化探方法技术之取样粒度研究——以豫西牛头沟金矿1:5万化探普查为例

水系沉积物测量在我国是一门比较成熟的技术,但在不同的表生环境条件下开展水系沉积物测量的最佳采样粒度也不尽相同。通过对豫西熊儿山金矿田牛头沟矿区不同粒度土壤和水系沉积物样品风化过程中元素行为的研究,发现土壤和水系沉积物样品随粒度变细其风化程度增强,且这一特征在水系沉积物样品中表现更为明显。当样品粒度为4～100目时,元素含量逐渐升高或降低,变化趋势较为稳定;当粒度小于100目时,样品中元素含量发生显著变化,其主导风化机制可能发生了改变。热液成矿元素在土壤样品中相对富集在60～100目的粒度,在水系沉积物样品中相对富集在80～100目的粒度,参考各粒级样品在全粒级样品中的质量分数,建议选择60～100目作为水系沉积物测量的最佳采样粒度。这一粒级样品既可继承原岩在连续风化过程中的元素行为,又不受后期新的风化机制的明显影响,同时可最大限度地风化而分散以达到降低采样密度的需要。选择60～100目粒级样品在牛头沟金矿区开展了1∶5万化探普查,结果发现元素浓集中心与各矿段空间位置吻合较好,为豫西熊儿山地区开展1∶5万化探普查提供了技术参考。     

江西武宁县石门寺钨铜矿区风化作用过程中W、Cu等元素的表生地球化学行为(之一)

以江西省武宁县石门寺钨铜矿区燕山期和晋宁期岩体风化作用过程中W、Cu等元素的表生地球化学行为为研究对象,通过反映风化程度的化学风化指数CIA、风化作用过程中组分得失的估算、不同介质中W、Cu等成矿元素的含量变化及大离子亲石元素表生地球化学行为等方法的研究表明,石门寺钨铜矿区2个时期岩体元素淋失与风化强度有关,土壤剖面中碱金属、碱土金属元素大量淋失,而W、Cu等成矿元素在土壤B层中显著富集;从岩石到土壤、再到水系沉积物风化过程中,W、Cu等成矿元素含量逐渐升高,为此,一级水系沉积物和B层土壤是赣北九岭W、Sn、Cu、Mo多金属矿集区地球化学找矿的绝佳采样介质,是矿集区内找矿新突破的有效手段。     

江西武宁县石门寺钨铜矿区风化作用过程中W、Cu等元素的表生地球化学行为（之一）

以江西省武宁县石门寺钨铜矿区燕山期和晋宁期岩体风化作用过程中W、Cu等元素的表生地球化学行为为研究对象,通过反映风化程度的化学风化指数CIA、风化作用过程中组分得失的估算、不同介质中W、Cu等成矿元素的含量变化及大离子亲石元素表生地球化学行为等方法的研究表明,石门寺钨铜矿区2个时期岩体元素淋失与风化强度有关,土壤剖面中碱金属、碱土金属元素大量淋失,而W、Cu等成矿元素在土壤B层中显著富集;从岩石到土壤、再到水系沉积物风化过程中,W、Cu等成矿元素含量逐渐升高,为此,一级水系沉积物和B层土壤是赣北九岭W、Sn、Cu、Mo多金属矿集区地球化学找矿的绝佳采样介质,是矿集区内找矿新突破的有效手段。     

从岩石到土壤再到水系沉积物：风化过程的岩性地球化学基因

不活动元素的稳定性使得风化岩石、土壤和水系沉积物等风化产物能够保留新鲜母岩的元素特征,它们之间的含量变化趋势有可能从母岩传递到其风化产物中,这类似于生物学中基因遗传。仿照生物学中基因的特性提出了地球化学基因的概念及其构建方法,为了比较地球化学基因的相似程度进而提出基因相似度的概念及其计算方法。以风化过程中11种不活动元素为例,基于中国酸性岩、中性岩、基性岩的元素丰度数据构建了表征岩石及其风化产物地球化学特性的岩性地球化学基因,其元素序列为：Al2O3→SiO2→P→Ti→La→Fe2O3→Th→Zr→Nb→Y→U。利用豫西熊耳山地区安山岩风化剖面、残坡积—沟系土剖面、化探详查水系沉积物和区域化探水系沉积物4种比例尺尺度的样品对构建的岩性地球化学基因进行了检验,结果发现岩性地球化学基因在风化过程中具有很好的遗传性(从岩石到风化产物)和继承性(从土壤到其源岩),利用岩性地球化学基因可以对土壤样品进行物源示踪。源自同一母岩的水系沉积物和土壤之间在岩性地球化学基因方面具有很好的相似性(同源风化产物之间)。基于中国区域化探水系沉积物调查数据,可以构建岩性地球化学基因库来对岩石及其风化产物样品进行溯源分析,在地质、环境、法庭等科学领域具有潜在应用前景。     

森林沼泽景观元素次生分散富集特征

得尔布干森林沼泽区的景观特征是冬季寒冷,夏季降雨集中,中低山沟谷长而平缓,植被发育,土壤A层和水系沉积物中富泥炭,土壤呈弱酸性、弱还原环境.铅锌矿床形成的异常从岩石、土壤C层、土壤A层到水系沉积物元素含量降低,呈逐步分散.水系沉积物中Pb、Zn元素含量随粒度变细而降低,Ag、有机碳含量增高.水系中泥炭沉积物可吸附活动态金属元素,在背景地段可形成次生富集和"假异常".有机质影响水系沉积物异常,为干扰因素,应消除有机质影响.水系沉积物中碎屑沉积物能较好反映矿化异常.确定合理采样介质、密度,采样到位,可提高中大比例尺地球化学勘查效果.     

安山岩风化过程中元素行为——以豫西熊耳山地区为例

在风化过程中主量元素的风化行为可用风化指数来表征,但对在地球化学中更重要的微量元素的风化行为还缺少研究。本文研究了豫西熊耳山地区—安山岩风化剖面,发现花岗岩风化指数(WIG)也适用于安山岩风化过程的定量表征。基于上陆壳作标准绘制风化剖面样品稀土元素配分曲线时,发现风化过程稀土元素出现分馏现象,表现为富集中稀土;但基于球粒陨石作标准时,风化壳样品均具有相似的稀土配分曲线形态,即上陆壳是一种比球粒陨石更为敏感的稀土元素标准化标尺。牛头沟金矿区安山岩风化过程中部分微量表现出随风化程度增强而显著富集的特征,Au、Ag含量变化可达两个数量级以上,Pb、As、Hg可达一个数量级以上。     

物源—河流过程—化学风化对松花江水系沉积物重矿物组成的影响

松花江水系作为我国七大水系之一,对其沉积物组成的深入探究对揭示源区控制因素和沉积物的搬运—沉积过程具有重要意义。重矿物蕴含着源岩母岩的重要信息,是解开由源到汇过程和物源示踪的重要工具。为了评估物源、河流过程和化学风化对重矿物组成的影响,我们从松花江水系干流和支流的边滩以及阶地共取32个样品,进行分粒级(<63μm、63~125μm和125~250μm)的重矿物分析。结果表明,松花江水系源区母岩信息在嫩江各支流(诺敏河最为典型)的重矿物组成中得到很好的反映,但在嫩江干流中没有得到反映,这表明物源对重矿物组成的控制受到河流过程的影响。松花江水系的重矿物组成以角闪石、绿帘石、钛铁矿和榍石为主。河流沉积物的重矿物组成主要富集在63~125μm组分,同一河流的不同河段的重矿物组成存在显著差异(巴兰河尤为典型),表明了河流搬运—沉积过程对重矿物组成起到重要控制。哈尔滨松花江T2阶地沉积物(弱风化)的重矿物组成基本保留了现代河流砂特征,讷谟尔河T1阶地沉积物(中等风化)的重矿物受到一定程度的改造,而受到严重化学风化影响的通河松花江T3阶地的重矿物组成已遭受严重破坏,不稳定矿物(角闪石和辉石)以及蕴含的母岩信息已完全消失,表明了重矿物组成明显受到沉积物化学风化程度的影响。由于源—汇过程中重矿物的混合和由此导致的稀释作用,使得沉积物携带的物源信息经过长距离搬运之后逐渐变得模糊。因此,我们认为,在进行河流重矿物源—汇过程研究中,宽粒度分析窗口和足够多的样品数量需要考虑以充分获取源区完整的重矿物组成信息。同时,在利用河流阶地重矿物组成进行源—汇联系和古水系演化研究时,需要首先评估阶地沉积物的化学风化程度。     

云南潞西上芒岗金矿区白云岩风化的地球化学基因

地球化学基因是近年来提出的地球化学成分分类与物质来源示踪的新技术。目前研究主要集中在基因稳定性检验和地质样品溯源等方面,大多涉及岩浆岩的风化过程,尚未运用到碳酸盐岩的风化过程。本文选取云南潞西上芒岗金矿区白云岩风化剖面为研究对象,调查白云岩在风化过程中地球化学基因的变化特征。结果发现,白云岩风化在成土阶段主要表现为白云石的淋失,在土壤演化阶段CaO、Na₂O含量已淋失殆尽,其他元素因性质不同而呈现出不同的风化行为。化学风化指标CIA和WIG均可定量表征剖面中样品的风化程度,但CIA有可能反映的是白云岩源沉积物的风化程度,WIG则可以较好地表征白云岩的风化程度。基于稀土元素基因、岩性基因和矿化基因分析认为上芒岗金矿区风化剖面的母岩白云岩成分是相对均匀的,属于类中性成分且具金矿化异常特征,其稀土元素基因与上陆壳类似。依据矿化基因划分的矿化异常样品本身并不一定含矿,但具有成矿潜力。金矿化基因的矿化相似度R_矿可以作为母岩是否可形成风化壳型金矿床的判据,这为成矿物质来源研究提供了新的思路和手段。     

岩性不均一的灰岩风化壳发育特征——贵阳花溪剖面粒度分布特征的指示

通过贵阳花溪夹泥质薄层的灰岩风化壳剖面的粒度分布特征的研究,结合矿物成分分析,揭示出岩性不均一的灰岩风化壳的发育特征: 灰岩作为剖面主体的成土母岩,风化早期,其以碳酸盐矿物的大量溶蚀及酸不溶物的残余积累为特征,同时方解石的溶解也延缓了酸不溶物的风化; 后期,随着易溶盐类消失殆尽,酸不溶物作为风化主体,开始了类似其它岩类的风化过程。而灰岩中的泥质薄层夹层,作为风化壳的次要组分,在灰岩风化过程中,由于存在巨大的体积缩小变化,泥质薄层被错断并被灰岩的风化产物所包裹,延缓了其风化发育进程。于是,各端元组分由于所处的微环境的差异,受风化溶液的影响程度不同,按照各自的风化方向和演化方式进行。随着风化程度不断增强,泥质薄片的包裹体分解,端元组分逐渐混合、趋同,风化壳趋于均质化,以统一的风化成土作用向表生稳定的矿物转变。      

矿物自动分析系统在碳酸岩型稀土地球化学勘查中的应用

为稳固中国稀土资源大国地位,近年来我国不断加强稀土资源勘查力度。地球化学勘探是矿产勘查重要手段,本文通过总结以往稀土化探工作,查明其中存在的问题并提出解决方案。总结前人工作发现,碳酸岩型稀土矿致异常具有衬度低、规模小的特点,其原因主要是：(1)相对地壳丰度,稀土矿工业品位富集程度较低,容易被花岗岩等引起的非矿致异常稀释;(2)稀土成矿指示性矿物粒度小、分选难,对其表生迁移富集规律认识不深,难以制定有针对性的采样方法。基于扫描电镜和能谱的自动矿物分析系统,可实现微米级稀土矿物的化学成分和形貌参数的定量统计,为稀土矿物表生迁移规律研究提供基础。近年来在化探领域,前人利用矿物自动分析系统开展矿体—水系沉积物系统中微细粒矿物含量变化规律研究,显示出该方法的良好应用前景。未来可利用矿物自动分析系统开展：(1)风化过程中稀土矿物粒度变化规律研究;(2)矿体—水系沉积物系统中稀土矿物迁移富集规律研究。通过厘清矿体—土壤—水系沉积物系统中稀土成矿指示性矿物的分布特征和迁移富集规律,为稀土化探工作提供理论支撑。     

贵州西部Pt、Pd异常源稀土元素地球化学示踪的初步研究

以贵州西部水系沉积物中的Pt、Pd异常为研究对象,选择REE、Pt、Pd和CaO、TFe2O3作为地球化学示踪指标,对贵州西部水系沉积物的物源组成和土壤的成壤母岩进行示踪探讨,表明：(1)龙场地区土壤的成壤母岩为峨后山古武岩;(2)水系沉积物中的物质来源系由古武岩的风化产物和土壤构成,水系沉积物中的Pt、Pd异常是对古武岩中Pt、Pd高背景的继承和浓缩富集;(3)对分布在灰岩区的水系沉积物物质来源的REE地球化学示踪研究和野外地质观察,发现尽管有些样品分布在灰岩区,但其物质来源仍由古武岩风化产物构成,表明未风化剥蚀前为古武岩覆盖。对红岩地区的水系沉积物物源示踪发现,该区水系沉积物中含有热液活动和基性—超基性岩体的信息,推测该区存在一定的找矿远景。     

东海沉积物的稀土和微量元素

本文对东海沉积物稀土和某些微量元素的地球化学特征进行了系统的讨论,研究结果表明,东海陆架区沉积物的稀土和微量元素含量随样品的粒度由粗到细呈规律性变化。唯冲绳海槽区沉积物的稀土元素含量例外,具体表现为海槽西坡到东坡,随沉积物粒度由粗→细→粗,稀土元素含量因受沉积物矿物成分控制而逐渐降低。东海沉积物的稀土元素分布模式类似页岩,表明其物质来源主体仍是陆源的。     

云南岩溶区As、Cd元素异常特征

云南岩溶区水系沉积物中As、Cd元素含量分别为6.7~14.9ppm和0.14~0.21ppm,普遍高于省内其它地区。云南不同岩溶区As、Cd元素含量高异常还有较大的差异。As、Cd元素的高异常以滇东南岩溶区最为明显,异常幅度最大;其次为滇东岩溶区、滇西北以及滇西保山—沧源岩溶区;滇东北地区Cd异常较为突出,而As异常较弱。一般从岩石到土壤As、Cd元素呈富集态势,富集约4~5倍。通过对小江流域泸西As、Cd元素高异常区的地球化学和地质环境分析,发现农作物对As吸收量不大,超标率为14.8%;但对Cd元素吸收远高于As元素,超标率高达74.1%。通过对比分析,认为岩溶区碳酸盐岩As、Cd元素的高背景含量(As含量12.89~28.86ppm、Cd含量0.031~0.314ppm)是其风化形成的土壤中As、Cd元素含量高异常的根本来源,As、Cd元素主要通过粘土矿物和有机质的吸附累积而富集。      

元素富集与样品粒度间关系

基岩风化作用是表生地球化学作用的主要作用之一，在这一作用过程中，元素的迁移、富集及分散作用复杂。由风化作用形成的残坡积物和水系沉积物的分布，受原岩(矿)石类型、地貌、气候及生物活动等因素控制；微量元素赋存状态，亦受原生矿物机械强度、溶解度及次生矿物形成等因素影响。这些因素决定了表生物质发育程度和元素地球化学行为，以致引起元素在不同介质的不同粒度级富集及分散。     

长江主要支流与干流沉积物的REE组成

系统采集了长江主要支流与干流从上游到下游不同地区的河漫滩沉积物样品,用1 M盐酸淋滤处理研究了REE在不同相态中的组成特征。研究表明,长江沉积物中REE主要赋存于酸不溶相中,约占总含量的70%。不同REE的酸提取效率不同,酸溶相明显富集REE,主要受磷灰石等磷酸盐矿物和部分Fe-Mn氧化物矿物的控制。主要赋存于粘土矿物中的不同轻稀土元素在酸溶相中百分比接近,而富重稀土元素的重矿物可以明显影响REE在不同相态中的组成和不同地区河流沉积物中REE的配分特征。长江支流沉积物的REE组成变化大于干流,流域源岩组成差异是控制REE组成的基本因素,但干流和支流沉积物全样与酸不溶相的REE配分模式基本类似,反映了各自流域风化上陆壳的平均组成。尽管一些支流对邻近干流沉积物的REE组成贡献较大,但总体上干流样品代表了不同支流水系沉积物的混合,尤其是下游近河口地区细粒级沉积物样品的酸不溶组分可以代表长江入海颗粒物的平均REE组成,用于示踪判别东部边缘海长江沉积物的源汇过程。     

峡东地区南华纪-寒武纪地层风化过程元素及Sr-Nd同位素演化特征及其地球化学意义

以峡东地区南华纪、震旦纪和寒武纪标准地层泥岩、冰碛泥岩、砂岩、灰岩和白云质灰岩及对应的风化土壤为研究对象, 分析了地层风化成土过程中不同元素的迁移行为, 根据剖面样品的Sr-Nd同位素组成变化, 探讨了其同位素体系的封闭性特征与应用意义.结果表明: (1) 不同岩性基岩在成土过程中的蚀变强度有明显的差异, 在相似地表条件下, 碳酸岩风化剖面的风化程度高于泥质岩和砂岩; (2) 通过对比稳定高场强Ti元素在基岩和风化剖面中的含量变化, 计算出土壤样品在风化过程中体积相对基岩发生的改变量, 进而计算出不同岩性基岩在风化过程中微量元素的绝对含量变化以探讨这些元素的活动规律.结果表明, 灰岩和白云质灰岩的风化剖面元素含量变化明显, 而在泥质岩风化过程中大多数元素保持了相对稳定, 说明沉积岩风化过程中元素的活动性特征明显地受到了原岩矿物组成的制约.风化过程中, 不同性质的元素的活动性差异明显, 其中亲硫元素(Cu、Zn、Pb、Mo) 和大离子亲石元素(Rb、K、Sr、Ba) 在不同岩性的风化剖面中均表现出明显的元素含量变化, 而高场强元素(Zr、Hf、Nb、Ta) 含量则相对稳定; (3) 泥质岩风化形成的土壤层REE含量变化较小, 而碳酸岩风化土壤层REE含量发生了明显下降, 且其风化形成的土壤表现出LREE和HREE相对于MREE的富集.无论是碳酸岩或泥质岩风化形成的土壤, 均出现了明显的Eu负异常和Ce的正异常, 但在其原岩中这些异常并不存在或不明显; (4) 基岩与土壤剖面间Sr同位素组成和Rb/Sr比值存在明显差异, Rb-Sr同位素组成发生了明显的开放.所形成土壤层的Sr同位素组成受到2种因素的约束: 原岩性质和外来组成的Sr同位素比值.因此在总体上, 风化土壤的Sr同位素组成已不能代表基岩的Sr同位素组成; (5) 沉积岩风化过程中, 碳酸岩和泥质岩形成的风化土壤基本保持了原岩的Sm-Nd同位素组成特点, 由其组成所获得的Nd同位素亏损地幔模式年龄等能反映其原岩信息, 而近源沉积形成的砂岩和含砾冰碛泥岩所形成的土壤, 其Nd同位素组成则存在不同程度的改变.      

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栽应关系,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.     

ICP-AES法测定岩石、土壤和水系沉积物中22种元素

用盐酸、硝酸、氢氟酸和高氯酸溶解,ICP-AES法测定岩石、土壤及水系沉积物中22种 常量、次量和微量元素的分析方法。研究了不同的溶矿方法和条件:选择了最佳的分析谱线、观测 高度、背景扣除位置等条件。方法具有检出限低、精密度高及准确度好等特点,符合多目标区域地 球化学样品测试的要求,经国家一级岩石、土壤及水系沉积物标准物质分析验证,结果满意。     

新疆阿舍勒铜矿区及外围表生地球化学分散特征

研究了阿舍勒铜矿区及外围区域岩石-土壤-水系沉积物风化作用体系的地球化学特征,发现:①Ca是研究区最活跃的元素,在土壤40-200cm深度上形成碱性碳酸盐地球化学障──钙积层.②不同地质背景对元素表生活动有制约作用,背景区和异常区元素的表现有明显差异.③从风化岩石→土壤→水系沉积物,Cu、Zn的存在形式发生明显变化,从以硫化物相为主变成以有机相为主.④大多数铜矿化指示元素都富集在<0.5mm的水系沉积物中,并可沿水系迁移到矿区下游7km以外.     

山东平阴黄土剖面常量元素地球化学特征

为探讨末次冰期以来平阴地区的化学风化过程及其古环境,对山东地区平阴黄土剖面进行了常量元素含量、粒度及光释光年代测定。结果显示,平阴黄土常量元素含量呈现出SiO_2Al_2O_3CaOFe_2O_3Na_2OK_2OMgO的变化特征;CIA指数、Na/K值及A-CN-K图解等表明平阴黄土风化程度较弱,处于未受化学风化-初等化学风化阶段;CIA指数、残积系数和风化淋溶系数指示其化学风化强度从剖面下部往上逐步变弱,黄土序列的常量元素含量及化学风化强度与粒度有很强的相关性。