径和机理，模拟实验和示踪试验是地球化学采用的主要试验研究方法。
模拟试验就是设计出模仿自然过程或作用的研究实验体系，以便在人为的调节控制下进行观察研究。它可分为现场模拟和室内模拟。示踪试验是选择适宜的示踪物让它参与研究体系的作用过程，包括物理的、化学的和生物的过程等等，通过示踪，研究者就可以感知过程的路径和机制，为揭示过程的规律提供依据。示踪试验可分为放射性示踪和特殊示踪物的示踪。在绝大多数情况下，示踪私模拟往往是同时进行的，在设计模拟试验的同时也就考虑示踪，以便通过示踪清晰显示模拟实验的过程和机制。现在，这些试验研究方法已广泛用于各个学科和各种过程，如生物学、医学、水文学、气象学等等，用来研究生物直至人体的生理生化过程，水动力学及水化学过程，大气物理和大气化学过程等等。环境科学作为一门横断各自然科学和社会科学的学科体系，显然，地球化学的上述研究方法在环境科学研究中是有广泛的应用和发展前景的。到目前为止，环境科学研究中已有许多模拟和示踪试验的实例，如模拟水体输送和净化过程的示踪试验，模拟大气输送扩散过程的示踪试验;研究疏浚过程底泥的二次污染而采用的放射性示踪试验;研究地下水的动力学和化学过程的示踪模拟试验等等。此外，污染物质在环境不同介质中的迁移转化和分配，污染物在生物体及通过食物链的迁移累积效应等，均可通过示踪模拟试验来研究。环境科学在断承和开拓中形成与发展，广泛吸取各学科的基础理论和研究试验方法，特别是它的近亲—地球化学的理论和试验研究方法，无疑会大大加速环境科学的发展。
作者：赵伦山 赵善仁 叶荣 单位：中国地质大学 中国科学院中国矿物资源探查研究中心
人类即将迈入21世纪。“本世纪是地学最激动人心的世纪”(国际地科联主席Brett，R，1996);特别是自七八十年代以来，由于人类社会和经济高速发展的需求，以及现代基础科学和技术在地学中的引入，推动地质科学迅速前进，使古老的地质学步入到现代地球科学的阶段。其中地球化学学科的发展更显得异军突起，取得了多方面具突破性的进展，成为地球科学的支柱学科。21世纪对地球科学提出了新的挑战:多年来困扰人类社会发展的资源、能源、环境和地质灾害等问题已变得更为严重;人类如何管理好自己的地球，以及如何实现持续发展等，这些课题的解决在很大程度上依赖于地球科学，以及地球化学在理论和技术上的进步和提高。本文仅就世纪之交地球科学和地球化学所面临的任务、学科发展现状和趋势，以及在我国现代化建设中可能发挥的社会功能进行探讨。
一、面向21世纪的地球科学
“地球是一个处于运动和变化中的巨系统，它体积庞大、结构和成分复杂，而且具有漫长的演化历史”(刘光鼎，1998)。地球又是人类和各种生命物质生存繁衍的栖息之所，生物作用和人类活动构成地球演化历史的重要组成部分。各种地质作用都伴随有大规模的，以致全球性的物质和能量转化，并具有循环演化和多次叠加的特点。为了认识地球和地质作用，人类付出了艰辛的劳动，积累了大量的观测资料，提出了多方面的理论观点和认识。特别是本世纪后30年来，人类社会文明和现.代科技给地球科学注人了强大的活力，地学出现了空前活跃的局面:板块构造理论的提出，超大型矿成矿理论的建立，对地质流体的认识，以及地慢热柱和慢汁理论、全球变化、水一岩反应、同位素示踪等。人类对地球的认识大大深人了。地质科技的进步保障了不断增长的全球58.4亿人口对矿产资源的需求;提醒人们对生存环境质量的关注，提高“经济发展必须与自然环境相互协调”的意识，并在保持环境生态平衡、防治地质灾害等方面发挥了自己的社会功能。近年来，地球科学不断取得令人振奋的新成果:以地球物理科技为基础的地球空间与深部探测研究取得了进展，如利用地震层析成像技术进行岩石圈三维结构研究，对地慢横向不均一性及核慢界面等获得了新资料。1996年美国两个地震学研究小组宋晓东等通过对30年来穿过地核的地震波传播速度资料的分析和计算，证实了地球内核较地慢和地壳自转速度快约1.1度/年的结论。这一发现对解释地球磁场的成因和倒转等地球物理现象有重要意义，引起地学界高度重视。此外，全球卫星定位系统(GPS)取得成功，地质探测雷达、岩石CT等新技术的探索以及遥感、航测、科学钻探、深海探测等在理论和技术上取得进展，大大改善了人类对地球和地质作用的观测和研究手段，积累了新事实，取得了新认识。如朱文耀等(1997)应用全球定位系统(GPS)对青藏地区1992和1994年的复测资料，精确地测出了拉萨一温泉等7条基线剖面的年变化率，首次获得了青藏高原当今地壳水平运动实测结果。证明了拉萨一温泉南北向年缩短率为1.35厘米/年，温泉一格尔木南北向年缩短率为0.51厘米/年;如设西宁观测站坐标不变，则拉萨、温泉和格尔木站向北运动速率分别为3.29、1.84、1.43厘米/年。实测证实，青藏高原各构造块体在印度板块向北挤压下总体向北水平运动，同时隆升;运动速率或幅度自南向北减弱。观测还表明，拉萨一下关剖面南北向伸长率最大，为3.55厘米/年，相对于西宁，下关站向南走滑运动速率为0.50厘米/年;这一事实证明，下关、虾拉沱站所在的川滇菱形块体在印度板块挤压下相对向南走滑运动，与地质观察结果相吻合。应用GPS技术监测现代地壳运动，给地学研究和实用提供了科学高效的技术手段。基于现代科技的许多综合性地质观察新方法的出现，显示了地质科学正向定量化、精确化和预测化的方向前进。近年来地慢热柱和慢汁理论的提出具有重要的意义:1971年Morgan首先提出地慢柱的概念。1984年R.L.Larson指出，地球地慢在1.2亿年以前经历了环流中一次强大的震颤，这次震动可能与地核中的事件有关，引起了洋壳物质的突然喷发。作者根据对1.5亿年以来新洋壳生长速率与时间的变化关系发现，在中白垄世时期洋壳增长速率增大了50%一75%，并归因于核慢热柱活动;Larson指出，在1.25亿~0.8亿年间的地慢物质的热喷发强度大，形成巨大的火山岛链及太平洋周围的大断裂，并称其为超热柱(SuPerPlume)。上升的地慢物质(热柱)的热喷射，构成地慢对流的重要组成部分，即地慢内除存在导致板块运动的地慢对流外，还存在深成呈垂直运动的热柱对流形式;热柱对流是地球热释放的主要机制，它控制地球内部和地表重大地质事件的发生，如岩浆活动、火山喷发、构造运动、地震等。杜乐天等(1997)提出，富碱、富挥发分、强还原性超临界态高温、高压地慢流体从地球深部上升到岩石圈，与地慢岩石反应形成软流层(体);玄武岩类、碱性岩类、A型花岗岩类岩浆均生成于软流层中;作者还认为，地慢流体(即慢汁)对地壳上的岩浆、火山、热液等多种地质作用有决定性的影响;地慢柱及热点等应看作为地慢流体的蘑菇云。地学观测不断向深部扩展，地球的秘密逐渐被揭开。地球科学的根本任务在于认识自然、科学地利用和改造自然、协调人类活动与自然环境的关系，并为解决经济建设和社会发展所面临的实际问题提供理论依据和技术对策。当前，处于国际社会高度重视的地球科学的发展趋势具有四个明显特点:(l)地学研究和地质观察正向全球化、深部化和包括固体地球、海洋和大气圈的整体化的方向发展;80年代末提出的“地球物质科学”方向，强调地球物理和地球化学相结合研究地球内部的物质演化。形成了多学科、综合手段、深入层次上研究地球的总趋势。(2)现代地球科学把动力学思维引入地学研究，发展了地球动力学和地球化学动力学的方向。把地质作用的热源、物源，及其转化机制与控制关系作为认识地质作用的核心，从动态发展上认识地球和地质过程的演化;提高了地质科学的理论深度和实用性。(3)地质科学正由定性描述走向精确化和定量化研究的阶段;现代观测技术和信息科学的引人使地球科学得到高新技术武装，三维定量、动态模拟、模型化、参数化的研究思路提高了地质科学的预测性。(4)关注社会实际问题，面对社会和经济发展的需求，扩展地学为社会经济服务的领域，为地球科学的发展注入了强大的活力，促进了地学的繁荣。世纪之交，地球科学任重而道远，21世纪地球科学家面临新的挑战和机遇。国际地科联前任主席W.5.Fyfe在第30届国际地质大会上指出:“我们需要新体制、新技术，以便能够更合理、更有效地开发利用我们的能源、水、土壤和矿物资源;来自各经典学科领域的专家需要联合起来，共同解决人类面临的重大问题”。我国国土辽阔，地质构造复杂，地质现象和矿产资源的多样性和典型性在世界上是少有的。21世纪我国地质科学研究具有广阔的前景:大陆地质和造山带动力学;青藏高原的隆升机制及其资源预测;大陆水圈的演化与干旱地区水资源;中国浅海盆地构造与油气;地球物质的物理和化学研究;深部地质、地球化学与农业和环境等课题，都属现代地球科学前沿性问题，也是我国21世纪社会和经济发展的需求。
二、现代地球化学与地球物质科学
如果把1908年克拉克发表的《地球化学资料》一书，作为地球化学学科形成的标志，地球化学走过了90年的历史。地球化学是20世纪的产物，代表20世纪的人类科技。从它初创时期的计算地壳平均化学成分和研究“自然原子的行为”开始，发展到今天成为具有系统的学科理论、整套专用的研究技术方法，并参与解决人类所面临的重大实际和基础理论问题的地球科学支柱学科。90年来，特别是本世纪后30年以来，地球化学以高度的科学活力迅猛发展，开拓新的研究领域，创造了公认的科学业绩:如建立了同位素地质年代学，给地球科学提供了精确的时间坐标和计时手段;提出了同位素和微迹元素示踪理论，应用地球化学示踪剂使地质学家有可能追踪地质作用以前阶段的演化历史，对复杂的多期叠加的地质作用的判断提供了依据;建立了地球化学热力学的理论体系，发展了地球化学动力学;矿床地球化学和勘查地球化学依据成矿的分带规律和微观异常追踪矿体，在各种比例尺的勘查活动中取得了找矿效果;目前勘查地球化学已发展成为具有系统理论和高科技手段的应用地球化学分支，在金属和能源勘查中作出了贡献。此外，地球化学在地质流体、全球变化研究，以及环境、农业等领域都有多方面的建树。90年来，地球化学的视野和思路不断扩大，到80年代中形成了“地球物质科学”这一深人层次、多学科综合的研究方向。它从研究大尺度时空领域的地球演化，特别是地球深部物质作用出发，把矿物物理、岩石力学、地球化学，以及地球物理、实验科学综合为“地球物质研究”;使地学综合各相邻学科的理论和方法，从更接近实际的状态认识地球物质的运动，其中地球化学处于核心的地位。地球物质科学的提出集中地反映人类研究和认识地球的一个新的深度，也代表地球化学学科发展的一个新阶段。当前，地球化学与相邻多种学科相结合交叉，形成了大约30多个分支学科，可粗略划分为理论地球化学、地质作用地球化学和应用地球化学三大领域。以下仅就理论地球化学和应用地球化学一些分支的近期发展现状和趋势，进行简要评述。
(一)理论地球化学—地球化学学科的支撑点理论地球化学主要指地球化学与基础理论学科相结合形成的分支，如同位素地球化学、地球化学热力学、地球化学动力学、量子地球化学、有机地球化学、实验地球化学等。这些分支构成地球化学的理论基础，也是地球化学学科的支撑点。在未来的21世纪中，我国理论地球化学应得到更多的支持和加强。1.同位素地球化学同位素地质年代学经过多年的积累，对岩石的测年已有多种成熟的方法被广泛应用。但目前对成矿作用的定年存在许多困难。这主要是由于成矿作用受多期叠加作用影响，造成衰变子体同位素的丢失，特别是热液成矿过程中反应体系的非平衡性和交代残余的干扰作用。近年来，同位素地质年代学除加强高精度和新类型质谱仪的研制外，超微、超净和超纯制样技术的改进，大大提高了原有方法的测试精度和适用范围。对新方法的开发也取得了明显的进展。如39Ar一‘。Ar法已属较早开发的方法;应用热液矿床含钾矿物和流体包裹体的39Ar一‘“Ar分段加热法测定成矿年龄，目前已达成熟;其中逐级释放技术能够排除后期氢丢失和大气氢干扰;同时，多级坪年龄结构可以追踪成矿过程的热演化历史。Re一05法经过多年的实验研究，已开始用于实际测定，该法主要用于硫化物矿物的测年，如辉钥矿等。在80年代，应用蚀变矿物Rb一Sr等时线法测定热液成矿年龄得到了广泛发展，如钾长石、绢云母、绿泥石，以及伊利石等一些粘土矿物，都属合适的测定对象。90年代以来，应用石英和硫化矿物中的流体包裹体测定热液矿床的成矿年龄方法受到重视，热液矿床脉石英原生包裹体Rb一Sr等时线法在许多矿区的实际应用获得了良好结果，但也存在次生包裹体干扰和等时线难以拉开的困难，给测定结果带来一定误差。一些作者(刘建明，1998)建议应用共生热液矿物组等时线法，可以改善测定精度。在富含钙的矿物存在的矿床，如各种矽卡岩矿床，应用Sm一Nd法测定成矿年龄，也为大多数研究者所肯定，特别是对较古老年龄的矿床和矿物效果更好。近年来同位素年代学适应地学多领域的需要，开拓应用范围取得了进展:如地下水、石油、海水、湖泊年龄的测定，以及年轻地质产物的测定。36CI为宇宙成因核素，其半衰期为3.10xl护4年;适合于较老的地下水年龄测定，但由于36CI的丰度低、半衰期较长，一般质谱仪测定灵敏度达不到。80年代以来加速器质谱(AMS)技术的发展，提高了精度和灵敏度。使用36CI法适合测定50一2500年的水样。稳定同位素地球化学在理论和应用方面都取得了显著的进展:在理论上主要是进行了对‘吕O/‘60和D/H等体系的同位素平衡分馏和动力学分馏实验及理论计算，获得了一批新的分馏方程和分馏系数。在应用方面，使用轻、重稳定同位素示踪理论研究地质作用演化和成岩、成矿物质来源的问题取得了深人。张理刚(1997)通过多处典型矿床研究发展了热液矿床流体来源的氢一氧同位素计算理论和方法，建立了模型，论证了在多种成因类型的热液矿床中大气降水流体源的重要性。同位素示踪原理的应用推动了流体地质和流体成矿地球化学的进展。2.地球化学热力学和地球化学动力学自六七十年代以来，通过Garrels、Heigeson等人卓越的工作，地球化学热力学迅速发展，建立了地球化学的基本理论。通过实验和热力学计算编制了一大批描述自然地球化学体系的相图，计算模拟了重要成岩、成矿作用的理论模型，为定量半定量分析地质成矿作用的物理化学条件提供了依据。以封闭系统和平衡条件为基础的地球化学热力学，是理解和认识元素自然行为的主要参照模型。近年来，地球化学热力学向理论深度和数学模拟方向进一步发展，特别是应用统计力学、分子动力学等理论研究超临界流体的热力学状态，形成了研究热点，BelonoshkoA.B.与Saxena5.K.(1992)及Duan2.H.等人(1996)给出了高温高压HZO-COZ一HZS一NaCI体系的状态方程，为研究高温含复杂气相的地质和成矿流体的行为提供了理论模型。此外，应用计算机技术的热力学模拟是地球化学热力学的另一重要方向，如分子动力学模拟、蒙特一卡洛法(Monteearl。。ompute:Simulation)等，构成计算地球化学的一个新的领域。“70年代板块构造理论的提出，导致了地球科学思维的一次大的革命，即由传统的静态地球观发展到动力地球观”。地球化学把化学动力学的理论和方法引人地学研究，建立了地球化学动力学分支。地球化学动力学思维包含定量考察地质作用发生的物质和能量的输运、时间变量、作用进程和机制，以及应用数学模型描述作用的动态过程和相互制约关系;同时，作为基础学科在地质学中的应用领域，它具有多个结合点，并构成本分支学科的几个研究方向。自然化学反应动力学构成地球化学动力学基础研究，如矿物溶解动力学、长石水解动力学、水一矿物界面间的质量输运等，经过多年大量的实验，已有相当的积累。近年来，新理论和高精技术的应用，使反应动力学实验研究得到深人。YongLiang等应用原子力显微镜(AFM)进行了方解石溶解过程水一矿物界面反应的原位(insitu)观察，获得了方解石的特定结晶占位上两种溶蚀凹痕的扩展速率，取得了“实时的”(realtime)溶解动力学信息。并应用动力学台阶一丘一结模型(terraee一ledge一kinkmodel)和蒙特卡洛模拟求得方解石溶解动力学方程。地球化学作用是一种开放的、非线性复杂系统，定量模拟地质成矿过程的时空演化特征、及其动态祸合机制是地球化学动力学的核心课题。在这一方向上前期进行了大量的研究探索，建立了多种描述具体地质过程的动力学模型，并进行了数值模拟。针对地球化学作用多为多重藕合过程:如物质的输运、化学反应、流体运动以及热质传输等，对这样的复杂系统进行模拟必须解决多组成藕合过程的处理问题。近年来，由P.C.Lichtner发展了多孔介质中反应一输运动力学模型，建立了多组分一多相反应一输运连续性方程，对研究热液作用动力学提供了实用的理论模型。对远离平衡态过程的探索引人了耗散结构、自组织理论等理论模型。Jloc。B.Jl.等根据热液成矿的基本特征，如矿物组合的稳定性(对围岩和地质时代的无依赖性)和共同的分带规律、基本成矿组分在浓度场中的量子化及高度不均匀性和可分割性、分位性帅Pa二a二HocT。)等普遍规律，提出地球化学过程的同趋结性效应(。中中e二。、Bl1中，;Ha月。HocTI;)，并认为同趋结性是非线性系统在远离平衡条件下的一种自组织现象。地球化学动力学思维反映了现代地质科学的动力地球观。所建立的各种理论模型在地质科学的许多领域具有普遍性意义，并得到推广应用，如对热液成矿作用的认识、污染物质迁移扩散的描述、地热水和石油运移及采掘的预测等。但由于自然地质作用的极端复杂性，地球化学动力学研究仍处于探索阶段。当前，从不同角度提出的地球化学动力学研究方向都反映了针对具体地质领域问题的动力学观点:如地质地球化学动力学、化学地球动力学等。赞崇文提出了广义地球化学动力学(GeneralizedGeoehemiealDynamies)的概念，其含义指“各种不可逆过程(如力学的、物理的、化学的、生物的，以及地质的等)的速率、机制和进程，都引发于广义的动力学力”。同时指出作为地球物质运动的地球化学过程的动力学研究，应包括地慢对流、岩石圈热一力演化、造山带构造、区域变质等各种地质作用。因此，地球化学动力学是一种含义更广泛的科学思维，对推动地质科学现代化具有重要意义。3.现代地球化学技术地球化学的迅速发展在很大程度上得力于精密分析测试和实验技术的使用，其中也包含重视取样的地质代表性及合理布局，统称为地球化学技术。地球化学技术的进步依赖于精密科学理论和方法，现代地球化学已与高科技融为一体。近10多年来，又有一批精密先进的分析和实验设备引人地球化学研究领域，如等离子质谱(ICP一MS)、离子探针、加速器质谱(AMS)、扫描隧道显微镜(SYM)、激光探针(LP)、原子力显微镜(AFM)等。这些仪器具有高分辨率、多项目(包括同位素)、高精度微区、联机测定等优点，提高了微量、微区，包含多相和不破坏样品的测试质量。目前，高压、高温大腔体实验设备的研制也取得了明显进展:实验压力可以达到地核的高压条件，应用大腔体实验装置可以合成地慢物质，并研究地深物质状态。本文仅就ICP一MS和STM的应用效果概述如下。(1)感藕等离子质谱(ICP一MS)分析综合了等离子体激发源高温高电离效应和质谱技术的高精度和高灵敏度的优势，大多数元素检出限达10~100皮克/毫升，有些元素可达到0.001微克/克。利用质谱谱线便于排除干扰元素，提高分析精度;使用ICP一MS法测定同位素丰度比值具高质量效果，可用于多种目的的元素和同位素分析任务。(2)扫描隧道显微镜(STM)是1982年由GerdBinning(1956年诺贝尔物理学奖获得者)和HeinriehRohrer发明并投人使用的。它使人类第一次能够在原子尺度上观察到物质表面的显微结构以至原子的排列。扫描隧道显微技术利用量子的隧道效应测量物质表面的细微形貌，比电子显微镜有更高的分辨率:垂直分辨率为0.01纳米，水平达0.1纳米，并且具有在非真空环境下工作的优点。STM的工作原理是，将原子线度的极细探针和被测物体表面作为两个电极，当样品与针尖的距离小于1纳米时，在外加电场的作用下针尖与样品间产生隧道电流，其强度与针尖和样品表面间距离呈函数关系。在一定的装置上用探针扫描样品表面，可获得物质表面形貌结构图像自1987年G.W.StLlpien把STM技术应用于研究矿物表面微形貌后，先后有Stupien、Eggleston、白春礼、马哲生等应用STM对辉钥矿、黄铁矿、方铅矿、自然金等矿物，和一些有机与无机物质表面进行观察，发现了大量以前未观察到的物质表面结构。叶荣、赵伦山、马韶生应用STM观测了胶东金矿等多种成因和产状，以及人工合成的黄铁矿的表面微形貌，发现了一组新的结晶形貌类型，提出矿物微形貌特征具有成因意义，包含着多方面的成矿热力学和动力学信息的结论。
(二)应用地球化学—地球化学的社会功能1.勘查地球化学“深穿透”探测技术当前，固体矿产勘查的关键问题是寻找隐伏矿和深埋藏矿体。80年代，勘查地球化学家观察到一种新的地球物质的迁移形态，即“地气”携带的金属物质微粒，将其应用于矿产勘查，有可能开拓为新的地球化学勘查技术。自1982年，K.Kristiansson和L.Malmqvist在进行地气微气泡流观测中发现，在深部存在贱金属矿体的上方，地气流中除含有与下部基岩相近的化学元素存在，如Si、K、Ca、Fe等外，易挥发性元素如S、Cl等含量异常地高。他们在瑞典Renstron等铜、镍、贱金属矿床实测结果发现，地气中含有Cu、Zn、Ni、AS、Pb等元素异常;在排除了地表取样时受疏松介质污染和分析误差的可能性后，确认所捕集到地气样品中的金属元素与造岩元素的比值较基岩中高100倍。指出金属元素可能以某种形式被不断上升的微弱气泡流穿过岩石裂隙或孔隙向上搬运的结果，并提出利用这种地气搬运的金属异常“可能成为勘查隐伏矿化的新方法”O。几乎同时，俄罗斯的c.B.l，邵r叩月H进行了类似方法的观测，他使用“离子捕集器”在矿区地表近地面大气中扑集到由深部上升到地表的“离子气”。进一步的实验研究在金矿、热液多金属矿床、黄铁矿型铜矿、硫磺矿、含金刚石金伯利岩区进行，实验结果都发现在矿体正上方存在“离子晕”，所揭示的盲矿体深度可达200~800米。从而提出了“离子测量找矿法”(lxoHo、，eTp，1、eeK;InMeTo皿;101，eKoB)。关于离子气的形成机制，Fpl，，，opoH认为可能是“电蒸发效应”(Ilapo。:e、Tp、，、eeo.，n冲中e、T)的结果;形成金属气活化的具体机制有待进一步研究，但其用于探测深部盲矿的应用价值是无可置疑的。“地气法”受到国际勘查地球化学界的普遍重视，先后在我国、澳大利亚、美国、捷克等国从不同角度、不同方案进行实验研究。谢学锦应用地气法在胶东金矿、乌兹别克斯坦穆龙套金矿、澳大利亚奥林匹克坝巨型Cu、U、Au、Ag矿等，以及胶东、川北、安徽等大区域范围内(包括覆盖区)进行了区域性地气法测量实验。结果证明，测区内大型矿床在地气异常中都有显示，还发现了一批新的异常。实验证明在覆盖区进行区域稀网度的地气法测量，有可能成为找隐伏矿和深部矿的有效方法，特别对寻找大型和超大型矿更具优势，可用于战略性和战术性勘查目的，谢学锦称其为“深穿透地球化学测量”(Deep一penetrationgeochemicalsurveys)。研制了“金属活动态法”(MOMEO)和“地气中纳米态金属法”(NAMEG);探讨了元素的迁移机制，认为地球深部气体以微气泡形式携带超微细颗粒金属元素达于地表，这种作用具全球规模，因此称为“地球气”(Earthgas)更为合适。吴传壁提出“类气相”垂向迁移的概念。任天祥等称为“纳米物质测量”。当前，在勘查地球化学领域中以地气法为代表的元素活动态测量，在技术方法上取得了突破，该法有可能在今后几十年内为隐伏矿资源勘查发挥经济效益。金属及其他元素活动态通过地球气微气流携带由地深向地表迁移的机制，尽管目前认识还不够清楚，从大量实测资料看，这种迁移方式是存在的。事实证明，地球从过去到现在持续地进行着脱气作用，充满固体地球空隙的地球气，携带着由纳米级物质构成的微粒或“飘尘”，其成分与所处周围岩石有关，微气流垂向迁移至地表以至达大气圈。这种全球性带有深部信息的“射气”作用，有可能被利用成为人类“透视”地球的一种机制。2.“生存危机”与环境地球化学保护自然环境是国际社会讨论了几十年的问题。然而，时至今日人们谈到这个话题却感到越发沉重。原因是经过几十年努力，环境问题只是在某些局部地区得到了改善，就人类全球总体生存环境状况来说，却在不断恶化。H.D.Holland指出，生存危机是一个首要问题，人类社会盲目的经济发展，带来了水、大气、土壤环境状态的破坏，全球性环境恶化问题情势严峻;地区性有害物质聚集的“化学定时炸弹”潜伏杀机。在当前全球人口剧增、资源枯竭和经济不振的背景下，频繁出现的环境灾害无异于对人类生存状态是雪上加霜。他还提出的目前全球性环境问题有:有机燃料燃烧，大量CO:排放;厄尔尼诺灾害性气候;南极臭氧洞;沙漠化及荒漠侵蚀;工业区水和土壤污染，作物减产;森林砍筏;地质灾害如地震、山体滑坡、泥石流;地方病等。本文仅就致害比较严重，又有某种紧迫性的问题概述如下。(1)温室效应与厄尔尼诺灾害全球性工业化加剧了矿物燃料的开发与燃耗。据统计1996年全球向大气圈排放COZ总量达62.5亿吨碳;目前大气中CO:浓度比工业革命前增加了50%;甲烷浓度也增加了近两倍。温室效应造成的全球气候变暖、冰层融化、海面上升、中纬度地区干旱扩大等环境后果，已为大量的研究工作所论证。全球气温升高导致了愈来愈严重的“厄尔尼诺”灾害气象。近年来厄尔尼诺现象发生变得更加频繁，每次持续时间变长。1997年厄尔尼诺现象比往年持续时间加长，破坏更为严重。自1997年10月以来，美国和南美洲沿太平洋海岸地区发生连续暴雨，造成大面积洪涝灾害，经济损失严重，同时在东太平洋地区异常干旱，印度尼西亚、澳大利亚连续发生森林大火和农业旱灾。大量C02排放所造成的环境后果是全球性的、多方面的、极严重，其危害目前有些可能还没有充分认识到，为此人类不得不认真调整自己的工业发展速度，以取得与大自然的协调。(2)地方病灾害与“化学定时炸弹”地球上那些人体必需元素不足或对人体有害元素过剩的地区，即地方病肆虐的地区也属有害人类健康的环境区。全世界还有数亿人生活在这类地区。在一定条件下，地方病也能造成大面积的爆发性毒害事件。90年代以来，我国先后在内蒙古和晋北地区发生了地方性砷中毒事件。以晋北大同盆地山阴、应县为例，自90年代初部分居民开始饮用深井(20~60米)水以来，陆续发现手、脚掌踢角化，身上色素沉着(生黑斑点)的患者，严重者四肢乏力，丧失劳动能力，专家诊断确认为地方性砷中毒症。在桑干河支流黄水河流域中毒严重的村镇，患病率达50%以上，近年来病区出现癌症多发现象，已经引起当地政府和卫生部门的重视。经卫生和环境部门调查研究证实，病区深层地下水为砷含量严重超标的毒性水，水中砷含量为1.3一。.002毫克/升，平均为0.4毫克/升。地球化学研究还证明，大同盆地周边分布的太古界恒山杂岩及石炭系、二叠系地层和煤系建造均属富砷岩石，为砷主要原生来源。富砷的第四系更新统湖相泥砂质含水层为砷的次生来源，区内大量的工业燃煤构成砷污染的补充来源。研究表明，黄河河谷地区属新生代断陷盆地构造，深埋藏含水层有储集地下水的构造环境，第四系更新统顶部发育一层黑色富有机质层，使其下部含水层形成还原条件，水中ASS+还原成As3+，提高其毒性60~100倍。干旱气候使地下水补给和交替缓慢，并因强烈蒸发作用而聚砷。这种地下水一旦被开发出来，就会造成严重的砷中毒，其性质和危害类似于“化学定时炸弹”，这属原生成因。在我国北方干早地区，具类似的地质、构造、水文和地球化学条件的地区比较普遍，存在含毒性砷的深埋地下水的可能性很大，特别是随地区经济发展，开发深层地下水将是必然的趋势，甚至可能有些地区已经被开发、饮用，或已经发生中毒而未被确认。因此，在我国北方干旱地区开展系统的富砷地下水的调查和预测，有非常重要的意义。地球上大片存在的有害健康的原生环境地区，以及由人类经济活动造成的污染，严重地威胁着大量人口的健康甚至生命，这种局部存在的“生存危机”因素，甚至潜伏的“化学定时炸弹”是具有紧迫性的环境问题。在解决这类课题中地球化学应当起更重要的作用。
关键词：矿床 地球化学 勘查 普查
中图分类号：P632 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2014）08（a）-0036-02
1 勘查地球化学的理论基础
勘查地球化学的理论基础是成矿物质在成矿过程中，在围岩中留下元素运移轨迹或在成矿以后，通过分散在四周岩石、土壤、水系沉积物、水、植物及气体中形成各种类型的地球化学分散模式，根据这些元素变化轨迹或分散模式去追踪和发现新的矿床。这一理论基础的体系可以从下列经典著作或出版物中得到体现。
1977年前苏联A1Beus和S1V1Grigorian的《矿床地球化学勘查方法》一书系统阐述了原生晕找矿方法和原生晕分带理论以及利用原生晕找盲矿所取得的辉煌成就。1979年谢学锦的《区域化探》一书对区域地球化学勘查理论进行了系统阐述。2000年王学求和谢学锦所著《金的勘查地球化学）理论与方法#战略与战术》对金矿地球化学勘查的理论与方法进行了系统阐述。同时， 1970年国际《地球化学勘查杂志》的创刊，使得勘查地球化学家可以更深入地发表最新研究成果，广泛地传播勘查地球化学知识。
近几年以来，我国勘查地球化学的专家在地球化学填图、深穿透地球化学与隐伏区矿产勘查、巨量金属聚集与大型矿集区定量识别与评价、难识别类型或难识别矿种勘查、地球化学块体等方面已经取得了很大的进展，并推动勘查地球化学进入到新的一个理论阶段。
2 勘查地球化学历史回顾与发展形势
勘查地球化学诞生于20世纪30年代初，历经70多年的发展，已经从矿产勘查从属地位的一种战术手段上升到能够左右整个矿产勘查全局的战略地位，并且从一门经验或技术，发展成为一门地学分支科学。
近十多年来，随着可持续发展战略的提出，勘查地球化学得到了迅速发展，但它也面临如下的挑战，主要表现在以下几个方面。（1）全球各种介质中的地球化学基准与全球地球化学填图。（2）隐伏区三维地球化学分散模式、深穿透地球化学与隐伏区矿产勘查。（3）新理论、新方法的研究与推广。随着较大比例尺矿产评价工作的开展和新领域的开拓，现有的方法技术尚存诸多问题，需要分类进行专门研究，以推进化探新理论、新方法的研究。例如，难识别矿种或难识别类型的地球化学勘查与评价方法；巨量金属的聚集机理、地球化学块体与大型矿集区或巨型矿床的定量评价。（4）资料的合理利用与开发。（5）知识及观念的更新。（6）管理体制等问题。在新的体制和机制下，针对资料利用、项目管理、人员素质、组织协调等问题，管理工作也要随之进一步改进。
3 存在的问题及策略
3.1 区域地球化学
我国的区域化探走在世界前列，形成了一套基本工作方法。近几年，全球地球化学填图和地球化学基准等区域性研究课题，仍是国际上的热点。专家们普遍认为，我国76种元素地球化学填图的试点已取得初步成果，坚持做下去，其意义将不亚于“门捷耶夫元素周期表”。
3.1.1 区域化探资料利用率偏低
我国自1979年开始/区域化探全国扫面计划0（即地球化学填图），采样密度从1个样/km2至1个样/几百km2，覆盖面积从几千至上百万km2。这些巨大的面积以及所提供的巨大信息为新矿床的发现作出了巨大的贡献。但是，这些“海量”数据及资料没有达到共享机制，不利于广泛的利用和深入研究；资料的利用程度较低，找矿信息未充分发掘，利用这些资料研究基础地质、环境地质问题等方面的潜力有待进一步开发和利用。
（1）在战略上将全国地质工作的战略部署、全球气候变化、资源环境变化放在一块考虑，以1∶500万～1∶1000万比例尺，把区域化探资料与基础地质、构造作用，以及全球尺度的浅表部和深部地质作用结合起来，作为一个大课题来研究，可为基础地质提供更多新的信息。（2）把化探资料的区域背景与地球块体、不同构造区、大的成矿带联系起来，从地球演化的角度进行综合研究，在地质理论和基础研究中发挥作用。（3）在区域成矿作用研究方面，过去利用的元素少，偏重于研究局部异常，很少从大的成矿角度来考虑问题。应该把区域化探资料与地质和物探很好结合起来，从成矿系列的角度反映大的成矿战略区。据资料介绍，近期在/三江0地区所作的勘查地球化学研究表明，这种做法很好地反映成矿系列的空间分布规律，将成矿作用研究提升到了新的层面。（4）在地质填图中解决地层、构造等问题，这种工作已有了新的开端。（5）在环境、农业、林业、牧业等方面的应用潜力有待进一步挖掘。
3.1.2 方法技术的改进是实施各种战略的保证
（1）区域性地球化学资料的采集是一项基础性工作，特别是覆盖、浅覆盖和中覆盖地区的信息采集需要很好的解决。目前，我们已经研制了深穿透方法、活动态、地气法等方法，应在此基础上继续加强研究。（2）测量数据的真实、可靠，是一个至关重要的问题。近几年的研究成果表明，按照目前的规定及规范来执行，取得的成果有时与测区的实际情况有一定的冲突，甚至严重冲突，这涉及到野外采样的方法技术问题。（3）我国森林沼泽区的工作方法已做过6次研究，总的看来，理论研究程度较低，在如何利用这些资料进行填图、找矿等方面还需要进一步研究。现行规范只是从地球化学角度制定的，没有考虑其他方法的综合应用，应该走多学科综合研究的路子。（4）对于一些特别的地球化学勘查新方法，包括野外调查方法和分析方法，只要有一丝希望，就应给予支持，以利其发展；对新方法的研制，在局部试验与面上推广之间，应该设立过渡性研究，以便进行验证和完善。（5）新方法的研制应该做到方便、实用，具有可操作性。目前在区域和局部工作中开发的一些新方法，如金属活动态、地气法、偏提取等，科研单位尚可使用，到了生产单位和生产实践中，问题就很多。
3.2 矿产地球化学勘查
矿产勘查仍然是我国化探工作的主要任务，主要表现在以下几个方面。（图1）
3.2.1 开展与区域化探扫面相衔接的大比例尺矿产评价工作
区域化探扫面统计资料显示，自“六五”以来，区域化探完成646万km2，1∶5万化探完成121万km2，更大比例尺化探完成11.8万km2，三者的比例是83∶15.5∶1.5；自调查局成立以后，区域化探完成53.6万km2，1∶5万10万km2，更大比例尺017万km2，三者的比例是83∶16∶1，两个时期的比例大体相同。从矿产勘查的角度说，1∶20万以小比例尺工作是“战略布局”，1∶5万工作是“短兵相接”，更大比例尺工作才是“刺刀见红”。
3.2.2 研制1∶5万矿产快速评价技术
与1：20万工作相比，1∶5万评价有其特殊性。由于工作区缩小，干扰因素和景观特点变化，沿用内地的和区域上的工作方法可能会出现问题。东天山和冈底斯带的试点评价工作表明，在一个成矿带内，景观有差异，工作方法不一，所获资料的真实可靠性难以判定，给1∶5万化探工作造成很大困难。与区域化探工作和更大比例尺化探工作相比，1∶5万化探工作的难度要更大一些，应该有细致的方法技术研究。此外，1∶20万化探测试了几十种元素，检查了几万个异常，但80%的精力放在了找金矿上，其余信息远远未能充分利用。由此可见对1∶5万矿产快速评价技术还相当薄弱，在今后一段时间是需要重点解决的问题。
3.2.3 1∶5万化探方法技术研究课题设置
对1∶5万找矿，可以划分三类地区进行研究。
（1）东部中低山丘陵区，工作虽相对容易，但并没有完全搞清楚，只依赖于经验模式，漏矿的可能性还是比较大的；（2）干旱半干旱荒漠区，主要指北部和西北部地区，所发现的面积大、含量低的异常应很好评价；（3）西部高寒深切割地区，这里的1∶5万异常评价方法还不很成熟。
建议在三类地区各选3～5个省作试点，把1∶20万评价得出的所有异常都做三级查证，做完以后再做1∶5万工作，逐个进行评价。把1∶5万工作阶段取得的经验向全国推广，提高1∶20万资料的利用程度。
3.2.4 隐伏矿勘查和危机矿山深部找矿
寻找隐伏矿是矿产勘查的热点之一。近些年来，国内外正在积极研究深穿透地球化学找矿方法，识别大型和巨型矿的地球化学定量方法。就我国东部而言，虽然工作程度已较高，随着工作深入和观念更新，仍有可能找到新的隐伏矿床。危机矿山的深部找矿，也是一个急迫课题。在这方面，我们以往开发过不少技术，如原生晕、构造地球化学、热释汞、卤素、相态分析等，实践证明这些方法都是行之有效的。但是，这些研究工作进行得较为零散，缺乏系统和持续的研究和应用，应该采取措施继续给予支持。
3.2.5 难识别矿种或难识别类型的普查评价
勘查地球化学的特点就是它借助于分析技术，可以有效识别肉眼无法识别的矿床类型或矿种，过去在发现难识别矿种或难识别类型上取得了巨大成功。但现在依然有些新的难识别矿种或难识别类型矿床，有待于深入研究和找矿技术的突破。如砂岩型铀矿、黑色岩系中铂族元素矿床、稀有分散元素矿床和油田中伴生金属矿床等。其中黑色岩系区的资源调查，除找铀、钼、钒、稀土外，寻找复合微肥也有很大的生态意义。
3.2.6 境内外矿产对比和勘查
近几年，有些专家指出：应加强境内外矿产对比和勘查的问题研究。如彭齐鸣专家明确指出：我国化探技术位于国际领先水平，应加强境内外的对比研究工作，特别应注重与周边国家，如蒙古、俄罗斯、哈萨克斯坦、东南亚等国家的化探交流和学习，加强与境内外化探工作的对比和方法技术研究。
4 结语
（1）应该把勘查地球化学数据共享作为一个战略问题来对待。80年代以来我们积累了大量的化探数据，没有得到很好的开发，难题之一就是没有共享机制。建议划分为三个层次进行：地调项目内部使用、国家使用、商业使用等，并在此基础上制定相应的使用办法，形成一个机制或制度。（2）规划课题设立和成果评审应强调前瞻性、创新性，对那些“成果已经装在口袋里”的项目，不应再予立项。（3）在化探的各个应用领域中，应从立项开始，鼓励和引导化探与地质、物探、遥感及其它相关学科开展综合研究。
参考文献
作者：蒋志 单位：中国人民武装警察部队
“地球化学，，一词虽然早在1838年就由舍恩拜因(CF.Schonbein，1799一1868)提出，但作为一门包含众多分支的成熟学科则是整个20世纪的事情。可以把地球化学的众多分支大体上分为三类:以时空为背景的分支、以能量为背景的分支和以能量一时空为背景的分支。
本文的目的不在于具体论述这三类地球化学分支，而在于指出它们的背景和前景。从背景上看，这三类分支应当有同样的理论背景，无非是粒子和能量之间的相互作用。如果把粒子和能量之间的作用看成是粒子泡在巨大的辐射能海中的作用，那么，就构成了地球化学理论的能量背景。
当然，在粒子不断吸收和发射能量子时，能量子和粒子的时空运动都应是随机的，就形成了地球化学理论的时空背景。实际过程是，能量背景和时空背景同时存在，就应当形成地球化学理论的能量一时空背景。这样，由地质体中能量子和粒子的相互作用给出的是三种地球化学理论背景。在此背景下，研究的前景包含如下几点。
首先，无论从能量角度还是从时空角度研究元素的地球化学运动，所发现的元素地球化学运动特点都是从不同角度发现的同样特点。因此，无论从能量角度研究，还是从时空角度研究，三种研究的理论研究空间应是大体相同的。
其次，就理论研究的现状而论，从以能量为背景的地球化学研究到以时空为背景的研究，再到以能量一时空为背景的地球化学研究，其理论研究程度依次降低。因此，从研究空间和研究程度两个方面看，在地球化学理论研究中，以能量为背景和以时空为背景相比，后者的研究前景远远大于前者。以能量一时空为背景的研究还几乎是一片空白，不过，顾名思义，地球化学应具有两方面的特点，地学的特点和化学的特点。
化学的对象在“坛坛罐罐”中，能量对化学过程的影响却非常明显，并多从能量的角度研究。地学的研究对象在“地球”上，时空特性是第一的，并多从时空的角度研究。地球化学具有两方面的特点，就应该有两个方面并重的研究，也应该有两个方面结合的研究。主要从事典型研究的，多在标本上和坛坛罐罐中进行，更像化学研究，以致于从能量角度研究成了理论传统。
而在勘查中，虽有大量带空间坐标的地球化学数据，却只是用来圈定异常、矿体和资源量计算，以致于从时空角度研究成了理论的空缺。因此，应有的两个方向，即从以能量为背景的理论研究走向以能量一时空为背景的理论研究的方向和从以时空为背景的理论研究走向以能量一时空为背景的理论研究方向。作为例子，文中介绍了我们在后一个方向上所做的统计地球化学研究。
【关键词】地球化学测量法；金矿；勘察
地球化学测量方法是针对寻找隐伏矿需求而发展起来的一种新的勘察技术，通过了解土壤之中的元素分布、总结元素分散与集中规律，进而研究其与矿产分布之中存在的联系，和分析土壤中元素的异常性和变化来寻找矿床。经过多年的实践总结，这种方法在金矿勘察与开采中应用较为广泛，对促进金矿勘察与开采起着重要作用。
一、地球化学测量方法概述
地球化学测量是近几十年随着信息技术、化学技术和勘察技术的发展而形成的一项新的技术体系，在工作中主要是通过发现土质中的异常，并解决和评价其中存在的异常状态来进行找矿工作的。这种异常状态对于地球化学背景而言又存在着特殊性与不确定性，因此在工作中研究地球化学异常是整个工作的基本环节，也是解决问题的主要方法。在找矿工作中，在矿区或者未曾受到矿产元素的影响，区域内的地质条件和天然元素未曾发生明显的地球化学变化，则这一区域被称之为地球化学背景。
二、地球化学测量方法的应用意义
矿产资源作为社会发展和人类生存的主要物质基础，在世界经济的不断发展中，人类对于矿产资源的需求量不断增加。经过多年的矿产开采和勘察，使得在目前的矿产勘察中新的矿产产地的寻找越来越困难，大型矿床的勘察更是存在着巨大的隐伏性和机遇性。根据多年的矿产勘察实例进行分析，采用化学测量方法进行矿产资源勘察与开采是十分有效的途径，尤其是在有色金属和稀有金属的勘察中，其效果表现的尤为明显。在金、银、铂等珍贵金属矿产的勘察历程中，这种方法的应用已成为一种见效快、成本低的技术手段，同时在地质样品分析技术不断完善与改进的新时期，地球化测量方法中对于微弱矿化的直接接受和辨别信息的能力不断的提高，对于辨认矿产种类、发现矿产储量提出了更加丰富的技术依据和理论基础。
三、地球化学测量法勘察金矿的主要方法
随着勘察程度的提高，在出露区找到新矿床的可能性变小，加强隐伏区找矿法的研究与应用是广大地质找矿工作者面临的挑战。
1、定点及编号
将采样点的位置准确地标定在相应的图件上称为定点。测区用规则测网采样时，将测量结果换算成坐标落在图件上。采样点的误差最好不超过点线距的1/20-1/10。若用不规则测网采样时，定点的误差要大些，一般要求定点的误差在相应图中不超过1mm。编号应按所采样品顺序、工种、不同方法分别进行连续编号。
2、采样
2.1采样对象为基岩
地表岩石测量采样有三种方式：采新鲜基岩、采半风化基岩和风化基岩的残积碎块。采集时一般在直径1m范围内，敲取3-5块组成一个样品，分别包装不得混淆。要注意避免样品的人为富集和贫化。对钻孔岩石采样时，应对岩芯自上而下按一定间距采样，每个样品在点距1/10范围内采3-5块组成。点距一般为0.5-5m，近矿加密，远矿放稀。浅井、探槽、坑道内的采样基本与钻孔岩芯采样相同。进行岩石背景测量采样（即正常区的岩石采样）时，应在采样点1m2的范围内，均匀采取无矿化现象的新鲜基岩3-5块组成一个样品。为了有代表性，同种岩性样品数一般不得少于30件。所有岩石测量的样品重量一般为100-200g。
2.2对象为正常发育的残坡积层
样品应当采自最富含指示元素的层位，一般采自残积层。腐植殖层因含大量植物根系等有机质对分析工作不利，故不予采集。混入的岩石碎块、植物根系应予除掉。每个样品的原始重量为100-150g。
2.3金矿岩石测量
原始样（100-200g）干燥粗碎过20目筛孔研磨全部过30目筛孔缩分至40g研磨过80目筛孔取20g送分析剩余部分留作副样。
采样层位的确定原则应为有利于金属活动态富集的稳定的层位，样品为长期滞留本地，基本未经运移。在首先考虑土壤样品的代表性和有效性，保证地质效果的前提下，要注意提高工作效率，控制经济成本。
3、加工
样品加工的目的是使样品的物质组成和粉碎程度符合分析测试要求。土壤样品采集后，均严格按样品加工的操作程序标准执行，采用风干、日晒的方法，随时擦搓或用木棒轻敲碎样品，过40目筛，装入纸袋。为防止各种污染，加工完一个样品后，将所用工具刷扫干净，再用于下一个样品的加工，并对当日加工的样品进行查对，查对无误后每10个样品用线绳扎紧，按顺序装箱。样品加工程序是：晒干搓碎过筛充分摇荡对角线缩分装袋装箱。样品加工满足化探工作要求。土壤样品过40日后，交中心实验室加工处理，磨碎至200目进行5个相态的提取测金分析。
4、数据处理
勘察地球化学数据处理是应用数学方法从地球化学原始数据中提取指示元素的信息，揭示指示元素含量（变量）与各种地质现象的内在联系。其结果和图示信息为异常圈定、异常评价和靶区筛选找矿提供有效的研究和服务。只有确认测区内元素含量是属于或近似于对数正态分布或正态分布时，才能用数理统计方法确定背景值和背景上限值。如果符合，可以用正常的程序进行处理，如果不符合须对原始的数据按照一定的规则进行剔除后才能用正常的程序进行处理。常用的方法有偏度、峰度检验法。
四、地球化学测量法金矿勘察的作用与效果
勘察地球化学自20世纪30年代初诞生以来，经过70余年的发展，已经从矿产勘察的一种经验或技术，发展成为一门行之有效理论体系的地学分枝科学。目前除了传统的土壤地球化学测量、水系沉积物地球化学测量、水地球化学测量等方法外，还发展了如构造叠加晕法、热释汞法、电地球化学法、酶提取法、地气法以及金属活动态测量等新方法。
矿产勘察工作是一项复杂的系统工程，任何一种单纯或单一的化探方法都很难对发现的化探异常做出圆满的解释。因此在实际勘察工作中，必须从思想上重视化探方法与地质、物探、遥感等技术方法的综合应用，充分发挥各学科的特长和优势，最大限度的克服异常的多解性。此外，任何一种找矿标志和指示元素都会不同程度地受到矿床类型和成矿条件的限制，因此，在利用上述方法时还必须结合具体矿区的地质背景，在地质研究的指引下有针对性的进行。
[关键词]化探 找矿 应用效果
[中图分类号] P632 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-10-87-2
1地球化学探矿方法的作用分析
1.1地球化学探矿方法的发展综述
化探这种方法是在近代地球化学和微迹分析技术的推动下逐步发展起来的，上个世纪30年代该技术在前苏联、挪威、瑞典等国家获得推广使用，直至上世纪50年代才逐渐获得全世界的关注。我国是在1952正式成立地球化学物探的工作机构，该方法也由此进入了快速发展阶段，并取得了一定的成果。
1.2地球化学物探的作用
（1）矿产普查方面的作用。
化探法目前已经能够成功应用于铜矿、铅矿、镍矿、汞矿、钒矿、磷矿、钛矿、硼矿以及锡钨矿等多种矿床的普查，并且应用该方法普查磁化矿床的地质效果也获得了大部分勘测作业队伍的认可。但是也有少部分持不同看法，这部分主要集中在锡钨矿探测工作中，如某个地区中的镍矿虽然是采用重砂法探测出来的，但也同样肯定了金属量测量的效果，只不过后者的成果得出的时间较前者稍晚一些。实质上化探法在稳定矿物矿床的普查过程中，同样具有良好的地质效果，而有些地区采用金属量测量法对钨矿床进行普查的效果不好的主要原因是由于分辨分析的灵敏度相对较低造成的。按照地球化学异常的组分特征能够较为明显地反映出矿产的具体分布情况。举个例子说明一下，秦岭1：5万面积的金属测量成果表明，在某地探测出以钨这种组分散量为中心、两侧为连续和不连续的铅分散量和锌分散量，最外侧则为锌分散量和汞分散量，这种呈现出较为明显的北西南东方向的分散量，充分反映出了该地方沿四个方向零星分布的小侵入体中的砂岩型钨、钼矿和磁铁矿等高温矿床。此外，我国在运用水化学方法找矿上也取得一定的成果，例如某地质勘测局在进行1：20万综合区域地质测量工作中，运用水化学进行探矿结果表明钨、钼、铅、锌和镍的水分散量相对较为明显，其中还有几个水化学异常区与金属量测量圈定的异常区域吻合，同时，还发现了十余种元素的水分散量，包括铅、锌、铜、钨、锡和钼等等。通过这一成果在秦水附近的硅质岩层当中探测出了含磷的底层。
（2）资料应用方面的作用。
通过化探方法获得的资料能够说明很多重要的地质现象。我国部分地质勘测队获得的资料表明，通过某一些特殊元素含量的变化情况能够明确区别不同岩性的岩体。例如，镍、铬、钴等元素能够充分反映出基性岩体或是对某些地层进行划分，而钼、铅等元素则可以用作不同岩性岩体的区分。所以，利用1：20万化探能够之处获得进一步找矿工作的地质体以及其它一些地质现象，如断裂带等等。
（3）矿床类型成因分析方面的作用。
化探法综合指标规律的出现，能够充分反映出矿床共生规律，并且还能够提供矿床的具体成因类型方面的有关数据。例如，有些地区的铅、锌地球化学异常，这说明该地区具有铅、锌狂稠密共生的规律。由于我国广东地区的锡、钨矿与铅、锌矿在空间分布上为共同关系，由此便发现了铅、锌、钨共存的分散量。此外，我国某些地区1：5万分散流的工作总结结果表明，按照分散流中综合指标中的规律发现钨、锡、钼、铂等元素是区分高温和低温矿床的重要指标。而砷和钼这两种元素对于区分中、高温热液型铅锌矿也具有良好的指标作用。
2综合地球化学探矿方法的试验应用效果研究
2.1试验测量的目的
所谓的试验测量具体是指在某个地区准备进行生产前，选定最佳的采样方法和分析方案，它是借助选择与所要探寻的矿床类型、地质条件以及地球化学景观等相似的已知矿床进行试验确定的一种方法。对于不同地球化学测量方法而言，其试验测量的内容基本都不相同，但是总体来讲，无论采取何种测量方法，试验目的都是为了了解覆盖物的性质、地质构造特点以及岩石性质等，并通过选取样品介质、确定采样密度、样品粒级和层位给出具体的样品处理方案，以试验结果为依据对地球化学异常特点进行研究，对各类影响因素进行分析，进而提出找矿标志。试验测量基本上都是在已有资料的基础上，利用实际经验有侧重点地开展工作，整个试验测量过程中最为重要的工作有样品类型、取样介质以及指示元素等有效性检验。
2.2试验测量效果分析
在进行化探工作应～严格执行DZ/T00111-91标准进行，整个工作过程分为野外采样、样品测试、资料整理等几个阶段。
（1）野外采样。野外工作采取1：1万化探土壤测量，建立100×40m矩形规则网，每平方公里平均采样250个，侧线布设为南北走向。①采样部位。基岩风化层的顶部残积层，在实际采样过程中应当防止样品污染的情况发生，当遇到废石堆、河床堆积等无法采样的情况时，可采取弃点或是移点，但必须在记录中标明具体原因，移点的最大距离不得超出取样点的20m的范围，并且应当留存GPS坐标。②采样方法。每个采样点都应当在周围10m这一范围的3-5处进行取样使其组合成一个样品，采样点应当逐点进行标注，取样粒级控制在-4～+20目这一区间范围内，样品重量应当大于等于160g，过筛残留物质不得超过5g。
（2）分析方法。按照1：20万化探资料确定分析元素如下：Ag、Cu、Pb、Zn、As、Sb、Bi、Hg、Ni、Mo、Co等。分析质量监控标准执行DZ/T0011-91中的有关规定要求，各元素的分析方法及质量指标如表1所示。
（3）图件编制方法。①点位数据图。利用野外采样的实际点位即GPS定位下载坐标数据来确定点位，并将分析元素的报告数据与实际点位对应成图。②单元素地球化学图。本次试验根据表中元素编制了相应的地球化学图，等值线间隔采用对数0.1ug/log间隔勾绘出等值线，图饰以及色区的划分全部按照DZ/T0011-91规范中的相关规定执行，并对极个别的色区进行了相应调整，整个着色过程全部在微机上操作完成。③综合异常图。按照元素地球化学分类及测区内元素的组合特征，将表1中所有元素分为三组，各元素异常均按照确定的异常下限由单元素地球化图上提取，并以不同的颜色和花纹表示，同时与简化地质图套绘而成。通过此次试验测量取得了该地区基础的地球化学依据，经分析后圈定出综合异常2处，这为以后工作的开展提供了有用的资料。
参考文献
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【关键词】地球化学；土壤测量；找矿
中图分类号： P632+.1文献标识码： A 文章编号：
引言
在当前地质找矿领域，由于地表找矿难度越来越大、地表基岩露头又少、水系又极不发育，运用土壤地球化学测量方法在寻找隐伏的矿产中发挥越来越重要的作用。利用土壤地球化学测量扫面，能迅速缩小工作区范围，圈定找矿靶区，为部署进一步找矿工作和研究区域、矿区成矿规律提供重要信息。
1 土壤地球化学测量的方法及其原理
土壤地球化学找矿是在系统地测量土壤中元素的分布的基础上，研究其分散、集巾的规律及其与矿床表生破坏的联系．通过发现异常，解释评价异常来进行找矿的。由于矿体及其原生晕的表生破坏，在矿床上覆土壤中形成的，与成矿有关元素的含量增高的地段，称为矿床次生分散晕(简称次生晕)。土壤地球化学找矿就是要在所发现的土壤地球化学异常地段中。区分出与矿床有关的次生晕，进而达到寻找矿床的目的。
1.1 残坡积层次生晕的形成
土壤是在岩石风化的基础上通过成壤作用逐渐形成。主要成分是矿物质和有机质。成壤过程中发生物理风化、化学风化及生物风化。在土壤垂直剖面上生物和生物化学作用随深度加大而减弱，出现了土壤分层现象。主要分为以下层位：
A0层：植物残体，部分被分解。
A层：淋溶层。
A1亚层：为富含有机质的砂、粉砂和粘土组成。
A2亚层：由于此层粘土矿物．可溶性碱、铁铝锰氢氧化物及有机质大量被淋溶(包括微量元素)而成浅色层。主要南砂(SiO2)组成，并含有一定量的粘土、粘性差，较松散。A2亚层的厚度多小于30cm。
B层(淀积层)：由A层淋溶下来的Al、Fe、Mn氢氧化物及粘土质点在此层淀积，故称淀积层。B层因更富含粘土，粘性强，具粘土结构，由于Fe、Mn的存在，使土层呈黄褐色，棕褐色。C层(母质层)：淋溶和淀积作用的不发育，含有风化程度不等的、部分被分解的岩石。c层是形成A、B层土壤的“母质”，故称母质层。
D层：未风化的基岩
1.2 次生晕的形成作用
残坡积层形成过程中，由于矿体及其原生晕的风化破坏，与成矿有关的元素在表生条件下以矿物碎屑、胶体质点、水溶液或离子形式迁移。迁移到矿体及其原生晕周围的残坡积层中，便形成了次生晕。在次生晕的形成过程中，元素迁移成晕的方式主要下列几种：
(1)机械分散：元素呈周相进行迁移。对于W、Sn、Cr、Ti、Au等矿床机械分散是形成次生晕的主要作用。
(2)水成分散：在表生作用下矿石中的组分在水中呈分子、离子、络离子或胶体等形式进行迁移。这种分散作用对于硫化物矿床的次生晕形成最为典型。
(3)生物迁移：植物通过根系能从土壤中，特别是从矿体附近的土壤中吸收一些微量元素而进入植物的各种器官中．当植物的枝、叶落在地面，可使一些元素聚积在A0层中。当这些枝．叶腐烂后，所吸收的这些元素又转入地表水及地下水中，其中一部分又可被植物吸收；一部分聚积在腐殖层中；一部分随地下水下渗到土壤B层中被Fe、Mn氢氧化物或粘土矿物等吸附。使土壤中某些元素聚集形成分散晕，这种晕称生物成因的晕。
1.3 残坡积层中次生晕的基本特征
(1)组分特征：次生晕的组分主要来源于经过风化矿体及其原生晕。因此，次生晕的组分往往与原生晕的组分相近。又由于经历了表生改造．二者组分也不尽相同。如矿床嗣岩为硅酸盐岩石的条件下．在矿体和原生晕风化过程中常常呈现出指示元素表生分异现象，有较强活动性的成矿元素及伴生元素，发生迁移而含量降低。土壤测量所选用的指示元素通常多为主要成矿元素，有时也选用伴生元素。
(2)指示元素的含量特征：①次生晕中指示元素含量主要受矿体及其原生晕中该元素的影响。在多数情况下，矿体及其原生晕中元素含量愈高，次生晕中元素含量也较高。②受元素地球化学性质性影响，次生晕巾指示元素与同一矿床原生晕相比有些相对贫化。有些相对富集；对于多数亲硫元素来讲，通常是原生晕中含量高于次生晕中含量。对于多数亲氧元素来讲，通常是次生晕中含量高于原生晕中含量。
(3)次生晕形成和产出的控制因素有：①原生矿物的性质：主要是原生矿物抵抗风化能力的强弱．原生矿物抵抗风化的能力从强到弱一般是：氧化物一硅酸盐—碳酸盐和硫化物。通常抵抗风化能力强的矿物多以机械迁移为主。其中的元素多富集在土壤较粗的颗粒中。而抵抗风化能力弱的矿物中的元素多以水成迁移为主。它们多富集在土壤的较细的粒级中。②矿体规模的大小、品位的高低：它们影响次生晕的规模和含量。矿体规模大、品位高一般形成晕的规模和强度也较大．反之亦然。③介质的物理化学条件：主要是指介质的成分。PH值、Eh值。它们控制元素在水中溶解和沉淀。
2土壤地球化学测量的应用条件及其野外工作方法
2.1 应用条件
土壤测量是一种简单、易行、成本低和效率高的找矿方法。大多数的金属矿床都可以应用这种方法特别是找寻有色及稀有金属矿床，如铜、铅、锌、镍、钴、钼、锡、镁、汞、砷、锑、铬、铀、银、金等，是一种有效的方法，国内外都应用很广。尽管近年来，在许多情况下用分散流方法代替了土壤测量方法但也绝不能否认土壤测量的优越性。土壤测量应用于区域地质调查、普查找矿和矿区评价等各个阶段，它可以用来解决下列问题：
(1)在浮土掩盖区配合地质方法和物探方法进行地质填图大致圈定各种岩体的分布范围。例如根据土坡中铬、镍的含量配合磁法围定隐伏的超基性岩体界线。
(2)查明区域含矿远景地段。例如某斑岩铜矿，运用土壤测量，铜、钼次生晕异常区能清晰地指示隐伏于深层表土下的铜、钼矿化范围，矿区许多铜、钼新矿点(矿床)都是用土壤测量法，水化学法结合地表地质工作突破的。山地工程，普查钻孔的布置都是在次生晕铜量测量异常范围进行的。
(3)直接找寻浮土掩盖下的隐伏矿体在找矿远景地区或地段，进行一比五千，一比两千比例尺的土壤测量，可以直接找到隐伏矿化固定矿置、判断矿体形态产状，大致了解矿体可能的厚度和品位，指导找矿钻孔及山地工程的布置。
（4）环境治理中的重要作用。随着新行经济的发展，国家对于环境的治理和保护已提升至战略的高度，城市及周边的土壤治理更是重要的一个环节。还记得日本福岛核泄漏尽然也影响到我国首都，不能不说就是一个深刻的警示。对于环境治理土壤地球化学是不能缺少的。
（5）在新兴矿产及能源中的应用。时代的发展，新兴矿产及能源对于我们越来越重要。土壤地球化学也在新兴矿产中起到关键性的作用。例如：在地热资源的勘查中起到重要的作用。众所周知地热是地下熔岩水通过地壳裂隙上升的产物，在这一过程中地热将岩浆中的汞元素带入近地面，汞元素又是易散发元素，所以土壤中的汞元素给了我们指示作用。
土壤测量的应用条件，一般是浮土厚度在5～10m范围内效果较好，成本低。若浮土厚达10～20m，则需深层取样，如果浮土大于20米厚度则需用手摇钻采样才能发现次生晕。冲积层、冰碛层以及其它外来物质覆盖区，往往掩盖了矿体生成的次生晕，所以不宜用土壤测量。在广泛分布着岩流，山麓堆积，沙漠地区，由于物理风化为主，组成物质以块状，粗大的碎屑物质为主，不利于化学作用和生物化学作用，这样的地区用土壤测量很难收到效果。
2.2 野外工作方法
(1)取样间距的确定和取样点线的布置。土壤测量取样网间距，决定于工作目和任务要求，选用的比例尺大小、矿床类型、矿带和矿床规模的大小以及矿体矿带所产生次生晕规模大小等因素，总的原则是要求能够圈出次生晕异常，不漏掉有工业意义的最小矿带和矿体。一般原则是不论任何比例尺，在图上取样线距控制在1cm左右，点距约等于线距五分之一到二分之一。近年来，土壤取样点位的确定，不必用精确地仪器测量，而是地形图及GPS测定位即可。
(2)取样层位一般是通过试验而确定，即在新工作区采集一定数量的分层样品，了解各层土壤中金属元素的含量变化，最后确定取样层位。如果不进行试验，取样要穿过腐殖层，在淋积层中采集，取样深度20～30米。每个样品要用一点多坑法取得，一般要用3～5个坑样品组合，坑距要视具体情况和工作比例尺而定，如1∶5000，多坑距离为20～50m。
(3)耕田也要取样。因耕田长期处于耕种状态且有化学成分药物使用，使其耕田土壤中存在化学残留物，对样品有干扰，不能真实反映当地的次生晕，所以应挖穿耕土层（环境化探除外）。
(4)样品野外加工的坡度，一般采用60目或小于60目，要用尼龙筛过样。野外加工后的样品重量不得少于30g(野外取样重约50～100g)。目前，由于科技的进步以及人们对土壤地球化学的从新认识，提出针对不同地点、不同环境、不同元素应作不同坡度的制定（例如：某天津市某金矿点采用了小于120目的坡度，找矿效果凸显成效）。
(5)取样编录在野外记录木上主要记录样品的编号、取样深度、层位、采集的物质等。一般次生晕样品采集均有统一的记录格式要求。工作中应认真对待表格的填写，做到第一手资料的真实、可靠、有利用价值。
(6)选样：按设计要求的分析项目填写送样单及时送样。样品是土壤地球化学工作的重中之重，直接影响到工作成果。所以在选样及送样过程中万不能受到外界的污染。
3结束语
土壤地球化学找矿作为一种逐渐成熟、有效的常规地球化学找矿方法。既可以用于区域化探扫面，也可以在矿床普查阶段、详查阶段使用，在寻找金、银、铜、铅、锌等矿床时，选择正确的土壤地球化学测量方法，有快速、经济、高效等优点，依据大比例尺土壤地球化学测量扫面异常特征，能在短时间内有效地缩小靶区、圈定异常形态和规模，查明异常源，对异常的成矿远景作出评价，结合其他相关地质、物探资料可以为进一步勘查的工作提供科学依据。
新形势下的土壤地球化学还在环境治理以及勘查新兴矿产、能源中起到了重要作用。相信在今后的工作中，土壤地球化学还会给我们到来更大的经济和社会效益。
参考文献
[1] 徐刚，丁枫. 土壤地球化学测量在新疆某金矿预查区找矿工作中的应用[J]. 科协论坛(下半月). 2011(04)
关键词: 城市环境; 地球化学调查; 生态评价; 污染指示物
自上世纪60 年代系列公害事件发生后, 环境问题已成为倍受各国关注的国际性的重大问题。作为人口高度密集的城市区域, 其环境状况早已引起世界上许多国家的高度重视, 在过去的几十年里, 一些地球化学研究相继集中在城市区域。目前, 城市环境地球化学调查已在世界各地展开, 如亚洲的香港[1]; 欧洲的伦敦[2]、柏林市[3], 非洲的哈博罗内市[4]。调查的目的在于查明市区的污染水平及郊区的“背景值”, 区分鉴定不同的污染源, 评价城市环境的生态效应, 研究城市环境与人类健康的关系。
1 城市环境地球化学调查的技术路线
1.1 采样点布置方案
目前, 国外的城市环境调查一般在两个区域进行, 即郊区和城区。在郊区的调查一是为了确定城区的背景值, 二是获得城- 郊地理变化区域内元素分布的地球化学变化梯度。如lind等在瑞典的斯德哥尔摩市调查土壤重金属的含量时, 以城市最繁华地带为中心, 分带布置样点, 带距为0～3km, 3～9km 和>9km[5];birke 等在德国柏林市的调查中就包括大范围的郊区区域[3]。通过对比城- 郊区的地球化学特征来揭示人类活动对城区地球化学环境状况的影响程度。
为了调查城市不同区域内的环境地球化学状况,研究不同的用地类型对元素分布的影响, 分别在城市的不同功能区域分类取样, 即: 郊区土壤、工业区土壤、居民区土壤、商业区土壤和农业土壤[3- 5]。主要采集表层土壤(0～5cm)。在不同类型区域内选择代表性点位取垂向土壤剖面样品。城区的土壤难以实现均匀的网格化取样, 一般按公园和绿地的分布随机布置取样点。
1.2 采样介质
环境地球化学的采样介质包括土壤、大气、水、水系沉积物、生物样等。但目前城市环境地球化学调查主要集中在土壤、大气颗粒物(或气溶胶)、大气降尘等三种。其中较常用的是采集和分析城市浅层土壤样和降尘样。
在街道两边或高层建筑物顶部收集降尘并结合地面土壤是城市环境地球化学调查的主要方法。如rasmussen等在渥太华市内取居室内灰尘、附近的街道降尘和公园土壤进行比较来研究该市的环境质量[6]。降尘和土壤对比调查, 即可查明元素在不同介质中的污染水平, 还有助于分析污染物的来源。
2 城市环境地球化学的解释与评价
2.1 城市环境的地球化学解释
城市环境调查结果的地球化学解释是指对城市环境中重金属元素的分布特征、成因及其来源进行解释,毕业论文 研究元素地球化学分布模式、迁移转化规律和机理, 建立城市环境地球化学调查成果解释体系。
2.1.1元素来源判别
对城市环境中污染物的来源及成因进行分析判断是城市环境地球化学调查的重要内容。多元统计方法在研究城市环境的物源判断中具有广泛的应用, 并以聚类分析和因子分析为主[7- 9]。不同来源的元素在因子分析中常常进入不同的主因子或表现为聚类分析中的不同元素组合, 根据元素的组合特征来区分元素的来源。如manta 等在意大利的城市土壤中发现了cu、pb、zn人为源的因子组合, 而v, ni, mn, co等元素作为自然源进入另一因子, 并在聚类分析中组合在一起[8]。
城市环境物源判断的另一重要方法是富集因子(ef)法, 它是一种能反映不同地质环境的化学元素比率方法, 用代表陆地来源的元素(如al、ti、zr 和稀土元素等)和代表海洋源的元素(na)作为参考元素对样品中的元素含量进行标准化, 以平抑自然差异对元素含量的影响, 在此情况下出现的较高的富集因子值即意味着人为源的存在, 这种方法在环境地球化学判断
元素来源及富集程度中具有非常广泛的应用[10- 11], 特别是在大气颗粒物或气溶胶介质中的应用效果尤为显著。其计算公式为[11]:
ef 海(x)=( x/na) 气/( x/na) 海(1)
ef 壳(x)=( x/na) 气/( x/na) 壳(2)
其中, 公式(1)为判断海洋源的计算公式, 以na为参考元素; 公式(2)为陆地源的计算公式, 以al 为参考元素。(x/na)气、(x/na)海、(x/na)壳分别代表元素x在大气颗粒物、海水及地壳中的含量。
通常将ef>10 作为大气颗粒物的人为源标志。但在粒径为2.5μm 的大气颗粒物中, ef>5 即为人为源的标志[12]。
2.1.2元素分布类型及成因
在世界范围内的城市土壤中重金属元素含量普遍偏高, 但在不同的城市中变化很大, 这依赖于城市的历史年代、经济发达程度、硕士论文 不同的用地类型、汽油的添加济成分、车辆元件的组成等, 在城市环境元素分布及成因的解释中应综合分析以上各种因素。城市交通是产生重金属元素的重要途径之一, 如cu 通常是汽车润滑剂的组分, 而pb 曾一度是汽油的防爆剂, sb 可以作为闸垫材料。因此, 交通是城市中cu、pb、zn、sb 等元素的主要来源。romic 等发现, 燃烧和道路交通, 尤其是轮胎的磨损和消耗是城市区域内cd 的主要污染源[7];moller 等在大马士革调查时认为交通是表层土壤中cu、pb、zn 等重金属元素富集的主要原因[9]。与历史久远的工业化城市相比, 相对年轻的城市具有较低的重金属含量, 如非洲的哈博罗内市[4]比悠久的重工业城市伦敦[2]、柏林[3]的表层土壤的重金属含量偏低[9], li 等发现, 城市公园土壤中cu, pb和zn 的含量与公园的年龄之间具有明显的相关性[1],即城市历史越长, 重金属含量越高。元素在表层土壤中的分布明显依赖于城市用地及工业类型, 如birke 等[3]在柏林市调查中发现, al,k, si, na, sc 和ti 主要是自然源, 即与母质的组成有关; 工业区域倾向于被cu, cd, zn, pb, hg 污染; 农业区由于大量使用化肥和污泥, 富集cd, f, cr, hg, ni,zn 和p 元素。尽管非洲的哈博罗内市比较年轻, 但它的不同区域仍然受cr, co, ni, cu, zn 和pb 等元素不同程度的污染。如城市中心和工业区的co, cu, pb,zn 等元素污染, 农业土壤中的cr,ni 污染, 居民区及工业区的zn 污染[4]。
2.2 城市环境地球化学评价
2.2.1污染程度评价
将郊区土壤背景值与城市各功能区含量进行比较是了解城市环境污染水平最常用、最直接的方法。如瑞典斯德哥你摩市hg 在市中心土壤中的含量是郊区背景值的20 倍, pb 和zn 在市区中的含量也远远高于背景值[5]; 在柏林老工业区, cu 的最大值是背景值的2050 倍, cd 是1638 倍, hg 是1780 倍[3]。通过同一城市不同功能区内元素含量的对比以及不同城市之间的对比, 也常用来评价城市环境的污染水平。
农业土壤与城区内土壤不同, 除了农用化学品外,大气沉降、污水灌溉、垃圾填埋场等都会对农田中的重金属积累产生重要影响。对这部分的污染评价, 比较有效的评价方法是地质积累指标法(igeo)和富集因子法(ef)。对大气污染物的评价, 富集因子法尤为有效。
2.2.2生态效应评价
( 1) 气溶胶的生态效应评价。大气固体悬浮物的粒径大小具有来源特征, 粗粒源于陆地尘埃, 而细粒源于燃料的燃烧[13]。颗粒越细, 危害越大, 极细的颗粒物可通过呼吸进入人体, 粒径小于10μm (pm10), 尤其是小于<2.5μm(pm2.5)的粒子, 会导致哮喘, 甚至死亡[14]。因此, 生物圈气溶胶中的重金属含量具有高度的生态风险性。
( 2) 元素生物有效性评价。研究元素生态效应的常规方法是连续偏提取法, 在城市环境调查中, 也有相关的研究实例, 如zhai等调查发现, 医学论文 由交通引起的人为源的pb主要以有机质吸附和铁- 锰氧化物态存在[4]; 香港和伦敦的路尘中, pb, zn主要以铁锰氧化物相存在, cu主要以有机质吸附态存在[15]。影响降尘中元素有效性的重要因素是降雨的ph值。一般情况下,在较低ph条件下元素易于溶解, alloway等报道其可溶性cd平均为总量( 降尘量) 的60%[16]; 这可能是由于人类活动输入的硫和氮的氧化物使雨水酸化。因此,在易出现酸雨的城市区域具有较大的生态风险性。
3 城市环境地球化学调查应解决的重点问题
3.1 开展城市环境的立体空间调查
目前城市环境地球化学调查主要集中在土壤和大气, 缺乏系统的地下水及地表水资料。在城市环境的地球化学元素循环过程中, 起源于自然地质作用和人类活动的元素在土壤- 大气- 水- 生物系统内迁移转化, 借风力作用进入大气中的元素通过干湿沉降进入土壤和水体。世界各国所进行的城市环境地球化学调查, 获得了大量土壤和大气颗粒物等方面的资料, 但结合水体和生物样的调查不多。如果采样介质涵盖环境生态系统中的各个环境因子, 将有助于综合分析重金属元素在城市环境系统中的迁移转化规律, 建立元素在城市环境系统中的循环演化模型。
3.2 确定城市环境调查的污染指示物
城市区域内浅层土壤样及农业土壤深、浅层样是目前国际上广泛使用的城市环境调查指示物, 但是,以何种粒度的样品作为指示物尚没有统一。birke等在柏林市的土壤调查中分析了<2mm粒度样品[3], 职称论文 而有的作者用沉积物中<2μm的粘土组分进行污染评价, 而用<63μm的泥粒作相态分析[17]。细粒组分含有更多的粘土矿物和有机质, 对重金属元素的吸附力强, 使重金属元素倾向于在细粒组分中富集[1], 所以表层土壤的细粒组分, 如<63μm适于作为污染评价的指示物。
其次是大气颗粒物或是气溶胶。由工业排污、燃料燃烧、机动车交通等引起的污染物, 多以气态、颗粒物或气溶胶等形式存在[5]。一般情况下, 污染物含量依赖于粒径大小, 颗粒越细, 越具有毒性效应[16], 因此fairley等认为, pm2.5适于作为颗粒物质引起的风险评估[17]。
另外, 重金属通过自然作用和人类活动进入大气圈, 它们主要以分子或颗粒物形式通过大气圈进行大规模的迁移[18]。在英国城市区域内cd 的大气沉降速率为3.9～29.6g/hm2·a, 郊区为2.6～19g/hm2·a[7]。所以,城市区域内的表层土壤和路边尘土是大气沉降污染的有效指示物。
3.3 城市环境质量标准的建立
城市环境质量标准是城市环境污染评价、城市环境监测、保证大众身心健康的重要依据, 环境质量标准的建立, 依赖于大量的调查资料、科学的工作方法和实验结果。上已述及, 城市环境地球化学调查的指示物包括表土、降尘、大气颗粒物等, 不同的指示物应有各自的限度值。2000年, 世界卫生组织制定了大气质量标准, 如pb, cd的大气质量标准分别为500, 5ng/m3(who, 2000)。作为城市环境污染重要指示物的尘埃及表土等介质中的污染限度值还没有统一的标准。
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关键词：铜矿；地球；化学特征；矿床成因
中图分类号： P2 文献标识码： A
引言：东天山地区金属矿产主要有铜、金、镍、铁、铅锌、银、钒、钼等，其中铜、金、铁、铅锌、银、钼是东天山的优势矿产，成型矿床中铜、镍、金、铁、铅锌、钼等均有。本文以维权银铜多金属矿床为例来讲述铜矿地球化学特征及矿床成因研究。
1、矿床地质特征
1.1矿体产出特征
维权银（铜）矿床产于下石炭统雅满苏组第二岩相段中，矿体倾向与地层倾向相反，受构造控制。共有32个矿体，其中规模较大银（铜）矿体三个，编号分别Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ。
Ⅰ号银铜矿体为矿区最大的矿体，矿体中心位于0勘探线；Ⅱ号银矿于Ⅰ号矿体东偏北560m处，矿体中心在22勘探线；Ⅲ号银矿于Ⅰ、Ⅱ号矿体之间偏北部，未出露地表，为盲矿体，由ZK802孔单孔控制。铅锌矿体主要依附银（铜）矿体而存在，其中主要矿体的规模比银（铜）矿体稍大，但品位偏低。
1.2矿体分带特征
维权银铜矿床具有较明显的垂向和侧向分带特征。由此可见，矿体的分带规律明显受断裂、岩性和层位、赋存深度及金属元素的化学特征控制。
2、矿石物质组成
经镜下岩矿鉴定及电子探针波谱分析，矿床矿石矿物成分有多种，金属矿物主要有自然银，自然铋，硫铋银矿，黄铜矿、辉铜矿、斑铜矿、辉银矿、方铅矿、闪锌矿、磁铁矿、赤铁矿、黄铁矿。脉石矿物以钙铁榴石为主，次有透辉石、绿帘石、方解石、斜长石、绢云母、黑云母、绿泥石和阳起石等。
3、矿石类型及矿石组构
3.1矿石类型
矿石按自然类型分为氧化矿石和硫化矿石两大类，以硫化矿石为主。其工业类型依据矿床成因类型划定为脉状银铜矿。氧化矿石主要为地表和近地表矿石，属次要矿石类型。矿石中以次生金属矿物为主。主要由孔雀石、辉铜矿、褐铁矿组成，少量的铜蓝和赤铁矿。黄铁矿、磁铁矿则以残留矿物形式存在，未见到铅锌的氧化矿物。在Ⅱ号矿体中，浅表部岩石的裂面有少量粉褐色矿物薄膜，推测可能为钴华。硫化矿石主要矿石类型主要有含铜矽卡岩（Ⅱ-i）、角砾状矽卡岩（Ⅱ-c、Ⅱ-h）、团块状硫化物型（Ⅱ-a、Ⅱ-f）等。以金属矿物的种类和含量变化可分为不规则团块状、脉状自然银矿石；细脉状-网脉状自然银-辉银矿石；块状、浸染状、网脉状黄铜矿石；浸染状辉银-黄铜矿石；稀疏浸染状闪锌-方铅矿石。
3.2矿石结构
矿石常见的结构有自形晶粒结构、半自粒状结构、它形粒状结构、交代溶蚀-交代残余结构、镶嵌结构、骸晶结构、锯齿状结构、显微包含结构、乳滴状结构、共结边结构等。从矿石结构可以看出，成矿作用以热液充填为主，交代作用较少。
3.3矿石构造
维权银铜矿石多产在断裂带中，主要为热液充填型矿石。以浸染状、角砾状构造、丝状、螺旋状为主。局部开放空间可见块状构造，其次可见到少量脉状-网脉状构造等。氧化矿石常呈粉末状、蜂窝状和透镜状构造等。
3.4围岩蚀变
矿区围岩蚀变较强烈，岩石呈碎裂状，发育有碳酸盐化（图版Ⅴ-f、Ⅴ-g、Ⅴ-h）、绿帘石化（Ⅴ-d）、绿泥石化（Ⅴ-a）、黄铁矿化、阳起石化及少量绢云母化等，其中碳酸盐化（图版Ⅴ-f）是矿区最明显的特征。由细脉、网脉状方解石脉（少量石英），大量充填于构造裂隙中，银（铜）矿体及铅锌矿体就赋存于其中；绿帘石化、绿泥石化、阳起石化大量发育于矿体内、外的矽卡岩或矽卡岩化岩石中，是近矿蚀变围岩，局部矿体就穿插于上述岩石的裂隙中；矿体外侧的围岩中主要发育黄铁矿化以及较弱的绿帘石、绿泥石化。
3.5控矿地质因素
维权银铜矿床的形成主要受三个控矿因素的影响：地层、构造和岩浆岩。雅满苏组海相火山岩的喷发沉积，形成该区域Pb、Zn、Cu、Au、Ag元素特征组合，初步在地层中富集；百灵山岩体携带热液对矿区地层成矿元素二次富集，使银元素在该区域的分散系数增大；区域性深大断裂―矿区北部的雅满苏深大断裂以及区域上的秋格明塔什-黄山韧性剪切带的影响，矿区次级断裂的温度较低的部位符合含银矿物的沉淀条件，成矿流体最终在断裂内卸载，富集成矿。
3.6矿床成矿期次、阶段的划分
据岩相学特征，结合野外观察，将维权银铜矿矿床演化特征可大致分为四期6阶段。海相火山沉积期、矽卡岩期、热液期和表生氧化期。其中，海相火山岩期主要是雅满苏组地层沉积过程中对成矿元素初步的Ag富集；矽卡岩期主要以干矽卡岩阶段的石榴子石矽卡岩有关，矿区内湿矽卡岩阶段规模较小，与成矿关系不显著，干-湿矽卡岩阶段之间有石英氧化物阶段，低温热液期分为硫化物阶段和银矿物-碳酸盐阶段。表生氧化期主要是矿区内的褐铁矿化及孔雀石化。
矿区经历过不同阶段的不同流体类型的温度的多期次成矿，早期高温低硫环境下主要沉淀自然铋、毒砂等矿物；中温阶段主要沉淀黄铜矿、黝铜矿、辉铜矿、硫银铋矿、斑铜矿、方铅矿、闪锌矿（Ⅲ-c、Ⅲ-e、Ⅲ-h）；低温阶段主要沉淀自然银（Ⅲ-d）、汞银矿等。低温热液阶段是主成矿期。
4、矿床地球化学特征
4.1区域地球化学特征
调查区地层主要出露石炭系，其次为第三系，第四系及侏罗系，地层出露面积较小，呈零星分布。就区域成矿特征而言，与成矿关系密切的主要为石炭系地层。
4.2矿床地球化学
4.2.1主量元素地球化学特征
岩（矿）石主、微量元素测试是在中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所完成。测试的依据和标准为DZ/T0223-2001电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）方法通则；将测试样品洗净、烘干并碎至200目后送质谱测试分析；所用的测试仪器型号为FinniganMAT制造，HR-ICP-MS（ElementI）；测试条件为温度20℃，相对湿度30%。
4.2.2微量元素地球化学特征
微量元素的变化规律为：自矿体（矿化矽卡岩）围岩，Pb、Co、Mo、Ta、U、Ag含量逐渐降低，Rb、Ba、Cs、Cr则呈相反变化的趋势，其他元素的含量变化相对较小，其中Ni和Cr变化趋势相似，Cu、Zn变化相似，但与Pb元素不同，反映出交代流体中硫逸度不起控制作用。
4.2.3稀土元素地球化学特征
从岩（矿）石稀土元素测定结果可以看出，矿化矽卡岩稀土元素总量ΣREE变化大。含矿矽卡岩和围岩稀土元素含量与SiO2含量具正相关关系，表明稀土元素主要来自岩浆流体。稀土元素作为热液活动的指示剂，有助于判别热液的运移方向。
4.3稳定同位素研究
将野外采集的矿石样品经手选、洗净、干燥后送至河北廊坊市科大岩石矿物分选技术服务有限公司挑选单矿物，选出的单矿物在显微镜下检查纯度达99%以上。后将单矿物分别送往南京大学和核工业北京地质研究院分析测试研究中心铅、硫同位素测试。
5、矿床成因及成矿机制探讨
5.1成矿物质来源及富集过程
据矿石铅同位素的特征及其模式年龄判断雅满苏组海相火山碎屑岩为Ag的主要矿源层。该区域地层地球化学特征指示：Pb、Zn、Cu、Au、Ag元素组合主要反映东天山地区碳酸盐-细碎屑岩建造等地质背景以及与其有关的铅锌、银多金属矿。Au、As、Sb、Hg、Bi元素组合主要反映东天山地区构造断裂带（或韧性剪切带）、火山岩等地质背景特征，及与其有关的各类蚀变岩型和石英脉型。而矿区正好位于化探异常的Pb、Zn、Cu、Au、Ag的套合区（新疆鄯善县维权银铜矿普-详查报告）。所以，从区域上来说成矿跟雅满苏组火山岩地层关系紧密。
5.2成矿物质及流体的迁移动力和沉淀机制
矿区地处塔里木板块北缘活动带的觉罗塔格晚古生代岛弧带。矿区南、北两侧分别有阿其克库都克及雅满苏两大断裂通过，而且断裂多次活动，这些次级断裂破碎带在大断裂及岩体附近成群出现，而且多次开闭复合，活动明显，从而构成十分有利的容矿场所。
5.3矿床成因类型
维权银（铜）矿床产于下石炭统雅满苏组的一套含钙质岩石中，矿体严格受破碎带及其次级裂隙控制，呈脉状产出，矿体较连续，与围岩界线极为清晰，表现出含矿热液沿裂隙充填的特征；矿石多具细脉状、网脉状、浸染状及丝状、螺旋状构造，反映出成矿热液沿破碎裂隙充填成矿，具典型的热液充填特征。宏观上成矿对含钙质岩石（矽卡岩及矽卡岩化砂岩）具有依存性，矿化由近到远具明显的减弱现象。
结语：由于维权银铜矿床成因比较复杂，对矿区的热液性质、矿床具体成矿时代、百灵山岩体不同期次侵位与成矿的关系还需要做更深入的研究；在论述岩浆作用与成矿关系时，有些方面也只是间接性的证明或探索性的推断，必然会存在主观性和局限性，这些都是我在后续工作中亟待解决的问题。
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