地壳全元素探测——构建“化学地球”

地壳物质探测是地壳探测工程的重要组成部分。化学元素是地球物质组成的最基本单位,被称为地球的基因。矿产资源是由化学元素组成的,环境是受化学元素行为制约的,因此,对地壳中所有元素精确含量和分布的探测,对解决人类所面临的资源和环境问题具有重大意义。地壳全元素探测项目拟发展4种地球化学探测技术,包括地壳中所有天然元素的精确分析技术,中下地壳物质成分识别技术,穿透性地球化学探测技术,海量地球化学数据和图形显示技术。建立1个覆盖全国的地球化学基准网,系统采集代表性岩石样品10000件,疏松物样品6000件,按标准化的方法分析其主量元素和微量元素含量(包含78种元素),建立中国大陆地球化学基准值,为研究化学元素的分布、演化和成矿物质背景提供基准参考数据。进行总长度3300km的3条地球化学走廊带的实验与示范,采集各类代表性岩石样品5000件,进行元素和同位素测定,构建走廊带地壳地球化学模型、跨越不同大地构造单元的元素空间变化和大型矿集区成矿物质背景。为开展全国地壳探测工程奠定基础,并为最终建立"化学地球"进行技术准备和先导性实验。     

地壳全元素探测技术与实验示范

重点发展地壳全元素精确分析技术、地壳深部物质成分识别技术、盆地穿透性地球化学探测技术和化学地球构建技术.参照全球地球化学基准网,以1∶20万图幅为基准网格单元,建立一个覆盖全国的地球化学基准网,系统采集不同时代沉积岩、变质岩和火成岩样品以及疏松沉积物样品,获得中国大陆地壳76种元素基准值,研究化学元素在中国大陆的演化历...     

本期文章导读

正319富硒土地资源研究进展与评价方法周国华(自然资源部地球化学探测技术重点实验室,中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所,河北廊坊065000)开展土地质量地球化学调查与研究,从地质地球化学角度系统研究土壤中有益和有害元素的迁移、转化、富集规律,对于评价生态环境的变化趋势、提高土地资源科技成果转化、为农业现代化水平提供技术支撑具有重要意义。利用富硒土地资源开发安全富硒农产品,是土地质量地球化学调查成果应用服务于特色农业发展、支撑     

勘查地球化学80年来重大事件回顾

勘查地球化学诞生于20世纪30年代初期,经历了80年的发展,已经成为一门重要的地球化学分支科学,为矿产勘查做出了巨大贡献。本文对勘查地球化学过去80年发展历程的标志性事件进行了回顾;对勘查地球化学基础理论研究进展和对矿产发现做出的贡献进行了概括总结;对近年勘查地球化学最为活跃的研究领域进行了简要介绍。在20世纪70年代以前勘查地球化学作为一门独立学科已经形成,它的标志性事件是经典教科书的出版、勘查地球化学专业设立、勘查地球化学杂志的创刊、国际勘查地球化学家协会成立和勘查地球化学学术会议定期召开。在基础理论研究方面体现在局部地球化学分散模型和区域分布模式的建立。一些国家大规模区域或国家地球化学调查或填图计划的实施,为全球3次批量矿床发现作出了巨大贡献。近些年勘查地球化学最为活跃的研究领域集中在:(1)在微观尺度上,从纳米水平和分子水平研究化学元素的分散和迁移机理,发展覆盖区找矿的地球化学技术;(2)在区域尺度上,继续开展区域地球化学调查或填图理论与技术研究,为成矿带地球化学评价和靶区圈定提供高质量数据和图件;(3)在全球尺度上,致力于全球地球化学基准建立,为了解全球化学元素分布背景、过去地球化学演化和预测未来全球化学变化提供定量评价标尺。     

全球地球化学基准:了解过去,预测未来

要认识地球的演化和全球变化,就必须有一致性的全球尺度地球化学基准或基线作为参照标尺。文中阐述了地球化学基准概念、建立方法和应用实例。地球化学基准是指系统记录元素及其化合物在地球表层的含量和空间分布,作为了解过去地球化学演化和预测未来地球化学变化的定量参照标尺。要建立全球地球化学基准,首先必须建立一个覆盖全球的地球化学基准网,在中国以1∶20万图幅为基准网格单元,在全国系统采集有代表性岩石组合样品约10 000件,疏松沉积物样品约6 000件,精确分析涵盖元素周期表上除惰性气体以外几乎所有元素的含量,制作化学元素时空分布基准地球化学图,提供衡量中国大陆化学元素演化和未来变化的标尺。以不同时代岩石代表性样品建立原生岩石圈地球化学基准,作为了解过去地球化学演化参照标尺,如云南禄丰龙产地楚雄—兰坪盆地白垩系-古近系界面(K-T界面)的凝灰质灰岩和凝灰质泥岩中发现Ir的含量为0.25～0.8ng/g,是白垩系和古近系地层基准含量的10～20倍。以疏松沉积物样品建立次生土壤圈地球化学基准,用于作为预测未来变化的参照标尺,如CaO含量分布与气候和酸雨分布有关,CaO在南方酸雨作用下淋失贫化,在西北碱性条件下富集。在过去15年里,由于酸雨的持续作用,CaO平均含量下降了22.6%,CaO含量<1%的分布面积扩大了23.0%。同时,这种原生和次生地球化学基准的建立,提供了具有时间和空间分布的成矿物质背景,对矿产资源评价和预测具有重要意义。     

全国地球化学基准网建立与土壤地球化学基准值特征

全球一致性和权威性地球化学观测数据是资源与环境评价的定量标尺。中国实施的"全国地球化学基准计划"作为"全球地球化学基准计划"的一部分,于2008—2014年实施,建立了覆盖全国的地球化学基准网。按照1∶20万图幅为网格单元,在全国1600个网格单元中,共部署3382个汇水域采样基准点,每个基准点同时采集了表层和深层土壤样品,共计采集6617件样品,使用高精度分析技术和严格的质量控制,分析了81个地球化学指标。本文首次给出了全国土壤81个指标地球化学基准值数据,初步阐释了地球化学基准值数据和空间分布特征与地质背景、成矿作用、表生作用以及人类活动的关系。     

地球化学基准与环境监测实验室分析指标对比与建议

全球高质量一致性地球化学基准数据和建立全球地球化学一张图平台,是持续监测全球环境变化的定量参照标尺。本文通过对中国、欧洲、美国和澳大利亚汞、镉、钨地球化学数据对比和中国同一实验室间隔15年两次分析数据对比发现:镉元素在不同实验室和同一实验室间隔15年分析的数据是一致的(相关系数0.96),汞元素一致性较差(相关系数0.74),钨元素不具有可比性(相关系数0.56)。镉元素分析结果的高度一致是因为分析方法相同的和检出限相近;汞元素一致性较差,特别是低含量汞存在显著差异,是因为分析方法不同和检出限不同;钨元素在不同实验室不具有可比性是因为实验室分析方法存在显著差异。环境变化量必须大于野外采样误差(REsmpl)和实验室重复样误差(RDlab)之和(RCenv>REsmpl+RDlab),才能确认观测点发生了环境显著变化。因此,必须将采样误差和实验室分析误差降到最低。本文提出实验室分析的6点基本要求:①原始样品过10目筛,使用无污染加工到粒度小于200目;②使用成熟的多方法分析71种元素+其他指标,其中主量组分以玻璃熔片X射线荧光光谱法(XRF)分析为主,微量元素以四酸分解样品,电感耦合等离子体质谱法(ICP-MS)和电感耦合等离子体发射光谱法(ICP-OES)为主要分析技术,配合其他特殊分析方法;③分析检出限必须低于地壳克拉克值,报出率不低于90%;④使用的标准物质必须具有涵盖所有分析元素的认定值;⑤实验室重复样分析相对误差含量小于3倍检出限RD≤40%,大于3倍检出限RD≤20%,主量元素、铁族元素和重金属元素重复样分析相对误差RD≤20%;⑥主量组分SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、TiO2、P2O5、H2O^+(结晶水)、有机碳、CO2、SO2等15项,或SiO2、Al2O3、Fe2O3、FeO、MnO、MgO、CaO、Na2O、K2O、TiO2、P2O5、LOI(烧失量)等12项加和为99.3%~100.7%。     

基于大数据的元素协变图自动绘制软件的设计与实现

元素协变图作为研究地球化学元素之间相关关系的重要方法之一,直观的显示出元素在岩浆演化过程中的变化趋势.但现有元素协变图在处理和分析地球化学大数据时,无法体现不同演化阶段元素地球化学行为的差异性,难以揭示大数据背景下地球化学元素之间的相关关系,限制了地球化学大数据的进一步分析和应用.为适应面向岩石地球化学大数据的元素协变...     

中国东北泥炭地球化学工作在全球变化研究中的作用

中国东北泥炭地球化学工作在全球变化研究中的作用刘广深，陶发祥，洪业汤（中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室，贵阳５５０００２）关键词泥炭，环境气候变迁，地球化学１泥炭在当前环境气候变迁研究中的位置８０年代以来，世界各地环境气候的加速变化...     

地球化学探测:从纳米到全球

文中简要总结了勘查地球化学的发展历程,阐述了从纳米尺度到全球尺度地球化学探测的最新进展。勘查地球化学从诞生初期研究手标本化学成分,到研究矿床尺度原生晕,到20世纪70年代以后研究化学元素的区域分布,到90年代以后开始研究全球尺度化学元素分布。进入2000年以后,为了更深层次理解这些宏观地球化学模式是如何受元素的微观行为控制的,开始了纳米尺度地球化学探测。目前纳米尺度地球化学和全球尺度地球化学研究成为地球化学探测的两个前沿研究领域。笔者从微观、区域和全球不同尺度地球化学探测,各列举一个前缘领域进行了介绍。(1)在微观尺度上,从纳米水平研究化学元素的存在行为、分散和迁移机理,列举了有关纳米铜和纳米金晶体颗粒的发现及其对隐伏矿勘查的意义;(2)在区域尺度上,阐述了盆地砂岩型铀矿地球化学调查理论与技术进展;(3)在全球尺度上,列举了全球地球化学基准研究的最新进展,初步总结了全球尺度化学元素分布与地质背景、矿产资源、气候变化和人类活动的关系。     

新一轮全球地球化学填图:中国的机遇和挑战

论述从1988年联合国教科文组织相继批准实施国际地球化学填图(IGCP259)和全球地球化学基准(IGCP360)项目以来,中国和欧洲在制定全球地球化学填图的方法指南及技术标准方面作出的决定性贡献。文中指出,中国的"环境地球化学监控网络及动态地球化学填图"项目、欧洲的FOREGS地球化学基准值填图项目为全球其他国家开展类似工作提供了示范,但地球化学家预期10年内获得全球地表地球化学概貌的愿望至今未能实现。挪威和中国的地球化学家通过IAHS/ICCE正在酝酿"Global geochemical mapping and the sediment-bound flux of major world rivers"重大国际合作项目,以开展新一轮全球地球化学填图。通过国际极地年,IPY317项目首先从北极地区启动。新一轮全球地球化学填图项目计划以中国提出的"全球地球化学填图的泛滥平原沉积物采样草案"和挪威提出的"三角洲中河漫滩沉积物的采样草案"作为实施方案,因而巩固和扩大了中国地球化学填图技术在全球的优势地位。论文在分析中国面临的机遇与挑战后,建议政府主管部门对新一轮全球地球化学填图给予优先支持。     

第九届汞全球污染物国际会议将在我国举行

【本刊讯】第九届汞全球污染物国际会议（9^th International Conference on Mercury as a Global Pollutant）将于2009年6月7～12日在贵州省贵阳市召开,会议由中国科学院地球化学研究所、中国矿物岩石地球化学学会与环境地球化学国家重点实验室主办,由中国科学院地球化学研究所环境地球化学国家重点实验室冯新斌研究员、中国科学院生态环境研究中心江桂斌研究员和加拿大魁北克大学蒙特利尔分校Marc Lucotte教授联合担任主席。     

地球化学背景与地球化学基准

探讨了地球化学背景和地球化学基准的概念、含义和确定方法.认为随着地球化学的发展,地球化学背景的概念和含义都发生了很大的变化,由初期的注重其“量”到目前的关注其“质”,研究的目的不同,背景值的确定途径也不同.无论是地球化学背景还是地球化学基准,共同之处在于它们独特的参考功能,正是这种参照性质使地球化学背景和地球化学基准的研究在进行环境质量评价和环境立法时具有重要的理论意义和实用价值.     

基于大数据的中国土壤背景值与基准值及其变化特征研究——写在《中国土壤地球化学参数》出版之际

土壤地球化学背景值与基准值研究是地球科学领域重要基础性工作。《中国土壤地球化学参数》是在全国多目标区域地球化学调查基础上,基于高质量高精度大数据研究的重要成果。本文概述地球化学调查工作方法与样品测试质量等若干基本要求,说明大数据的获取方式与精度水准。主要从宏观尺度上论述中国土壤背景值与基准值变化特征,包括:(1)研究中国土壤地球化学背景值与全球地壳丰度比值特征,阐述中国土壤元素(氧化物)背景值相对于全球地壳丰度的总体特征和基本规律;(2)通过辽河流域、黄河流域、长江流域及珠江流域土壤元素(氧化物)背景值与地壳丰度对比,研究由北方至南方各大流域相对于全球丰度的变化特征;(3)通过上述各大流域与全国土壤背景值对比,研究各大流域分别在全国总背景中的变化特征;(4)以中国基本无人类影响的代表自然本底的第一环境土壤背景值为基准,研究代表人类深度影响的第二环境土壤地球化学富集特征;(5)通过对比国内各大流域和地区第一环境与第二环境土壤地球化学背景比值特征,研究全国不同自然环境和地理景观条件下元素指标富集与贫化规律等。《中国土壤地球化学参数》研究建立在地球化学大数据基础上,信息量巨大,内涵极为丰富,是我国地球化学历史上空前规模的具有里程碑意义的学术成就,为包括土壤学、生态学、环境学、生物学在内的地球科学领域提供基础信息,为全球变化、全球环境、全球治理重大科学问题研究提供重要依据,为国家自然资源、生态环保、农业农村及卫生健康等行业部门科学管理与科学决策提供评价标准。本文研究仅仅触及宏观层面的某些方面,就已经涌流出大量生态信息、自然规律与科学问题需要深化研究和应用实践。可以预见,随着中国土壤地球化学参数的深入研究与广泛应用,将促使地球化学更加深度融入国家经济社会发展,在国家发展大格局中发挥积极作用,国家经济社会发展也将会更加关注地球化学问题。本项调查与研究成果凝聚了广大地学工作者的辛劳和智慧,展现出严谨的科学精神和崇高的事业心与责任心,展示中国质量和中国精度,代表中国地学领域高质量发展方向。     

从系统点论环境地质学的研究方法

环境地球化学是地球化学与环境科学结合衍生的一门新兴的边缘学科。文章概括论述了学科的性质，提出环境地球化学发展的主要领域：全球环境变化的环境地球化学研究、地球化学环境与人体健康、地球化学环境与农业、环境污染的地球化学，并对各个领域研究的现状作了概述与分析，进一步提出了研究的具体方向。     

全球尺度地球化学填图计划对比研究

文中简述了全球尺度地球化学填图发展的历史,以近20年在中国、欧洲、美洲和澳大利亚开展的6项全球尺度地球化学填图计划为例,结合“国际地球化学填图计划”和“全球地球化学基准计划”的相关建议和要求,从样品采集和样品分析两个角度展开评价和对比,并初步总结了全球尺度地球化学填图在采样和分析两个方面存在的问题。6个填图计划中,仅欧洲的FOREGS计划采用多介质采样方案,中国的全国地球化学基准计划（CGB）按照不同的地貌特征采集不同的代表性的汇水域沉积物样品,其他4个计划采用单一介质的采样方案,采集土壤或泛滥平原/河漫滩沉积物。中国的分析水平总体处于国际领先水平,能分析的元素最多（78个）,元素分析检出限全部低于地壳克拉克值,标准物质能监控所有分析的元素。     

微量元素地球化学

微量元素地球化学是近代地球化学的一个重要分支学科,它是在地球化学的传统分支学科——元素地球化学基础上发展起来的。微量元素地球化学的产生和发展主要基于下述三方面背景:首先,现代工业发展所需的许多重要化学元素多属微量元素,如Li、Rb、Cs、Be、Sc、RE、U、Th、Zr、Hf、Nb、Ta等。因此,以研究这些具有重要工业意义而又量微的微量元素在自然界分布规律的微量元素地球化学则应运而生。初期,微量元素地球化学主要研究微量元素在各种岩石和矿物中的分布规律。著名地球化学家戈尔德施密特关于元素分布的地球化学规则的系统论文《定量地球化学基础》、《岩石和矿物中化学元素的分布原理》;戈尔德施密特和费尔斯曼分     

中国海洋地球化学探测技术的现状与发展

地球化学探测与分析技术在海洋地质调查、海底矿产资源勘探、研究与开发中发挥巨大作用，文中简介了我国目前海洋地球化学分析技术的现状，着重评介了用于海洋地球化学探测的一些新技术、新方法。主要包括：船载现场民探测技术；陆上实验室的现代分析方法以及用于化学数据质量监控、分析方法评价和进行国际对比的各类海洋标准物质的研制与应用。并结合前及近期我国海洋矿产资源与环境研究任务，对发展海洋地球化学探测与分析新技术提出建议。     

城市环境地球化学研究综述

近年来地球科学越来越多地面向城市,城市环境受到人类活动的广泛影响,自然及人类活动引起的城市地球化学问题日益受到人们的重视。城市环境地球化学是应用地球化学的原理和方法研究城市生态环境问题,主要研究城市土壤、沉积物、尘埃、地表水、地下水、生物、空气等介质中化学元素及同位素的分布、演化、环境作用及健康效应,重点解决城市地球化学环境质量变化的原理及由此产生的生态环境效应及人体健康效应。城市环境地球化学的主要研究对象是传统工业城市、典型矿业城市及国际化的大都市。在城市地球化学概念出现之后短短的10余年时间内,很多国家开展了城市环境地球化学调查和研究工作,取得了重要的成果和进展,并发展成为环境地球化学与城市环境的重要方向,但仍存在着一定的问题,需要深入研究。目前,城市环境系统的地球化学填图、城市地球化学与环境污染研究、城市地球化学与生态风险研究、城市地球化学与人体健康研究、城市地球化学系统的调控与环境规划等领域是国际城市环境地球化学的热点和前沿。     

环境地球化学研究进展

在全面综合国内外研究文献的基础上,分析了环境地球化学研究的主要内容以及不同介质的环境地球化学研究成果,并对环境地球化学的发展趋势进行了较为详细的论述和分析,指出在进一步深入研究环境地球化学的基础上,加强全球环境变化的历史记录、现代地球化学过程及元素环境地球化学方面的研究是今后环境地球化学研究的重要内容.