地球化学工程学——为环境治理服务的地球化学新分支

地球化学工程学是地球化学的新分支学科,一经提出就由于富有哲理的科学思想、高效简单的技术、巨大的环境-经济-社会效益而受到地球化学家、环境学家、环保公司和政府部门的重视,并迅速进入NASDAQ市场。地球化学工程学的概念和应用包括稳定化、净化和适宜化,治理途径可归结为降解、中和、浓缩、稀释、隔离和固定等自然界常见的地球化学作用。许多看起来简单的地球化学过程在环境治理与管理中发挥了巨大作用。     

纳米颗粒物:独具特性的地球化学组成

至少一维尺度上小于100 nm的颗粒物均称为纳米颗粒物,在人工纳米颗粒物产生的几十亿年前,地球已经通过其特有的生物地球化学过程合成各类天然纳米颗粒物.这些纳米颗粒物及其次生产物具有独特的理化特性,并参与各种地球化学过程,体现其非凡的地球化学意义.从地球化学的角度,解析了环境纳米颗粒物的定义和分类,重点阐述了风化壳与水体中天然和次生纳米颗粒物的形成,并在天然纳米颗粒物中区分了纳米矿物和矿物纳米颗粒物;同时,也讨论了大气纳米颗粒物的来源、成因与环境影响.该综述列举了目前环境中纳米颗粒物表征与鉴别的技术和方法,重点剖析了纳米颗粒物的地球化学功能和环境意义,并对该领域的研究前沿问题进行了概述.      

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。     

煤中铅的地球化学特征

铅属于重金属元素,也是煤中的有害元素之一,煤中的铅通过风化、燃烧等各种途径转移到大气、水以及土壤中,对环境造成严重危害。本文应用地球化学、矿物学、物理化学和环境化学等方法,对煤中铅的地球化学特征、赋存状态、迁移规律与富集机制进行了详细论述,为环保和脱铅工艺提供了科学依据。      

地球化学异常对矿床的指示

地球化学异常是指将地球化学背景与自然体系中某种地球化学指标比较,出现显著差异的现象。地球化学异常是相对背景而言,因此具有相对性。地球化学异常根据异常值与背景值的大小关系可划分为正异常和负异常;根据异常规模的大小可划分为地球化学省、区域异常、局部     

四川湾坝——冶勒地区构造地球化学特征

通过地球化学、地球物理特征与区域地质构造的研究,证实湾坝－冶勒地区地球化学分区和物理分区与构造单元划分有极强的对应关系;通过元素明显浓集区的研究;推测有两个隐伏岩体存在,主要成矿元素富集带与构造成矿带一致。     

工程地球化学：——研究的主要问题及其应用

本文对工程地球化学形式进行了分类，它们反映了由人类技术活动对地球化学环境所造成的不同类型的影响。基于已有的知识，对工程地球化学体系和过程的代表类型进行了分析。研究表明，工程地球化学的理论研究和实际应用可能集中于两大方向：（１）研究工程地球化学体系形成和发展的规律。这些体系起源于各种工农业活动与地球化学环境之间的相互作用，通常又是这些互相作用的结果；（２）发展地球化学优化方法来改善地质建造的工程性质     

热水溶液地球化学

在自然界十分普遍的水—岩相互作用涉及到流体、固相和固—液相界面。众所周知,热液流体对各种地球化学过程,特别是成矿过程有重要的影响。热水溶液地球化学的主要任务是通过高温高压实验研究和理论分析,结合对天然热水溶液地球化学特征的观察,探讨水热流体发生、发展和演化的规律。热水溶液地球化学不仅是重要的基础研究,而且具有广阔的应用前景,环境科学、化学冶金、腐蚀科学、热电生产、地热能开发、晶体生长和无机合成等技术科学都与热水溶液地球化学密切有关。     

实验地球化学

实验地球化学是一门新兴的地球化学的重要分支。随地球科学的不断发展,由揭示地球形成过程奥秘的需要,产生了实验地球化学。实验地球化学是在实验室内控制各种条件,人工地研究地球演化和形成各阶段的物质组成及其化学变化的学科。实验与地质现象结合探求地壳演化过程的内在联系,可为防止自然灾变及资源寻找提供可靠的理论依据。地球是一个开放及半开放体系,组分复杂、相态多样,其演化过程又是非平衡的不可逆过程。因此,实验研究的内     

勘查地球化学数据挖掘与弱异常识别

我国积累的大量高质量、多元素、多尺度的地球化学数据,为矿产勘查与环境评价提供了有效的数据支撑。如何对这些数据进行二次开发和再利用,提取有价值的地球化学异常信息并带动找矿突破,是缓解当前矿产资源短缺的重要途径之一。在覆盖区和深部的找矿实践中,由于矿体埋深和覆盖层的影响,往往在表生介质中形成弱小的地球化学异常,识别和评价弱小地球化学异常是当前勘查地球化学数据处理的重要方向之一。本文围绕地球化学异常信息的提取和评价,主要从以下几个方面讨论了相关的国内外研究进展和发展趋势:勘查地球化学数据处理与异常识别方法和模型,勘查地球化学数据闭合效应的影响及其解决方案,基于大数据和机器学习的勘查地球化学数据处理以及弱小地球化学异常的识别和评价。研究发现,在地质环境的约束下,基于大数据思维和机器学习相结合的方法,注重地球化学空间分布模式与已发现矿床的相关关系,同时使用所有地球化学变量能有效刻画具有非线性特征的地球化学空间分布模式,可识别出传统方法无法识别的异常,为开展地球化学空间模式识别与异常提取提供了新的途径。     

个旧地区区域地球化学环境的系统评价

以云南个旧地区区域地球化学资料为基础,结合医学地质学、农业地质学和环境地质学的研究成果,对个旧地区区域地球化学环境进行了深入的讨论,引入并运用FCA模糊综合评价对个旧地区区域地球化学环境进行了系统评价,得出了个旧地区630 km~2范围内区域人居地球化学环境污染严重的结论,其原因既有第一环境的先天不足,也有第二环境的后天人为污染,应引起足够的重视.     

Geochemical engineering; taking stock

Geochemical engineering makes use of optimized geochemical processes for the solution of environmental problems. It has developed in a few years from a collection of unrelated scientific and technological incidents into a coherent concept about how and where we can improve our geo-environment. All solutions to problems of pollution are based on neutralization/breakdown, concentration, dilution, isolation or immobilization, which serve to eliminate the pollutant, make it more manageable, or prevent its entry into the mobile phase, usually water, from which it can affect the biosphere. All of these solutions have their counterpart in nature, where many examples are found of high concentrations of potentially harmful substances. A major prerequisite of geochemical engineering solutions is that they should be compatible with the natural evolution of the system in its geo-environment. The advantages of this approach are that we can devise low-cost technologies (nature does most of the hard work itself), interfere least with nature, and quite often end up with useful by-products. Disadvantages are that technologies based on natural geochemical processes tend to be slow. The application of geochemical engineering concepts requires a better understanding of our environment and its ongoing processes than is necessary for a ‘classical' technology. In most environmental technologies the conditions are externally imposed on the system to be treated, and the natural evolution of the system is eliminated, or at best neglected. The concept of seeking a closer conformity with nature is paralleled in other disciplines like agriculture or the medical sector, where we see a similar evolution in the direction of techniques that are more in harmony with nature. Geochemical engineering brings many advantages, particularly in developing countries, or in countries where the state of the economy does not permit the introduction of expensive high-tech environmental technologies. So far, most of the applications of geochemical engineering concepts have focussed on solutions to environmental problems, but there are a number of cases where the environmental issue is more indirect, as e.g. in civil engineering. Geochemical engineering may be practised on a large, almost global scale, down to that of individual minerals, in accordance with the fact that geochemical processes also act on vastly different scales. An overview will be given of some of the problems that are being studied.     

山东文登抽水蓄能电站尾水洞段地下水连通性的环境同位素和水化学研究

基于对分布于山东省文登地区黑豹泉地下水子系统（Ⅰ2）及其相邻的六度寺沟地下水子系统（Ⅰ1）和苇夼沟地下水系统（Ⅱ）内的11个水样品的3H（D,氘）、2H（T,氚）、18O同位素和水化学成分的分析结果,对文登抽水蓄能电站尾水洞段地下水的连同性进行了研究。研究结果表明,黑豹泉地下水子系统（Ⅰ2）及其相邻的六度寺沟地下水子系统（Ⅰ1）和苇夼沟地下水系统（Ⅱ）内的地下水特征在环境同位素和化学成分方面都具有明显的差异,具有各自的补、径、排条件。尤其是在黑豹泉地下水子系统（Ⅰ2）内,以F12断层为边界,其南部和北部两个区域的地下水的特征,不具有相似性,故二者之间的水力联系不密切,表明F12断层为阻水断层。同时,利用数值方法和泉域水均衡方法结果表明探洞的开挖对该区的地下水位变化的影响不太大。但是由于该区是一个四周由隔水边界组成的相对封闭体系,除大气降水外无其他固定的汇水源头。因此,在长时间内,不采取任何措施的情况下,水位将会继续下降。     

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。     

Variation of geochemical risk associated with the use of ophiolitic washing mud as refilling material in a basalt quarry of the Northern Apennine (Italy)

Ophiolitic sequences in Northern Apennines are usually exploited as source of raw material for civil engineering works. Grinding procedures of basalts imply the production of dusts with relatively high concentration of PHES. This paper studied the increase of geochemical risk when washing mud produced at Sasso di Castro quarry site (Tuscany) is reused as rock keeper in a near dismissed quarry and highlighted geochemical fractionation produced on the base of different mineral hardness. Co, Cr, Ni and V concentration measured in washing mud were higher than the limits fixed by the Italian law but compatible with background values. The mobility of these four elements during future weathering processes were estimated by considering the element transfer coefficients and assuming weathered rocks and soils as two different natural analogues of the future state of washing mud. The future concentration was estimated by considering the average lifetime of mineral grains calculated through their dissolution rate, molar volume and grain diameter. The variations of geochemical concentrations were used to estimate the percentage increase of the geochemical risk at the displacement place. After 50 years the associated geochemical risk is still considerably lower than the probability to be damaged by a single landslide event.     

勘查地球化学的现状与未来展望

勘查地球化学在过去50年发展迅速,并取得巨大成功。从它近年的发展及在中国北京与澳大利亚Townsville召开的第16届及第17届国际地球化学勘查学术讨论会上所表现的创新与非传统性看来,勘查地球化学正在从经验式阶段向革新技术与加强理论研究的新阶段过渡。其主要标志是由于国际地球化学填图研究的进展及各种宽阔地球化学模式的认识,地球化学勘查将逐步成为能左右矿产勘查部署的战略性方法,各种新技术的出现使隐伏区找矿特别是找巨型矿床正在取得重大突破。高质量的地球化学图还将使今后的环境研究更具全球眼光,中国的工作是这些方     

地球化学在环境和农业领域中的应用研究

勘查地球化学和环境地球化学及农业地球化学研究在实验区选择、布点、样品采集、项目分析等方面有所不同,对于如何将勘查地球化学的优势和区域化探资料应用于环境及农业领域中,起到指导环境治理和农业生产的作用,笔者进行了研究。     

浅议工程地质地球化学

本文介绍了工程地质环境中地球化学作用的多样性及其机理,讨论了利用人工地球化学方法增强岩（土）体强度和降低岩（土）体渗透性的可行性,认为工程地球化学在保护工程地质环境稳定性方面前景广阔。     

Environmental geochemistry of high arsenic groundwater at western Hetao plain, Inner Mongolia

Environmental geochemistry of high arsenic groundwater at Hetao plain was studied on the basis of geochemical survey of the groundwater and a core sediment. Arsenic concentration in groundwater samples varies from 76 to 1093 μg/L. The high arsenic groundwater mostly appears to be weakly alkaline. The concentrations of NO₃⁻ and SO₄²⁻ are relatively low, while the concentrations of DOC, NH₄⁺, dissolved Fe and sulfide are relatively great. Analysis of arsenic speciation in 21 samples shows that arsenic is present in the solution predominantly as As(III), while particulate arsenic constitutes about 10% of the total arsenic. Methane is detected in five samples with the greatest content being 5107 μg/L. The shallow aquifer in Hangjinhouqi of western Hetao plain is of strongly reducing condition. The arsenic content in 23 core sediment samples varies from 7.7 to 34.6 mg/kg, with great value in clay and mild clay layer. The obvious positive relationship in content between Fe₂O₃, Mn, Sb, B, V and As indicates that the distribution of arsenic in the sediments may be related to Fe and Mn oxides, and the mobilization of Sb, B and V may be affected by similar geochemical processes as that of As.     

走向21世纪的地球化学填图

通过分析国外区域地球化学填图计划,指出现代区域地球化学填图具有多目标的特征,强调测定多元素总量和有效态含量;论证了超低密度地球化学填图技术．最后,针对国土资源地质大调查,提出了裸露区、半裸露区、平原区和覆盖区的地球化学填图的内容与方法,期望对我国地球化学填图起推动作用